□王亞奇

南水北調(diào)邯邢段洺河渡槽基坑排水設(shè)計(jì)

□王亞奇

以南水北調(diào)邯邢段洺河渡槽工程為例，進(jìn)行基坑排水設(shè)計(jì)。根據(jù)工程布置、工程地質(zhì)及地下水情況進(jìn)行分析，選定基坑布置，選擇排水方式，計(jì)算排水量,最終選定排水設(shè)備型號(hào)及數(shù)量。目前洺河渡槽已施工完畢，從現(xiàn)場(chǎng)施工情況看，排水設(shè)備及數(shù)量滿足施工要求，保障了工程順利進(jìn)行。

南水北調(diào)；地下水；基坑排水；水泵

南水北調(diào)邯邢段洺河渡槽位于邯鄲市永年縣城西鄧底村與臺(tái)口村之間的洺河上，由進(jìn)出口連接段、進(jìn)口節(jié)制閘、出口檢修閘、退水閘和排冰閘組成。洺河渡槽總長(zhǎng)829m，其中進(jìn)口段長(zhǎng)87m，槽身段長(zhǎng)640m，出口段長(zhǎng)102m。槽身縱向?yàn)?6跨簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)，單跨長(zhǎng)40m，槽身為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

渡槽進(jìn)口段、1號(hào)、2號(hào)槽墩及退水閘位于南岸一級(jí)階地，16、17號(hào)槽墩及出口段位于北岸一級(jí)階地，其余槽墩位于河漫灘及河床，地面高程 71.88～82.73m。

1.地質(zhì)情況

1、2 號(hào)槽墩上部壤土厚3.6～5.3m，中部為厚層卵石，厚度約26.2m，下部以二疊系上石盒子組砂巖為主，鉆孔揭露最大厚度19.3m。

3～15 號(hào)槽墩上部為厚層卵石，厚度9.8～24.3m，局部夾砂土、礫石透鏡體。3～5號(hào)槽墩下部以二疊系上石盒子組砂巖為主，6～15號(hào)槽墩下部以二疊系上石盒子組泥巖為主，鉆孔揭露最大厚度54.2m。

16號(hào)槽墩上部為第四系全新統(tǒng)壤土，中部為卵石，厚5～9.3m，下部以二疊系上石盒子組泥巖為主，鉆孔揭露最大厚度15.25m。

17號(hào)槽墩上部為第四系全新統(tǒng)壤土和上更新統(tǒng)黃土狀壤土，厚 8.8～13.2m，下部以二疊系上石盒子組泥巖為主。

河谷地下水位高程在66.6～68.85m之間，地下水埋深7～11m之間。地下水主要賦存于第四系上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)沖洪積卵石層中，總厚度約24m。根據(jù)抽水試驗(yàn)成果，卵石層滲透系數(shù)為55.4m/d。卵石層具強(qiáng)透水性，地下水水量豐富。除1、2、16、17號(hào)槽墩基坑開(kāi)挖無(wú)地下水影響外，其余槽墩承臺(tái)均位于地下水位以下。

2.排水方式

槽墩承臺(tái)基坑平均開(kāi)挖深度10m，含水層滲透系數(shù)大，但地下水位超出建基面不高，綜合考慮基坑排水采用基坑內(nèi)明溝加集水井的排水方案。

基坑開(kāi)挖后沿基坑四周開(kāi)挖排水明溝，明溝斷面0.5m×0.5m，沿排水明溝每隔一段距離及基坑四角設(shè)置集水井，井深約1.5m，井的直徑約1m。基坑內(nèi)滲水經(jīng)排水明溝匯集到集水井后，再采用水泵抽排至基坑外。

3.排水量計(jì)算

基坑排水包括初期排水和經(jīng)常性排水，工程安排在非汛期施工，初期排水量不大，因此排水量計(jì)算以經(jīng)常性排水為重點(diǎn)。

基坑經(jīng)常性排水包括基坑滲水，施工棄水及降雨匯水，分別計(jì)算如下：

3.1 基坑滲流量

本工程采用將基坑近似視為井，按井的滲流計(jì)算。槽墩基坑埋深10m左右，而卵石層厚度約24m，建基面仍位于透水層上，采用無(wú)壓非完全井公式計(jì)算：

式中：

k—主要含水層的滲透系數(shù)，滲透系數(shù)取55.4m/d。

Ha—界限厚度；取9.35m。

T—井中水面與不透水層的距離，取5.85m。

R—抽水影響半徑，取250m（參考水力學(xué)計(jì)算手冊(cè)經(jīng)驗(yàn)值）。

r0—基坑當(dāng)量半徑。

L-基坑上口長(zhǎng)，根據(jù)基坑開(kāi)挖設(shè)計(jì)，取210m。

B-基坑上口寬，根據(jù)基坑開(kāi)挖設(shè)計(jì)，取65m。

η-基坑形狀系數(shù)，根據(jù) B/L，取1.14。

經(jīng)計(jì)算，排水流量Q=1003m3/h。

3.2 施工棄水流量

主要為混凝土養(yǎng)護(hù)用水，用水量按每立方米混凝土每天養(yǎng)護(hù)8次、每次養(yǎng)護(hù)用水0.005m3計(jì)算，單個(gè)基坑內(nèi)最大混凝土量為2174m3，養(yǎng)護(hù)用水流量：

Q＝2174×8×0.005＝87m3/d＝3.6m3/h。

3.3 降雨匯水流量

降雨量按日最大降雨強(qiáng)度50mm考慮，一次開(kāi)挖基坑集雨面積13650m2（210m×65m），降雨排水強(qiáng)度為28m3/h。

3.4 最終排水量

混凝土養(yǎng)護(hù)用水與降雨積水不能疊加，取兩者較大的降雨匯水，基坑總的排水量為基坑滲水量與降雨匯水量之和，即基坑排水流量為1031m3/h。

根據(jù)資料一般將計(jì)算的排水量乘1.2～1.5倍的擴(kuò)大系數(shù)。洺河渡槽為南水北調(diào)工程中的節(jié)點(diǎn)性工程，控制著工程的總工期，為保證基坑排水安全可靠，按計(jì)算排水量的1.5倍選擇排水設(shè)備。

3.5 泵型選擇

排水設(shè)備一般采用水泵抽排，在水利電力生產(chǎn)和施工中，離心式清水泵應(yīng)用較廣，因此排水設(shè)備考慮采用離心式排水泵。

排水設(shè)備選擇的基本條件一般為流量和揚(yáng)程。根據(jù)基坑大小、集水井布置條件及地質(zhì)情況確定水泵的流量。根據(jù)基坑深度、圍堰高度及地下水降低高度確定水泵的揚(yáng)程。水泵的揚(yáng)程為實(shí)際揚(yáng)程和損失揚(yáng)程之和，在選擇揚(yáng)程時(shí)要注意扣除損失揚(yáng)程（損失揚(yáng)程一般占水泵揚(yáng)程的20%～30%）。

根據(jù)上述條件，經(jīng)綜合比較洺河渡槽基坑經(jīng)常性排水共需配備 IS125-100-250型離心泵20臺(tái)，備用10臺(tái)，總臺(tái)數(shù)為30臺(tái)。

4.小結(jié)

在地下水位較高的工程中，基坑排水設(shè)計(jì)是施工組織設(shè)計(jì)的重點(diǎn)之一，選擇合理的排水方式能夠保證基坑安全，加快工程進(jìn)度，節(jié)約排水費(fèi)用。目前基坑排水量的計(jì)算沒(méi)有一種準(zhǔn)確的算法，均是在假定的邊界條件下取得，因此排水設(shè)計(jì)中的排水量與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的排水量存在一定差異。在現(xiàn)場(chǎng)施工中一般在排水設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，采取試抽法來(lái)最終確定排水量及排水設(shè)備，以免投入設(shè)備過(guò)多。

2017-02-08

王亞奇，男，漢族，河北省水利水電第二勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，高級(jí)工程師。