陳 萍

(陜西省涇惠渠管理局，陜西 三原 713800)

地下水對(duì)壩基開挖的影響及處理措施

陳 萍

(陜西省涇惠渠管理局，陜西 三原 713800)

某水庫樞紐均質(zhì)土壩施工中，區(qū)域地下水較高，影響壩基開挖。施工中，采取地面、地下水雙排除措施，即對(duì)地下水采用深井降排，地面雨水和壩基滲水采用明溝排除，有效地降低區(qū)域地下水位，使土壩基礎(chǔ)開挖得以順利施工，實(shí)踐證明:處理正確取得了良好效果。

壩基開挖;地下水;措施;效果

某水庫工程位于關(guān)中平原清河河谷上，是以農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼有防洪、養(yǎng)殖等綜合效益的水利工程。設(shè)計(jì)規(guī)模為三等中型，樞紐工程由大壩、溢洪道、導(dǎo)流排沙泄洪洞、抽水站等部分組成。大壩為渠庫結(jié)合的均質(zhì)土壩。

水庫樞紐工程所處河流由西向東呈近東西向，河谷呈“U”型，寬約 170～200 m，高差 30～32 m，谷坡約 40°～60°。河床高程394～396 m，近河一級(jí)階地高出河床2～3 m，右岸階面寬40～60 m，左岸階面寬10～30 m，左岸階面有坡崩積物覆蓋。階地堆積物具有二元結(jié)構(gòu)，上部為粉土，下部為卵石。河谷斜坡主要由第四系全新統(tǒng)的黃土狀壤土與第四系上更新統(tǒng)的粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)粘土組成，兩岸坡30～60 m范圍內(nèi)落水洞和裂隙發(fā)育，落水洞直徑1.0～1.5 m不等，一般深度2.0～7.0 m，兩壩肩斜坡有小的滑塌堆積。

1 工程地質(zhì)條件

樞紐區(qū)地層根據(jù)形成年代、成因和工程地質(zhì)特點(diǎn)可分為10個(gè)工程地質(zhì)單元，分層為:①灰黃色粉質(zhì)壤土，②砂卵石，③褐黃色粉質(zhì)壤土夾雜雞窩狀含礫中粗砂，④黃土，⑤黑壚土，⑥淺黃色輕粉壤土，⑦淺黃色中粉壤土，⑧棕褐色粉質(zhì)粘土，⑨黃灰色粉質(zhì)粘土，⑩棕褐色粉質(zhì)粘土。岸坡地層自上而下為④、⑤、⑥、⑦、⑧、⑨，壩基河床由①、②、③、⑩組成。

1.1 壩基工程地質(zhì)情況

壩基地層由兩部分組成:河床覆蓋層和Q3粉質(zhì)粘土層。

1.1.1 河床覆蓋層

①－1粉土層，土質(zhì)松軟，相對(duì)壓縮系數(shù) a1－2=0.85 Mpa－1，屬高壓縮性土層，并具有濕陷性。

①－2粉質(zhì)壤土層，土質(zhì)均勻性差，壓縮變形較大，局部地段受水浸泡呈現(xiàn)軟土工程特性。不能作為大壩基礎(chǔ)，應(yīng)予以清除。

1.1.2 Q3粉質(zhì)粘土層

②層礫石層，厚 2 ～3 m，滲透系數(shù) K=2.17 ～33.5 m/d，屬強(qiáng)透水層，易形成壩基滲漏，經(jīng)估算，年滲漏量約 48.5萬m3，占庫容的2.6%，應(yīng)采取防滲措施。

③層粉質(zhì)壤土中夾有雞窩狀礫中細(xì)砂，經(jīng)鉆孔試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其未形成貫通層，地質(zhì)判定不會(huì)產(chǎn)生液化，考慮③層中夾有含礫中細(xì)砂，滲透系數(shù) K=5.5×10－4cm/s，仍可形成壩基滲漏，需進(jìn)行防滲處理。

壩基最下層為⑩層粉質(zhì)粘土層，滲透系數(shù) K=2.97×10－5～2.97 ×10－7cm/s，屬微弱透水性，可作為壩基防滲隔水層。

1.2 壩肩工程地質(zhì)情況

兩壩肩斜坡從上到下可分為三部分，上部(420 m高程以上)為黃土狀壤土、黑壚土，中部(414～420 m高程)為輕粉質(zhì)壤土夾粉細(xì)砂層，下部(414 m高程以下)為粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)粘土。其中④層黃土狀壤土層具濕陷性，⑥層輕粉質(zhì)壤土夾粉細(xì)砂層，粉質(zhì)壤土厚3.5 m左右，屬中等壓縮性土，滲透系數(shù) K=1.44 ～1.87 m/d，粉細(xì)砂層厚 2.5 ～2.8 m，稍密，滲透系數(shù) K=7.2 ～11.5 m/d，K 加權(quán)平均 =3.3 ～5.1 m/d。⑦層粉質(zhì)壤土層厚 5 m，土質(zhì)密實(shí)，滲透系數(shù) K=9.9×10－4cm/s，水庫蓄水后，沿粉質(zhì)壤土粉細(xì)砂層存在繞壩滲漏問題。

右壩肩斜坡穩(wěn)定性較好。左壩肩斜坡表面坡積、滑坡、錯(cuò)落體較多，坡緣落水洞發(fā)育、穩(wěn)定性差。

2 地下水對(duì)壩基開挖的影響

樞紐區(qū)地下水類型主要是潛水和承壓水，潛水含水層巖性主要為第四系松散堆積的砂、礫、卵石層、壤土層，屬孔隙水。潛水的補(bǔ)給來源為大氣降水、農(nóng)田灌溉，以地下徑流和下降泉的形式向河床排泄，地下水徑流方向與地面傾向基本一致，靠近河谷地段略有改變。承壓水在第四系更新統(tǒng)及上第三系巖層含水巖組中有分布。兩壩肩地下水位埋深16～25 m，水位高程左壩肩 402～408 m，右壩肩405～411 m，清河階地地下水位埋深1～3 m，水位高程398～395 m。泉水分布高程 398～407 m，流量多為 3.0～5.0 L/min，經(jīng)化驗(yàn)分析水質(zhì)對(duì)普通水泥具有硫酸鹽型弱腐蝕。

大壩設(shè)計(jì)清基高程392.0 m，結(jié)合槽底設(shè)計(jì)高程386.0 m，大壩清基范圍長218.5 m，寬 100 m，土方開挖量133 800 m3。由于壩基地下水位高于設(shè)計(jì)結(jié)合槽底部高程386.00 m以上 12 m，壩址區(qū)土壤滲透系數(shù) K=(6.0～9.0)×10－4～2.3×10－5cm/s，而且河床由于多年淤積，398 m高程以下呈稀泥狀，清基、結(jié)合槽開挖受地下水制約，施工十分困難，壩體填筑更是無法進(jìn)行。

3 處理措施

嚴(yán)格控制地下水位，降低地下水位至設(shè)計(jì)結(jié)合槽底高程386.0 m以下，方能確保均質(zhì)土壩基礎(chǔ)和結(jié)合槽順利實(shí)施。分析地質(zhì)勘探資料，樞紐區(qū)為非巖層區(qū)域，打降水井較為方便，加上部分地層土壤滲透系數(shù)大，深井降水輻射范圍較大，十分利于控制地下水位。于是施工過程中，采取了深井降水的工程措施，以井排為主，明排為輔，即:深井降排壩基、壩肩地下水，使地下水位降至386.0 m高程以下;明渠排除壩基、壩肩地面雨水和滲水，保證壩基和結(jié)合槽的的正常施工并為大壩填筑奠定良好的基礎(chǔ)。

3.1 深井降排地下水

3.1.1 技術(shù)參數(shù)的確定

根據(jù)壩址區(qū)的水文地質(zhì)資料及現(xiàn)場單井、群井抽水試驗(yàn)，確定了壩基土壤滲透系數(shù)、單井出水量及影響半徑，并計(jì)算出基坑范圍內(nèi)總涌水量、降水井個(gè)數(shù)、井距、井深等技術(shù)參數(shù)(見表1)。

表1 井點(diǎn)排水技術(shù)參數(shù)

3.1.2 降水井施工

實(shí)施過程中，我們嚴(yán)格按照已確定的技術(shù)參數(shù)，精心測量，嚴(yán)密布設(shè)井位，在壩基、壩肩范圍共打井74眼，井點(diǎn)排水系統(tǒng)平面布置見圖2。為保證降水效果、防止井壁垮塌，深井采用無砂砼管護(hù)壁，井深55～85 m。深井造孔、井管施工等同常規(guī)施工方法。井管施工結(jié)束后，立即進(jìn)行洗井并下泵接線安裝排水管，進(jìn)行壩基降水，同時(shí)，嚴(yán)格監(jiān)控排水效果。

圖2 大壩井點(diǎn)排水系統(tǒng)平面布置圖

3.1.3 井孔封堵

當(dāng)壩基范圍內(nèi)地下水抽排至386.0 m高程以下后，進(jìn)行了壩基開挖。開挖期間還應(yīng)及時(shí)抽水，防止地下水位上升，基坑開挖完成及壩體回填到400.0 m高程后，停止抽水，并采用混合砂礫料回填井孔，距井口1.0 m時(shí)，澆筑砼塞封口。

3.2 地面雨水和壩基滲水的排除

均質(zhì)土壩工程位于清河河谷，截?cái)嗪恿餍藿ǎ嫌蝸硭上绕谛藿ǖ呐派承购槎匆翗屑~下游河床排放，不影響壩基開挖和回填。土壩施工區(qū)域內(nèi)降雨和坡面滲水制約工程施工，需要及時(shí)有效排走。為了防止施工期間地面雨水匯流從兩壩肩流入壩基范圍內(nèi)，沿左右壩肩距削坡開口線以外2 m，修建一道上寬 0.6 m，下寬 0.3 m，深 0.5 m，T=1/500 的截水渠，用來攔截地面雨水，排水渠每隔50 m設(shè)一集水坑，用泵抽至壩址旁灌溉渠道中。

均質(zhì)土壩基坑四周修建臨時(shí)排水渠，用來攔截坡面滲水和雨水，并引至集水坑內(nèi)，用泵抽排至下游圍堰以外。

4 結(jié)語

采取了一系列措施進(jìn)行施工處理，有效地降低了地下水位，疏干了壩基開挖基面以上的土壤，保證了均質(zhì)土壩清基及填筑的正常施工。降低區(qū)域地下水位的方法效果明顯，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，在同類工程條件下施工，也值得借鑒，和進(jìn)一步研究探索。

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1004－1184(2012)05－0034－02

2012－06－14

陳萍(1966－)，女，陜西高陵人，工程師，主要從事水利水電工程施工及管理工作。