南水北调中线穿漳河倒虹吸工程基坑排水设计.pdf

第 4 1卷 第 1 6期 2 0 1 0 年8 月 人 民 长 江 Ya n g t z e Ri v e r Vo 1 ． 4I． No ．1 6 Au g．， 2 01 0 文章 编 号 ： 1 0 0 1—41 7 9( 2 01 0 J 1 6—0 0 4 5—0 2 南水北调中线穿漳河倒虹吸工程基坑排水设计 朱 爱 林 ， 黄 星 更， 薛 维 成 ( 长江勘测规划设计研究院 枢纽设计处， 湖北 武汉 4 3 0 0 1 0 ) 摘要 ： 穿漳河倒虹吸工程为明挖 式现浇混凝土有压箱涵 ， 基 坑最 大开挖 深约 2 2 IT I ， 基坑 底 面有地 下水头 1 6 ． 8 IT I ． 地层为 强透 水地基 ， 基坑开挖 过程 中可能 遇到基 坑 涌水、 涌砂 问题和基 坑 临时边坡 稳 定P - I 题 。从 施 工难 度 、 环境影响、 经 济性等方 面， 对基 坑降排 水方案进 行了比选 ， 根 据现场情 况 ， 结合 原型试验 成果 ， 决定选取 对 周边环境影响较 小， 适用于舍卵石的砂砾 石地质条件 ， 能保证工期要求 、 降水要 求、 渗流控制要求 、 干地施 工要 求的基坑帷幕截渗方案 。并对设计过程作 了简要叙述 。 关键词 ： 基 坑排水 ； 截渗帷幕 ；穿漳河工程；南水北调 中线一期工程 中图法分类号 ： T V 6 7 文献标志码 ：A 1 工程概况 穿 漳河 河渠交叉 建 筑物是 南水 北调 中线工 程 总干 渠跨豫 、 冀两省界河 一漳河 的过河建筑物 ( 以下简称 “ 穿漳 工程 ” ) ， 位 于 河 南 省 安 阳 市安 丰 乡施 家 河 村 与 河北邯郸市讲武城之间 ， 属海河水系。交叉断面处漳 河 5 0 a 一 遇洪 水 位 8 3 ． 8 1 r n ( 1 9 8 5国家 基 准 高程 ， 以 下 同 ) ， 1 0 0 a一 遇洪 水 位 8 7 ． 3 8 IT I ， 3 0 0 a一 遇 洪 水 位 8 7 ． 4 2 m， 河底 高程 7 7 ． 6 m， 穿 漳工 程建 筑物 包括 渠道 和跨 河建 筑物 ， 共计 总长 1 0 2 1 ． 8 1 2 m。 2 强透水基坑 的特 点 穿漳河 倒 虹 吸 工 程 为 明挖 式 现 浇 混 凝 土 有 压 箱 涵 ， 基坑最 大开挖 深度 约 2 2 m ( 6 1 ． 7～8 3 ． 7 m) ， 至基 坑底 面形成 1 6 ． 8 m 的地下 水 头 。工 程 所 在 位 置是 漳 河 出太行 山后与平 原 的 交界 区 ， 历 史 上 曾遭 遇 多次 洪 水泛滥 ， 著名的西门豹治水就发生在这一带 ， 三国时代 曾是 曹操操 练水兵 的地 方 ， 由于地质 变迁 ， 古 河床 变成 了今 日深达 6 0余米的砂砾石层 ， 其地层为强透水地基 ( 见 图 1 ) ， 渗 透系 数 k：7 ． 01 0一 ～1 ． 01 0 ～ c m ／ s 。 工 程 采 用 二期 导 流方 案 ， 一 期 围右 岸 ， 二期 围左 岸 ， 均为 明渠过 流 。一 、 二 期 围 堰均 由上 、 下 游 围堰 和 纵 向围堰组 成 ， 一 期纵 向围堰位 于主 河槽 的右侧 ， 二期 纵 向围堰位于一期基坑 内。 图 1穿漳工程地 质剖面( 单位 ： ／ lq ) 基 坑 开挖 中可能 遇到 的 主要 问题有 ： ( 1 )基坑 涌水 、 涌 砂 问 题 。倒 虹 吸 管底 部 开 挖 面 高程 6 1 ． 7 IT I ， 基坑最 大挖 深达 2 2 m， 将 切穿 中细 砂 、 砾 砂 、 卵 石含水 层 ， 形成 1 6 ． 8 m 的地 下水 头差 ， 可 能产生 基 坑涌 水和 涌砂 问题 ， 需采取 截 渗和抽 排水 措施 。 ( 2 )基坑 临 时边坡 稳定 问题 。基坑 开 挖后边坡 高 度 达 l 0～ 2 2 m， 边 坡 由松 散 的 粉 质 壤 土 、 粉 细 砂 、 中 砂 、 卵石 组成 ， 且地 下 水位 埋 藏 浅 ， 临时 边 坡 在渗 透 压 力下 易失 稳 。 为保 证基 坑在 干地 条 件 下 施 工及 施 工 安 全 ， 必 需 防止 地下水 从 开挖边 坡 和基坑 向外 涌水 。 收 稿 日期 ： 2 0 1 0—0 6—3 0 作者简介 ： 朱爱林 ， 男 ， 高级工程师 ， 主要从 事水利 水电及 土木 工程设计 工作 。 4 6 人 民 长 江 3 基坑降 、 排水方案比选 从施 工难度 、 环 境影 响 、 经 济性等 方 面对 基坑 降排 水 进行 了多方 案 比较 ， 对 比分析 了 以下 几个 方案 ： 以抽 排 为主 的管 井 降水施 工 方 案 ； 以 防 为主 的地 下连 续 墙 施工方案 ； 还有以防为主、 防排结合的帷幕灌浆施工方 案。针对各方案的优缺点并结合工期 、 成本及堵水效 果等综 合 因素考虑 ， 进 行 了详 细方 案 比较 ， 详见 表 1 。 表 1 基坑帷幕截渗及降排水方案对比 综 合 比较 以上 各方 案优 劣 ， 考 虑施 工时 间紧迫 ， 最 后选取方案( 2 ) ， 即帷幕灌浆加辅助明排方案 ， 其帷幕 灌浆钻孔布置见图 2 。 岛 l‘I ‘ ． ／ I／ I l l I I l J L ～一j 穿漳涸 工程轴线 盖 加譬 l 藿 I ． I 1 ． 『 1 - 1 ． 1 I。 『 ’ h J 、 一 序孔 o-5 ~ J Ip三序 孔’ 图2 穿漳河工程 一期基坑灌 浆帷幕布孔示意 4 灌浆帷幕 的技术特点 以上方 案 比较说 明 ， 从 经济性 考虑 ， 强排水 方案 是 最经济的， 但风险最大 ： ① 施工期如遇降雨 ， 其地下水 的影响无法估计 ； ② 对环境 的影响较大， 强排水将产 生 一个 较大 的地下漏 斗 ， 对 周 围生产 、 生 活用水 可能 产 生 影响 。采 用地 下 连 接墙 的办 法 是 最 保 险 的 一种 方 式 ， 但施 工难度 大 、 周 期 长 ， 特 别是 造 价 远 远超 出预算 的范围。而灌浆帷幕 的造价介于两者之 间， 需要解决 的主要问题是 ， 造孑 L 、 成孔护壁及灌浆施工的关键工序 实施 比较困难 ， 且要求造孔 、 灌浆连续衔接。地下大粒 径含 卵石 的砂砾 石强度 高 ， 结 构松散 ， 造孔 钻进及 成孔 护壁 难 ， 是 影响 方案选 择 的主要 因素之一 ； 含卵石 的砂 砾石级配差， 粒径大 ， 空 隙率高 ， 渗径短， 针对此种情 况 ， 所 选灌浆 材料 必须具 有抗分 散性 、 抗 冲刷性 、 早强 、 速凝 等特性 。为保 证 灌 浆材 料 能有 效 充 填 ， 建 议采 用 低压 或无压起 灌 ， 根据孑 L 序先后 ， 选择 灌浆 压力在0 ． 0 5 ～ 0 ． 2 5 MP a之 间变 化 ， 尽 量 减 少 浆 液 流失 ， 形 成 相 对 稳定 的承压层 。 根据现 场实 际情 况 ， 分别 在 上 下游 围堰 进 行 了灌 浆试验 。结合 试验 成果 ， 决 定 从 多 种方 案 中选 取 对 周 边 环境 影 响较 小 、 适 用 于含卵石 的砂砾 石地 质条件 、 能 保证工期要求 、 降水要求 、 渗流要求 、 干地施工的基坑 帷幕截 渗方 案 。 最 初 的计 算分 析表 明 ， 为 保 证 基坑 底 部 在 于地 情 况下施 工 ， 强排水 量大 约为 5 ． 6 IT I ／ s ， 采用 帷幕灌浆 后 排 水量 为 0 ． 7 i n ／ s ， 基坑 渗 水量 只有 原基 坑渗 水 量 的 1 ／ 8 。钻 孔取 芯试验 表 明 ， 水 泥粘 土浆充 填 的砂 砾石 渗 透系 数达 到了 k = 7 ． 01 0～ ～1 ． 01 0 ～c m ／ s 。 5结 论 对于强 透水地 基 ， 通 过控 制 帷 幕灌 浆 压 力及 合 理 布置孔 序 的手 段 ， 可 以达 到或 基 本 达 到满 足 基坑 施 工 要求 的防水效 果 。穿漳 河工程 应用 帷幕灌 浆成功 防水 的实例， 表明强透水地基基坑施工采用帷幕灌腺 加辅 助排水方案是可行的 ， 对于部分漏水较严重地段 ， 可在 施工 中根据 漏水部 位及 漏水 量 大小 ， 在序 孑 L 之 问采 用 加强 补灌 的办法加 以解 决 。 ( 编辑 ： 徐诗银 ) Dr a i n a g e d e s i g n f o r f o un da t i o n pi t o f i nv e r t e d s i p h o n c r o s s i ng Zh a n g he Ri v e r ZHU Ai l i n g， HUANG Xi n g mi n， XUE W e i c h e n g ( H y d r a u l i c C o m p l e x D e s i g n D e p a r t m e n t ，C h a n g fi a n g I n s t i t u t e o fS u r v e y ， P l a n n i n g， D e s i g n a n d R e s e a r c h ，W u h a n 4 3 0 0 1 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：T h e i n v e r t e d s i p h o n p r o j e c t c r o s s i n g Z h a n g h e Ri v e r i s a c a s t i n—s i t u c o n c r e t e p r e s s u r e b o x—c u l v e r t w i t h ma x i mu m e x c a v a t i o n de pt h o f 2 2 m a n d g r o un d wa t e r he a d o f 1 6． 8 m． I n e x c a v a t i o n，wa t e r a nd s e d i me nt i n r us h i n g，t e mpo r a r y i n s t a b i l i t y s l o pe ma y ha p p e n． Co ns i de r i n g c o n s t r u c t i o n d i f f i c u l t y， e n v i r o nme nt a l i n flue nc e， i n v e s t me n t ， we c o mpa r e d di f f e r e nt s c he me s Co mbi n i n g wi t h s i t e c o n d i t i o n a n d pr o t o t y pe t e s t r e s ul t s ，c u r t a i n s e e pa g e c u t—o ff s c h e me i s d e t e r mi n e d，wh i c h h a s l e s s e n v i r o n 。 me n t a l i n flu e n c e．i s s u i t a b l e f o r g r a v e l g e o l o g y c o nd i t i o n，l o we r i n g g r o u n d wa t e r ，c o n t r o l l i ng s e e p a g e a nd c o n s t ruc t i o n i n d r y l a n d． Ke y wo r d s ： d r a i n a g e o f f o u n d a t i o n p i t ；i mp e r v i o u s c u r t a i n ；c r o s s i n g Z h a n g h e Ri v e r p r o j e c