水利枢纽施工期降水措施研究

2021-03-09 06:23
四川水利 2021年1期
关键词:泥浆泵管井船闸

徐 伟

(阜阳市茨淮新河插花枢纽管理所,安徽 阜阳,236000)

1 引言

水利工程建设过程中的一项重要工作便是降水。由于工区距离水源较近,周围水源补给较为丰富,降水工作难度较大[1-2]。在施工过程中应当注重制定合理的降、排水措施,以保证施工作业面干燥,保证施工人员、设备的安全[3-6]。目前,在工程建设过程中较为常用的方法包括:明排法、降水管井法等,在一些工程中还需设置围堰等措施。降、排水措施需要结合工程实际情况选择[7-10]。本文结合奔牛水利枢纽工程,对水利工程施工期降、排水措施进行研究。

2 工程概况

奔牛水利枢纽工程的主要任务包括防洪、引排水和通航,枢纽由运河立交地涵、船闸、节制闸和孟九桥组成。设计地涵单孔净尺寸为8m×6.5m(宽×高),共布置12孔。船闸口门净宽16m,闸室长135m。奔牛水利枢纽工程具有改善水环境、防洪除涝、增加水资源供给等综合效益,对太湖流域和湖西区经济社会发展具有重要的作用。

3 降水方案

本工程船闸、节制闸、立交地涵部位基坑开挖深度均大于6.0m,属深基坑开挖。工程地质条件较差,对基坑边坡的稳定不利,可能因渗透变形而影响基坑稳定。由于场地地下水位较高,地下水位动态受季节性变化及河流影响明显,基坑开挖将揭示地下水,施工时应采取必要的降排水措施,地下水应降至基坑底面以下0.5m。

3.1 堰体内明水抽排

内外河围堰内积水采用泥浆泵抽排,排水时控制水面下降速度(一般不大于50cm/d),以免引起基坑四周和围堰土体坍塌。

施工初期,船闸节制闸施打的围堰间距约540m,河口水面宽60m,水深约3.5m,初步测算水量为113400m3。立交地涵施打的围堰约600m,河面水面宽90m,水深约4.2m,初步测算水量为226800m3。以此进行水泵设备投入计算。

22kW泥浆泵有效出水流量平均小时流量150m3,工作效率75%,按每天20h工作强度计算。日抽排量为150×75%×20=2250m3。

船闸节制闸水深3.5m,考虑7d排完,则需水泵数量为:113400/7/2250=7.2台,取整为8台。

立交地涵水深4.2m,考虑9d排完,则需水泵数量为:226800/9/2250=11.2台,取整为12台。

3.2 基坑明排水

立交地涵汇水面积大约为236.2×284.5=67199m2,常州地区最大日降雨量247mm(查询历史最大降雨量),则日最大汇水量为67199×0.247=16598m3,24h内排除积水的排涝强度为16598/24=691m3/h,所需22kW泥浆泵数量为:1.1×691÷150=5.06台,取6台,考虑到基坑较大,在基坑四周布置8台22kW泥浆泵可满足排除明排水最大日降水量。

船闸节制闸汇水面积大约为543×101.1=54897m2,则日最大汇水量为54897×0.247=13560m3,24h内排除积水的排涝强度为 13560/24=565 m3/h,所需22kW泥浆泵数量为:1.1×565÷150=4.14台,考虑到基坑较场,在基坑四周布置8台22kW泥浆泵可满足排除明排水最大日降水量。

为防止坑边雨水冲刷基坑边坡,在降雨天气,需适当提高排水工作强度。在距离基坑边线1.0m处设置截水沟,通过自排进去河道。坡脚设置排水垄沟,宽0.8m、深0.5m,在基坑四周设排水机塘。上下游引河中间位置设排水主垄沟,连接布置于围堰内侧的集水塘,基坑中的积水通过水泵抽排至排水主垄沟,分别汇集围堰边的集水塘,集中抽排到围堰外。基坑明排如图1所示。

图1 基坑明排水示意

闸涵底板桩围封范围内设置小型排水沟及抽水机塘,抽排底板浇筑前冲洗水及施工过程的雨水。抽排的水直接送至主垄沟内。

3.3 基坑降水

由于场地地下水位较高,地下水位动态受季节性变化及河流影响明显,基坑开挖将揭示地下水,施工时应采取必要的降排水措施,地下水应降至基坑底面以下0.5m。开挖深度范围内分布有②2、③3层砂壤土,中等渗透性,其余土层为粘性土,微透水性,根据工程经验,一般可采用井点结合明沟降排水方式。⑦3′层砂壤土中等透水,为场地的承压含水层,由于其埋藏较深,对工程影响不大。

下面以立交地涵为例,进行管井降水计算,船闸节制闸类似。

3.3.1 降水管井设计

(1)管井深度设计

(2)管井平面布置设计

因本工程地处运河内,土壤存在夹层现象,水平渗透与垂直渗透相差较多,依据多个类似工程施工降水的经验,降水管井间的间距在15m~20m之间,管井深入不透水层的长度为6m。本次降水管井的间距选择为15m。管井具体布置详见图2、图3。

图2 立交地涵管井降水布置

图3 船闸节制闸管井降水布置

(3)观测井设置

在闸站基坑内设置4根观测井,观测井底深入承压透水层(⑦3层),监测地下水位是否满足规范规定的干施工要求。

3.3.2 降水管井施工及运行

降水管井采用回旋钻机成孔,孔径0.6m,成孔过程应当选取合格泥浆液,比重在1.05以内为宜。成孔后应当及时清孔,之后按方案安装井管。为了保证滤水层厚度和井管垂直度,在井周边布设扶正木。选用标准透水井管(混凝土管或钢管),外裹一层80目尼龙滤网和一层绿纱。取水样的含泥量不应超过0.05%。

滤层采用级配较好的瓜子片和中粗砂级配沿井管周边均匀填筑上升,井顶1m深范围内用粘土回填封闭。

管井降水的增强措施:由于本项目地处长江之边,土质中可能存在薄不透水层,引起土壤的水平渗透系数远大于垂直渗透系数,采用重力管井的降水效果不如预期,地下水位不能降至基面以下50cm,如地下水位观测井测得的水位不能满足要求,则在管井顶部增加抽真空设备,使其成为真空管井,增强其降水能力,使其地下水位降至满足干施工要求。

3.3.3 降水井的封堵

在水下工程施工完成通过验收后,放水前对降水管井间隔抽停,分批实施封堵。降水井顶部5m以下,用粘土回填,上部5m井内壁刷洗干净后用混凝土封堵。

护坦内的管井封堵,抽水泵管改为钢管,将水泵下降至井底,继续抽水,透水层内采用小石子回填,不透水层内用粘土回填,上部5m底板面以下50cm范围内采用混凝土回填,待回填混凝土达到一定强度后封堵抽水钢管,采用比护坦高1等级混凝土浇筑井口的剩余50cm范围。

4 结论与建议

4.1 结论

结合奔牛水利枢纽工程,对施工期降、排水方案进行研究。结合工程水文条件,采用明排+管井相结合的方法作为降、排水方案。通过计算,船闸节制闸需水泵8台,立交地涵需水泵12台。管井间距选择15m,井深20.0m为宜。

4.2 建议

由于基坑运行时间长,降排水对周围建筑影响,加上被揭穿的软弱土层暴露在外,如遇不良气候条件极易发生塌方事故,为了保证施工降排水质量满足施工要求,对基坑的安全监测工作非常重要。施工期间应专人定期定时观测地下水位、渗流、边坡位移与沉降情况,及时整理观测资料,分析基坑运行情况并及时通报有关部门,加强暴雨期间的值班工作,并做好基坑安全的经常性检查,发现异常情况及时上报和处理。

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