斜卡水电站深基坑大渗流量抽排水方案简介

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川 郫县，611730)

1 工程概况

斜卡水电站位于四川省甘孜州九龙县境内，是九龙河左岸支流踏卡河“一库两级”规划开发方案中的龙头水库电站，采用混合式开发方案，主要开发任务为发电，无通航、灌溉、防洪等综合利用要求。电站装机容量135MW，多年平均发电量5.211亿kW·h，水库总库容8485万m3，拦河大坝为混凝土面板堆石坝，最大坝高106m。工程为Ⅲ等中型工程，挡水、泄水、引水及发电等永久性主要建筑物为3级建筑物，拦河坝为2级建筑物。

河床坝基覆盖层厚一般60m～75m，粉土质砂层分布于河床上部，厚约30.0m，自然状态下该层物理力学性质差，且属可液化砂土，不能作为大坝基础，需要挖除。粉土质砂物理特性为：<5mm的细颗粒含量94%，<0.075mm的粉粒含量为43.5%；标贯试验表明，平均锤击数为9.1击，标准承载力fk=0.11MPa。该层主要由细颗粒组成，结构稍密透水性微弱，现场渗透试验表明：渗透系数K=(2.85～5.48)×10-4cm/s，临界坡降ik=0.51～0.62，破坏坡降if=1.8～2.4，属于过渡破坏类型。

斜卡水电站大坝基坑河床段上口总面积约7万m2，基坑底部约1.5万m2，最大开挖深度达到26m，全部为粉土质砂层开挖，开挖工程量达到130万m3，国内鲜有如此大规模的粉土质砂层开挖经验可以借鉴。

2 水文气象条件

九龙县气象站与电站坝址直线距离约33km。根据九龙县气象观测资料统计，多年平均气温8.8℃，极端最高气温31.7℃，极端最低气温-15.6℃；多年平均降水量906mm，多年平均降水日数165d，多年平均蒸发量1777.8mm；多年平均风速2.7m/s，最大风速20.7m/s(相应风向为SE)；多年平均相对湿度61%，多年平均日照时数1981h，多年平均冰雹日数3.1d，多年平均积雪深度10cm。坝址海拔3000m以上，属于典型的高原高寒气候。

踏卡河流域的径流主要来源于降雨，枯季径流由地下水和融雪水补给，丰水期6～10月，水量约占全年的76.6%；枯水期11月～翌年5月，水量占全年的23.4%。12～3月呈稳定退水趋势，最小流量一般出现在3月。坝址多年平均流量为15.6m3/s，折合年水量4.92亿m3。

表1 斜卡电站坝址分期洪水成果

时段(月)各频率洪水流量(m3/s)0 5%1%2%4%5%10%20%50%12～翌年4月56～9101128024320812 211 911 010 18 4848 545 737 729 619 117416213198 258 610197 384 470 848 819 218 717 415 913 3

3 排水方案选择

由前述地质条件可知，粉土质砂层基坑开挖成功与否，基坑抽排水是关键。设计单位最初估算基坑经常性排水高峰强度约为7234m3/h。实际施工时，枯期在河床仅有几个流量的情况下，基坑抽排水量达到5000m3/h，汛期上游围堰水位达到3年一遇洪水位时，基坑抽排水量就达到1万m3以上。

根据斜卡工程实际情况，设计最初考虑采用井点排水方案，在上下游基坑开挖区外各设置15口降水井。基坑开挖前，在上游施工了三口降水井，但经过试验，粉土质砂基本不渗水，与普通的纯砂层有很大的区别，采取井点降水方案不能达到目的。最终基坑开挖期间抽排水方式全部采取明排，即在上下游开挖区外设置集中排水水泵坑，在水泵坑安设水泵，通过水泵明排的方式将基坑渗水全部抽排至开挖区以外的河道中，从而保证基坑的顺利开挖。

4 抽排水方案的实施

在基坑上、下游各布置一个主水泵坑，在基坑开挖过程中，上、下游泵坑通过顺水流方向布置的主排水沟相连通，各开挖区垂直方向布置支排水沟与主排水沟连接，基坑内渗水通过主、支排水沟汇集至主水泵坑，然后通过水泵抽排至基坑以外。

基坑开挖期间，水泵频繁移动和开挖施工干扰较为突出，所以所有水泵均置于岸坡上。基坑开挖完成后，上、下游泵坑水泵全部置于自制的浮船之上(浮船主要采用空油桶与脚手架管加工而成)。基坑抽排水布置见图1。

图1 斜卡基坑排水平面布置

4.1 基坑大面排水

基坑开始开挖前，在开挖大面顺水流方向采用反铲挖一条主排水沟，主排水沟底宽4.0m，顶宽12.0m，较开挖大面低2.0m～3.0m，主排水沟向上、下游以1%坡度汇入上、下游水泵坑。在大面水位成功降低后，为加快粉土质砂本身含水尽快渗出，在开挖大面内布置支排水沟，支排水沟与主排水沟垂直呈“丰”字形布置，支排水沟间距约24.0m，支排水沟底部宽度1.5m，顶部宽度6.5m。粉土质砂层内部的渗水首先汇集至支排水沟，然后流入主排水沟，渗水通过主排水沟分别引至上下游水泵坑。

4.2 上游水泵坑排水

上游水泵坑垂直于水流方向长45.0m，顺水流方向底部宽10.0m，顶部宽20.0m，泵坑深度5.0m，可以容纳3艘自制的浮船，每艘浮船上可布置4台水泵。

由于上游围堰顶部至基坑底部间最大高差达到55m，因此基坑上游主要采取水泵串联接力方案，布置7趟串联接力管路和6趟高扬程水泵管路(1趟水泵置于岸坡，其余12趟置于浮船上)。水泵串联接力布置：一级泵站将水输送至二级泵站，然后由二级泵站将水抽排至基坑以外，一级和二级泵站选用相同型号的水泵，一级泵站水泵紧随开挖面下降布置。

4.3 下游水泵坑排水

下游水泵坑垂直于水流方向长35.0m，顺水流方向底部宽5.0m，顶部宽15.0m，泵坑深度5.0m。下游泵坑可布置3艘自制浮船，每艘浮船可布置4台水泵。由于下游围堰与基坑底部最大高差仅为26m，下游水泵坑采用水泵一次性将渗水抽排至基坑外。

4.4 水泵坑防护

由于基坑内全部为粉土质砂层，且扰动后会形成流砂，不利于边坡的稳定，因此，在基坑开挖到位后，对永久水泵坑采取了专门的防护措施：在水泵坑底部先铺一层反滤料(小石∶豆石=1∶1)，然后覆盖一层透水土工布，再采用钢筋石笼对水泵坑四周进行压脚护壁，钢筋石笼和四周粉土质砂层间回填反滤料。

4.5 实施效果

斜卡水电站大坝基坑开挖从2009年11月开始，最终完成粉土质砂开挖132万m3，月高峰期强度35.5万m3。从2009年11月开始抽排水至2014年3月基坑停止抽水，历时4年多，整个基坑施工期间上下游水泵坑抽排水一直运行正常。

实践证明，根据不同地质条件和渗流量，采取合理的抽排水方式，决定着基坑能否顺利安全的开挖。对于斜卡电站基坑深厚粉土质砂层开挖，在如此大面积、大开挖工程量和基坑渗流量情况下，由于采取了有效的排水布置方案，选取了适合的水泵型号，保证了明排抽水的成功。

5 结语

斜卡水电站大坝基坑开挖能够顺利完成，得益于基坑抽排水方案的选择和实施，在实际施工过程中还应注意：

(1)根据粉土质砂的物理力学性质，在开挖过程中，对开挖出的坡面必须及时采取有效的防护，防止雨水冲刷边坡或因渗水造成边坡垮塌；

(2)目前水工施工中基坑排水较常用的两种方案为井点降水和明排方案，在方案制定过程中，应充分分析工程地质条件和外围环境，必要时可提前进行试验，以选择科学合理的排水方案；

(3)在明排抽水布置中，应根据排水量尽可能选取功率和扬程均较合适的大排水量的水泵，不宜选取大功率和高扬程水泵。大功率水泵一般自重较重，安拆困难，且要求的启动电流较大，对现场电源布置要求高。扬程不够时，可采取水泵接力的方式；

(4)经常性排水水泵尽量安置于浮船上，让其有一定的上浮和下沉空间，以适应特殊情况(如突发停电)下水泵不会立即被水淹没；

(5)粉土质砂层在开挖过程中，基坑渗水被开挖设备搅浑，因此流入水泵坑的水含粉土质砂量大，须安排专用设备疏导泵坑和主排水沟。同时，由于渗水含砂量大，对水泵盘根磨损大，须经常更换，因此要求有足够的备用水泵和辅助材料，以便于经常更换。

斜卡水电站在基坑开挖过程中，在基坑内全部为粉土质砂层，最大开挖深度26m，抽排水流量达到0.4万m3/h～1万m3/h，最大抽排水扬程为55m，通过采取合理的水泵抽排水方案和布置形式，成功将基坑开挖到底，可以为类似工程提供很好的借鉴。