南水北调瀑河倒虹吸工程基坑降水施工技术探讨
时间：2022-10-11 09:20:03
摘要：本文结合南水北调中线京石段应急供水工程瀑河倒虹吸项目，从施工排降水方案、基坑排水计算、基坑排水措施以及水泵选型等几个方面进行探讨，对类似水利工程施工提供借鉴依据。
Abstract: in this paper, middle route of South-to-North Water Transfer Project of Beijing-Shijiazhuang Emergency Water Supply Project in Puhe inverted siphon project, from the construction of draining plan, foundation pit drainage calculation, foundation pit drainage measures and the selection of pump type and so on, similar to the construction of water conservancy project to provide the reference.
Key words: groundwater; foundation; construction technology
中图分类号：TU991.11+2 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
0引言
基坑排水是水利工程中的一项重要工作，如果考虑不周，不仅会使排水费用大大增加，还容易造成基坑淹没从而延误工期。本文结合工程实例―南水北调中线京石段应急供水工程瀑河倒虹吸项目，从基坑降水方案设计、排水施工、开挖排水沟、集水井和井管施工等方面对水利工程基坑排水施工技术进行了分析计算，取得了良好的施工降水效果，保障了工程的顺利进行。
1工程概况
南水北调中线京石段应急供水工程瀑河倒虹吸项目，位于河北省易县塘湖镇南邓家林村南约0.5km的瀑河上，倒虹吸全长1075m，设计桩号：165+461.40～166+536.4，为两孔一联的钢筋混凝土箱形结构，单孔过水断面尺寸为5.0×5.5m。
倒虹吸管身分深埋和浅埋两部分，深埋段长474m，浅埋段长601m。深埋段底高程40.17m，平均开挖深度15.63 m，底宽23.5m，开挖断面平均顶口宽79.0m，边坡1：1.5，6m高一个马道，马道宽2m；浅埋段底高程49.20m，平均开挖深度10.00m，底宽23m，开挖断面平均顶口宽60.00m，边坡1：1.5，马道宽2m。
2排降水方案选择
本工程区段内主要含水层为砂卵石层，卵石含量60％～70％，粒径一般20～70mm，磨圆中等，内充填中粗砂，渗透系数较大，探明地下水埋深为0～8米，地下水位高程53.0～53.6m，渗透系数198.7m/d。根据倒虹吸管身段工程水文地质情况和地下水实测情况，通过分析我们选择明沟结合管井法施工排降水技术方案。
3基坑排水计算
基坑排水随施工进度安排分期进行，主要分为浅挖段基坑排水和深挖段基坑排水。基坑排水量计算由降雨汇水和施工弃水、混凝土养护用水、基坑渗水组成。排水量计算公式：
Q=q1+q2+q3+q4式（1）
式中：q1――基坑雨水汇流量；
q2――施工弃水量；
q3――混凝土养护用水；
q4――基坑渗流量。
3.1降雨汇水量计算
降水量计算公式：
q1=S・I式（2）
式中：S――基坑汇流面积，浅挖段基坑汇流面积为53000m2，深挖断基坑汇流面积为34000m2，基坑积雨面积计算到开挖边坡线以外5m。
I――日降雨量，考虑汛期需要基坑排水，多年平均降水量为560mm，其中6-9月份占平均降水量的80%，考虑降水主要集中在汛期，根据水文地质资料情况取50mm/d，即0.05m/d。
经计算得出，浅挖段基坑降雨汇水：q1=2650 m3/d =110m3/h；深挖段基坑降雨汇水：q1=1700m3/d =70m3/h。
3.2施工弃水量计算
本工程取q2=10 m3/h。
3.3混凝土养护用水计算
依据进度计划混凝土平均浇筑强度400m3/d，根据类似工程经验，混凝土每天养护8次，每立方混凝土每次用水量5L，一个养护周期为14d，则所浇筑的混凝土量养护用水流量：q3=400×14×0.005×8=224 m3/d=9.33m3/h。
3.4基坑渗水排水计算及管井设计
3.4.1浅挖段井管降水（桩号165+935.40～166+495.40）
（1）基坑范围较长，故划分四段进行，每段长150 m，宽60m，面积9000m2。
（2）降水断面如图1所示。
图1 浅挖段基坑降水断面布置图
（3）基坑引用半径r0
r0=n
（4）基坑总出水量Q总
Q总= m3/d
其中，K：渗透系数，设计提供k=198.7m/d；
H：含水层厚度等于地下水位到相对隔水层的高度。 53.50-43.00=10.5m；
S：基坑降水深度。53.5-48.2=5.3；
R：影响半径R=1.98S=481m；
r0：基坑引用半径。
（5）单井出水量q
管井设计直径d=0.6m，为完全井（钻打到岩石不透水层），过滤层厚度为L=49-43=6m。
q=65πdL=65×3.14×0.6×6×=4288 m3/d=179m3/h
（6）管井总数n
n=1.8 =1.8×28422/4228=11.9眼取12。
周长420m，打12眼井，平均间距35m一眼。
（7）管井总数n总
n总=4n=4×12=48眼。
3.4.2深埋管段井管降水（桩号165+555.40～165+875.40）
（1）降水面积：长400m，宽79 m，面积=31600m2
（2）降水断面如图2所示。
图2 深挖段基坑降水断面布置图
（3）基坑引用半径：
r0= =134.12
其中，L：基坑长；B：基坑宽；
N：与B/L之比有关的系数，取1.12。
（4）基坑总出水量Q总
Q总=m3/d
其中，K：渗透系数，设计提供k=200
H：含水层厚度等于地下水位到相对隔水层的高度。 53.5-35.00=18.5m
R：影响半径 R=1.98S =1441m；
r0：基坑引用半径。
（5）单井出水量q q=65πdL=65 =8575m3/d；q=357 m3/h
（6）管井总数n
n=1.8
选n=18眼，即上、下游各9眼，布置如图3所示。
图3 管井平面布置图
4排水措施及水泵选型
4.1基坑明流排水措施
基坑明流组成主要为基坑内降雨汇水、施工弃水、混凝土养护用水等。
在边坡开挖前，按图纸要求完成边坡截水沟的施工；对于施工图纸未设置截水沟的边坡，挖设临时截水沟，并在边坡侧填筑临时挡水土埝，防止外来地面水进入基坑。临时截水沟断面形状为梯形，底宽0.5米，深0.5米，边坡1：1.5，挡水土埝断面形状为梯形，底宽1米，高0.5米，边坡1：1.5米。
在基坑四周边角设置排水沟和集水井，排水沟断面形状为梯形，深0.3米，边坡1：0.5，底宽0.3米，集水坑使用砖砌筑，净尺寸1m×1m×1m（长×宽×深），每个集水井内各安设1台40m3/h潜水泵集中抽水。
4.2基坑渗水排水措施
4.2.1管井布置
管井为完全井，沿基坑开挖边线位置每间隔35m（浅埋段）或50m（深埋段）钻打一眼管井，围绕基坑呈环状布置，基坑两侧各设一排管井，浅挖段排距60m，深挖段排距79m。
4.2.2管井造孔施工
管井设计孔径80cm，采用无砂混凝土渗水管，采用反回转钻孔机造孔，清水回转钻孔，供水压力2.5MPa，流量20m3/h。
管井施工工艺流程：施工准备场地放样开挖排水沟及泥浆池铺设总管和安装水泵成孔下井管填滤料洗井（自上而下）水泵就位试抽水正式抽水井孔封堵。
深挖段管井造孔，以穿过覆盖层，进入相对隔水层（岩石）1m左右为准。因建筑物底板距相隔水层较近，井管应尽量深于建筑物底板一些，但进入岩石后，再深又意义不大，进入1m是预留沉淀段和放抽水电泵位置。深挖段井深22m～26m。
浅挖段管井造孔，由于建筑物底板距相对隔水层较远，管井造孔时，钻到岩石即可。浅挖段井深16m～18m。
所下井管透水性良好，若下无砂砼管，外层不可包土工布。以免被砂糊死面引响透水性。
4.2.3抽水试验
由于设计未提供钻孔有效可比资料，如：钻孔（勘探孔）的抽水量，降深资料等，因此在降水井点施工等于初期的2～4个井点，在洗井工作完成后，要进行抽水试验，以获得现场真实的含水层参数，用来对渗水计算进行复核，优化排水方案。
4.2.4开挖顺序
浅埋管段施工，可根据施工力量，在任何地方开始均可，但开挖范围不宜小于150米。深埋管段，宜自中间开始，向进出口延伸，做到：降水、开挖、浇筑一气成形。
4.2.5水泵选型及数量
根据单井出水量计算结果：浅挖段单井出水量209m3/h，深挖段单井出水量358 m3/h，经多方案对比分析，浅挖段管井水泵初步选用150QW200-22-22型潜污泵，流量200m3/h，扬程22m，功率22KW，深挖段管井水泵选用200QW350-40-75型潜污泵，流量400m3/h，扬程44m，功率75KW。
5结语
南水北调中线京石段工程瀑河倒虹吸项目降水工程从2006年9月30日开始运行，到2007年12月23日结束，共运行428天，有效地降低了地下水位，为倒虹吸管身混凝土施工提供了干场作业条件，进而保障了工程的顺利进行。
参考文献
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