長(zhǎng)沙綜合樞紐工程二期基坑初期排水設(shè)計(jì)

長(zhǎng)沙綜合樞紐工程二期基坑初期排水設(shè)計(jì)

一、總結(jié)1.研究對(duì)象長(zhǎng)沙綜合樞紐工程是湘江上游綜合開發(fā)利用規(guī)劃的最下游級(jí)，大壩控制著90120km/s。長(zhǎng)沙綜合樞紐工程位于湖南省會(huì)長(zhǎng)沙市下游,樞紐主要包括船閘、泄水閘、電站、壩頂公路橋、魚道等。本工程采用分期導(dǎo)流方式,一期施工右汊20孔泄水閘,二期施工左汊船閘+11.5孔泄水閘及船閘,三期施工左汊14.5孔泄水閘和電站廠房。2.徑流生長(zhǎng)規(guī)律湘江為雨水補(bǔ)給型河流,每年4~9月為汛期,10月至次年2月為枯水期。壩址多年平均流量為2237m3/s。湘江在此河段徑流呈如下規(guī)律:從1月~6月份徑流接近逐月遞增,從7月~12月份來(lái)水遞減。湘江來(lái)水65.3%集中在3~7月份這5個(gè)月;余下7個(gè)月僅占34.7%。根據(jù)1952~2008年水文資料,推算出壩址多年月(年)平均流量、壩址多年月(年)平均水位等。二期基坑抽排水施工在2011年1月中旬,查找相應(yīng)的月平均水位為EL23.0m;3.全強(qiáng)風(fēng)化砂巖左汊二期上、下游橫向圍堰河床高程12.7~30.0m,砂礫石一般厚約3.0~12.0m。下伏基巖為花崗巖,上游全~強(qiáng)風(fēng)化花崗巖一般厚約5~10.0m,下游全~強(qiáng)風(fēng)化花崗巖厚度相對(duì)較淺,一般厚約3.0~5.0m。左汊縱向圍堰河床高程17.3~20.2m,砂礫石一般厚約3.0~11.4m。下伏基巖為花崗巖,巖面起伏大,全~強(qiáng)風(fēng)化花崗巖一般厚約0~5.7m。河床砂礫石層滲透系數(shù)K=2.0~3.8×10-2(cm/s);基巖全強(qiáng)風(fēng)化帶的透水率q=5.0~16lu。二、大力推進(jìn)形勢(shì)大力確定期排水方案1.二期基坑于2011年1月10日完成圍堰閉氣工作,于2011年1月12日正式開始基坑初期抽排水工作(1月11日為調(diào)試、整改階段);2.根據(jù)長(zhǎng)沙中長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)2011年1月12日至2011年1月19日均無(wú)降雨天氣,故初期排水中不考慮降雨水量;3.二期基坑初期排水主要包括基坑儲(chǔ)水、圍堰滲水等;4.圍堰軸線長(zhǎng)2127m;圍堰堰頂高程為EL33.4m,1月份河床多年平均水位為EL23.0m,根據(jù)設(shè)計(jì)地形經(jīng)過(guò)詳細(xì)計(jì)算,EL23.0m以下基坑內(nèi)的水量約為195萬(wàn)立方米,詳見下表:5.排水計(jì)算主要考慮基坑儲(chǔ)水、堰體滲流量、堰基滲流和繞滲量。三、基礎(chǔ)2的初步吸排水計(jì)算1.管滲高度計(jì)算按照“不透水地基上的心墻圍堰”類型進(jìn)行計(jì)算(參照《水利水電施工設(shè)計(jì)手冊(cè)(施工規(guī)劃1)》P802)。心墻平均厚度ξ=0.8m×k(心墻兩側(cè)為吹填沙,通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定:吹填沙防滲系統(tǒng)為3×10-2、粘土心墻防滲系統(tǒng)為10-6),將高噴樁按照滲透系數(shù)轉(zhuǎn)化成吹填沙的厚度。轉(zhuǎn)化系數(shù)為k,k(吹填沙滲透系數(shù)/防滲墻滲透系數(shù))=3×10-2/10-6=30000,那么ξ=0.8m×k=24000m。圍堰迎水面水位高度按照初期排水時(shí)所能遭遇的最大高度(23.0m)進(jìn)行計(jì)算,圍堰內(nèi)側(cè)堰腳平均高程按15.0m取值,按均質(zhì)土圍堰進(jìn)行計(jì)算單寬滲流,q=k×((23-15)2-(0)2)/(2×ξ)=3×10-2×64/(2×24000)=4×10-5m3/s。整個(gè)圍堰長(zhǎng)2127m的總滲透量為q×3600×2127=306m3/h。2.“n-l”透水系數(shù)計(jì)算根據(jù)招標(biāo)文件內(nèi)容“全、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖屬弱~中等透水層,其全風(fēng)化巖,厚度變化較大,主要分布于擬建壩軸線附近,厚度一般為4.1~24.6m?！备鶕?jù)對(duì)比,堰基強(qiáng)風(fēng)化巖層的透水系數(shù)估算為K=10-5(cm/s),取強(qiáng)風(fēng)化層厚5m。單寬滲流(按單層透水地基的滲流計(jì)算)q=k×(T×(H1-H2))/((1+0.87×T/L)×L)=10-5×12×5/(1.036×120)=4.83×10-6m3/s。整個(gè)圍堰整長(zhǎng)2127m的總滲透量為:q×3600×2127=37m3/h。3.分級(jí)滲流的界定在堰肩與老堤接觸位置進(jìn)行了60m長(zhǎng)加強(qiáng)高噴防護(hù),繞滲的大多來(lái)源于:水流通過(guò)基坑上下游河床,繞過(guò)堰肩加長(zhǎng)的防滲墻,通過(guò)防滲墻與新堤之間的空隙進(jìn)入新老堤中間深槽段,然后通過(guò)老堤滲入基坑。新堤與堰肩加長(zhǎng)的防滲墻之間的空隙長(zhǎng)度約為:60m。那么滲透段長(zhǎng)度為60×2=120m。從上下游進(jìn)入基坑的滲流長(zhǎng)度采用綜合計(jì)算,計(jì)算長(zhǎng)度980m。繞滲分2個(gè)部分:(1)老堤堤身形成的滲流:老堤填筑的粘土壓實(shí)度為93%時(shí),滲透系數(shù)K20°C(cm/s)=2.6×10-7。滲流量很小,可以忽略;(2)老堤底部滲流:老堤底部砂卵石層滲透系數(shù)初步估計(jì)按照10-3考慮。底部滲透層厚按照10m考慮,寬度120m。單寬滲流(按單層透水地基的滲流計(jì)算)q=12.2×10-5m3/s。那么120m的總滲透量為q×3600×120=53m3/h。通過(guò)計(jì)算,初期抽排水總的滲水量按306+37+53=396m3/h考慮。二期初期排水控制抽水速度按基坑水位下降速度不大于1.0m/d考慮,那么在最大排水時(shí)段,按每天24小時(shí)抽排水計(jì)算,最大排水強(qiáng)度為(310000/24)+396=13396m3/h。四、滲流量和降水量計(jì)算主要排雨水、圍堰滲水、地基滲水及施工廢水,施工廢水與降水不疊加。(1)堰體滲流量計(jì)算:圍堰滲流量考慮按照最大堰前水頭進(jìn)行計(jì)算,二期圍堰設(shè)計(jì)堰頂高程為EL33.4m,而預(yù)充水口頂部高程為EL33.0m,那么按照最大堰前水位EL33.0m進(jìn)行計(jì)算。圍堰內(nèi)側(cè)堰腳平均高程按EL15.0m考慮。按均質(zhì)土圍堰進(jìn)行計(jì)算單寬滲流,q=2.025×10-4m3/s。那么整個(gè)圍堰整長(zhǎng)2127m的總滲透量為:q×3600×2127=1550m3/h;(2)堰基強(qiáng)風(fēng)化巖石層滲透量:算法同初期排水,取18.5m3/h;(3)繞滲量計(jì)算:算法同初期排水,取55m3/h;(4)降水量計(jì)算:根據(jù)招標(biāo)文件長(zhǎng)沙地區(qū)最大日降水量為224.5mm,小時(shí)最大降水量為224.5/24=9.35mm?；涌偯娣e為42.9萬(wàn)m2,那么最大積水量為4011m3。通過(guò)計(jì)算,經(jīng)常性最大排水強(qiáng)度按照5600m3/h考慮。五、圍堰滲流量表1.初期排水量理論計(jì)算數(shù)據(jù)與施工實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)比分析:初期排水量理論計(jì)算數(shù)據(jù)為13396m3/h,而施工中實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為13150m3/h。可以看出,實(shí)際數(shù)據(jù)比理論計(jì)算數(shù)據(jù)偏小,主要表現(xiàn)在圍堰堰體實(shí)際滲流量比計(jì)算數(shù)據(jù)小,圍堰閉氣效果與粘土心墻防滲效果比預(yù)期的要好;2.經(jīng)常性排水量理論計(jì)算數(shù)據(jù)與施工實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)比分析:初期排水量理論計(jì)算數(shù)據(jù)為5600m3/h,施工中實(shí)測(cè)最大數(shù)據(jù)為2650m3/h?？梢钥闯?實(shí)際數(shù)據(jù)比理論計(jì)算數(shù)據(jù)大大偏小,主要表現(xiàn)在2011年1月至2011年8月壩址區(qū)域降雨量偏小;3.在計(jì)算中,考慮每天基坑內(nèi)水位下降1m,實(shí)際實(shí)施過(guò)程中,考慮到圍堰的安全穩(wěn)定,EL23.0m~EL16.0m每天下降1m,而EL16.0m高程以下由于水位基本已經(jīng)低于堰腳,故每天按照2m下降速度進(jìn)行控制。滿足工期要求。六、排水配置和設(shè)備的選擇和配置1.基坑排水系統(tǒng)(1)初期排水分別在縱向圍堰上、下游端26.50m高程各布置一個(gè)抽水機(jī)平臺(tái)放置抽水機(jī)進(jìn)行抽排水工作;(2)基坑經(jīng)常性排在基坑大面積排水完成后為了基坑開挖、基礎(chǔ)處理和閘壩底部大體積混凝土澆筑施工先將基坑水位降至基巖面以下50cm(約在10.00m高程)。此時(shí)計(jì)劃布置4個(gè)大的集水井,用于積水。滲水通過(guò)設(shè)置在圍堰內(nèi)側(cè)堰腳的排水溝將水匯集至集水井內(nèi)通過(guò)大功率抽水機(jī)排出基坑?；拥屯荻蔚姆e水,先將其排至集水坑,再續(xù)排出圍堰。集水井底部高程定在EL10.0m。在上下游圍堰30.4m高程分別埋設(shè)2根和1根50cm直徑鋼管,在縱向圍堰30.40m高程埋設(shè)1根50cm直徑鋼管作為經(jīng)常性排水通道,抽水機(jī)從集水井抽取積水通過(guò)軟管進(jìn)入埋設(shè)的鋼管,將水排出基坑。2.型抽水機(jī)(1)初期排水根據(jù)設(shè)備特征和排水量,初期排水配置17臺(tái)Y280-4型(單機(jī)排水量485m3/h,功率75kw)、17臺(tái)Y250M-4型(單機(jī)排水量468m3/h,功率55kw)抽水機(jī),抽水機(jī)總排水能力為16201m3/h,抽水效率按照85%進(jìn)行計(jì)算實(shí)際排水能力為13771m3/h,滿足基坑初期排水強(qiáng)度需要。(2)經(jīng)常性排水結(jié)合初期排水設(shè)備,經(jīng)常性排水設(shè)備配置,8臺(tái)Y280-4型、8臺(tái)Y250M-4型抽水機(jī),抽水機(jī)總排水能力為7624m3/h,抽水效率按照85%進(jìn)行