王艷瓊WANG Yan-qiong

（寧夏水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，銀川 750001）

1 工程概況

黃沙古渡泵站為黃河右岸臨河一體式取水泵站。由進(jìn)水閘、進(jìn)水前池、主副廠房、輸水管道及進(jìn)場道路等組成。其位于黃河Ⅱ級階地上，前緣為黃河河道，進(jìn)水閘距離水邊線水平距離約為17m，東側(cè)為出露山體，山體頂高程約1128.00m，底高程約1100.00m，總高度約28m。場地勘察期間存在地下水，地下水位高程1101.10m。泵站基礎(chǔ)坐落在泥巖層，底高程1088.60m，封閉圈頂高程1104.50m，泵站基坑深度36-38m，屬于一級基坑?；娱_挖分三次開挖進(jìn)行，第一次開挖為場坪高程1104.5m 以上，第二次開挖為進(jìn)水閘、進(jìn)水前池和封閉圈構(gòu)筑物基坑開挖，高程1088.60m 至1104.50m 之間，第三次為后管坑及泵站出水管管槽開挖。

2 圍堰設(shè)計(jì)

2.1 地質(zhì)條件分析

泵站站址勘察期間存在地下水，地下水位高程1101.10m。且由于泵站位置處于黃河岸邊，取水水位較低，基坑邊坡巖性為不膠結(jié)砂巖，砂巖滲透系數(shù)3.0×10-3cm/s，中等透水層，開挖過程中黃河水不斷補(bǔ)給，存在涌水問題，基坑需要降水。

第二次開挖受地下水及黃河水的影響，在第二次開挖開始前應(yīng)完成圍堰填筑，以圍護(hù)施工基坑，保證后續(xù)開挖及水工建筑物能在旱地施工。

2.2 圍堰設(shè)計(jì)

2.2.1 圍堰型式確定

根據(jù)場地條件，該工程圍堰級別為4 級，按照10 年一遇洪水設(shè)計(jì)，考慮安全超高及冬季凌汛影響，圍堰堰頂高程與泵站廠區(qū)地坪高程一致，為1104.5m。圍堰型式初步擬定土石圍堰，考慮用基坑開挖料做為圍堰回填料，但因泵站基坑開挖料以細(xì)砂為主，透水性較大，采用復(fù)合土工膜防滲。且因黃河邊水流沖刷較大，參考以往寧夏黃河邊水利工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，在圍堰上游沖刷段采用方形噸袋裝土護(hù)坡，鉛絲籠塊石與散拋石護(hù)腳?？紤]黃河岸邊基坑滲水的危害，護(hù)坡增加一層聚乙烯彩條布加強(qiáng)防滲。

圍堰最終結(jié)構(gòu)形式如下：填筑坡比為1:2，迎水面設(shè)護(hù)坡強(qiáng)化防滲透、防沖刷作用，護(hù)坡形式分兩段，第一段為上游沖刷段，自上而下依次為：高程1098.80m 以上1.5m 厚方形噸袋、高程1098.80m 以下拋投鉛絲籠石與散拋石護(hù)腳+聚乙烯彩條布+3.0m 厚基坑開挖料回填+復(fù)合土工膜；第二段為下游順?biāo)鞫危陨隙乱来问欠叫螄嵈?聚乙烯彩條布+3.0m 厚基坑開挖料回填+復(fù)合土工膜。

圍堰平面布置圖及結(jié)構(gòu)詳圖如圖1、圖2、圖3。

圖1 圍堰平面布置圖

圖2 上游沖刷段圍堰結(jié)構(gòu)圖

圖3 下游順?biāo)鞫螄呓Y(jié)構(gòu)圖

2.2.2 圍堰堰頂高程計(jì)算

結(jié)合工程主體級別，確定本工程施工導(dǎo)流建筑物級別為4 級。施工導(dǎo)流圍堰采用土石圍堰，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)采用10 年一遇，對應(yīng)的洪水流量5530m3/s，相應(yīng)水位為1102.93m。堰頂高程采用下式計(jì)算確定：

H=Zm+ha+δ

式中：H——圍堰堰頂高程；

Zm——設(shè)計(jì)洪水水位；

ha——波浪爬高，取ha=1.0m；

δ——圍堰安全超高，取δ=0.5m。

考慮凌汛對圍堰的影響，堰頂高程分別計(jì)算10 年一遇設(shè)計(jì)洪水位和冬季平均枯水位兩個(gè)工況下最大堰頂高程為最終堰頂高程。

10 年一遇設(shè)計(jì)洪水位工況：10 年一遇對應(yīng)的洪水流量5530m3/s，相應(yīng)水位為1102.93m，計(jì)算得堰頂高程H=1104.43m；根據(jù)黃河石嘴山站水文資料，1984-2018 年黃河12 月至2 月份日平均來水量600m3/s，相應(yīng)水位1100.3m，根據(jù)歷史黃河凌汛事件，凌汛水位變幅按2m 高考慮，計(jì)算得堰頂高程H=1102.3m。

上述兩種情況相比較取大值，最終確定圍堰頂高程為1104.43m。

2.2.3 圍堰滲流穩(wěn)定及抗滑穩(wěn)定分析

經(jīng)AUTOBANK 建模分析，黃沙古渡水源泵站圍堰結(jié)構(gòu)滿足滲流穩(wěn)定及抗滑穩(wěn)定要求。

3 圍堰施工

3.1 施工準(zhǔn)備

①施工放樣。

在圍堰填筑前由測量人員進(jìn)行施工放樣，按設(shè)計(jì)圖紙?zhí)峁┑淖鴺?biāo)定出圍堰軸線，預(yù)埋高于地面1.5m 的彩色標(biāo)桿作為標(biāo)志，并由工程技術(shù)人員和試驗(yàn)人員進(jìn)行填筑前的土工試驗(yàn)以確定碾壓參數(shù)[1]。

根據(jù)施工期和工程量合理安排施工機(jī)械和調(diào)配人員并配備一定數(shù)量的鉛絲石籠和方形噸袋。

②拋投料制備。

圍堰填筑結(jié)合第二次開挖進(jìn)行，當(dāng)基坑第二次開挖至高程1102.5m 時(shí)，正式開始圍堰填筑，圍堰填筑先行推填至施工期水位高程，后采用上下游雙側(cè)進(jìn)占施工。圍堰推填至施工期水位后，開始鉛絲石籠的綁扎和方形噸袋填土。

1）方形噸袋填土。

噸袋應(yīng)使用滿足規(guī)格的編織袋和綁扎繩，人工將回填土料裝進(jìn)編織袋內(nèi)，每個(gè)編織袋裝土量為85%左右，用塑料繩綁扎封口，人工搬運(yùn)堆放整齊等待拋投。

2）石籠裝填綁扎。

石籠填料過程中，應(yīng)分批、均勻向網(wǎng)箱內(nèi)填料，避免對單個(gè)網(wǎng)箱一次性填滿。高度≤100cm 的網(wǎng)箱，單次填充高度不應(yīng)大于網(wǎng)箱高度的1/2；高度＞100cm 的網(wǎng)箱，單次填充高度不應(yīng)大于網(wǎng)箱高度的1/3。

填料過程中，不同粒徑的填料應(yīng)按照大石碼邊、小石填中、相互搭接、平穩(wěn)均勻的方式完成，以提高網(wǎng)箱填充率；填料過程中，應(yīng)避免石籠出現(xiàn)＞15%的變形，同時(shí)避免石籠損傷[2]；填料過程中，需要機(jī)械與人工合理搭配，其中人工裝填、碼放對石籠結(jié)構(gòu)體質(zhì)量更有保障。

石料裝填好后，將頂蓋翻裹封頂，并將邊緣綁扎結(jié)實(shí)，綁扎的搭接寬度不小于10cm。裝填后的石籠應(yīng)基本達(dá)到填石飽滿，外形方正，扎口結(jié)實(shí)，在進(jìn)占時(shí)不開口，不漏石。

噸袋及石籠裝填如圖4、圖5。

圖4 方形噸袋填土

圖5 鉛絲石籠綁扎

3.2 圍堰填筑

結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，針對圍堰特點(diǎn)，分階段進(jìn)行圍堰施工。

首次填筑為施工期水位+0.5m 高程以下圍堰施工。上游沖刷段：以鉛絲石籠+稻草為主材、方形噸袋土枕相輔的方式進(jìn)行圍堰進(jìn)占，形成防沖刷體系；從場坪自東向西至圍堰方向按1:2.0 坡比進(jìn)行堰體推進(jìn)填筑，回填料采用泵站基坑開挖料，推填至高出施工期水位時(shí)，由上游至下游開始分層碾壓回填，要求相對密度≥0.75，復(fù)合土工膜作為主要防滲體，加以彩條布，形成防滲體系。下游順?biāo)鞫危翰捎脟嵈琳磉M(jìn)行圍堰進(jìn)占；泵站開挖料進(jìn)行堰體推進(jìn)填筑；復(fù)合土工膜作為主要防滲體，加以彩條布，形成防滲體系。

第二階段填筑為施工期水位+0.5m 高程以上圍堰施工。采用噸袋進(jìn)行護(hù)坡，復(fù)合土工膜防嗮以保護(hù)噸袋；泵站開挖料進(jìn)行堰體培厚加高；復(fù)合土工膜作為主要防滲體，加以彩條布，形成防滲體系。直至回填至1104.50m 高程且達(dá)到設(shè)計(jì)堰頂寬度。

由于進(jìn)占體設(shè)計(jì)外坡比為1∶2，拋填過程中無法一次性達(dá)到設(shè)計(jì)坡比，施工時(shí)按照設(shè)計(jì)坡腳線控制拋填范圍，水下部分填筑完成后采用長臂反鏟對超填部分進(jìn)行清除，修整至設(shè)計(jì)邊坡[3]。

為了保證圍堰填筑內(nèi)外坡比達(dá)到設(shè)計(jì)要求，每填筑2～3 層后及時(shí)修坡，采用人工配合反鏟及時(shí)修坡。

堰體與岸坡結(jié)合處為防滲的薄弱環(huán)節(jié)，因此在圍堰填筑時(shí)應(yīng)注意土工膜布與岸坡上下游兩端的裹頭處理。

鉛絲籠塊石與散拋石拋投頂寬2.0m，頂高程1098.80m，坡比1:2.5；方形噸袋自高程1098.8m 開始，厚1.5m，噸袋規(guī)格1.0m*1.0m*1.0m。

石籠和噸袋進(jìn)占時(shí)由專人指揮用吊車吊起，使石籠平穩(wěn)的滑入水中。進(jìn)占時(shí)要備有充足的石籠且連續(xù)進(jìn)占，減少施工沖坑。單個(gè)石籠沉放宜自下游向上游進(jìn)行，以使上游石籠的下端壓在下游石籠的上端，以減小水流對石籠的動力作用，達(dá)到石籠入水后銜接緊密的效果。

3.3 基坑降水

圍堰基坑建基面約高程1095.00m，泵站背水側(cè)平臺寬約20～28m，后接泵站封閉圈基坑。地下水水位高程1101.00m，黃河水通過圍堰堰體及基礎(chǔ)不斷滲透補(bǔ)給至背水側(cè)基坑，開挖過程中可能存在涌水問題，為保證基坑開挖及后續(xù)水工建筑物可以干燥施工，基坑需要降排水。

根據(jù)《水利水電工程施工基坑排水技術(shù)規(guī)范》（DL/T5719-2015），降水應(yīng)考慮初期排水和經(jīng)常性排水。結(jié)合地質(zhì)資料及工期安排，經(jīng)常性排水主要考慮基坑滲水、基坑覆蓋層中的含水量等。為保證基坑干燥施工，降排水系統(tǒng)主要由管井降水和明溝排水兩部分組成。

基坑積水量：圍堰閉氣以后河床底標(biāo)高以上存水量，計(jì)算得Q=36245.48m3。

基坑滲水量計(jì)算：采用理正巖土滲流分析軟件進(jìn)行滲水計(jì)算，計(jì)算模型選擇均質(zhì)土堤、透水堤基、無排水設(shè)備進(jìn)行計(jì)算。

計(jì)算得單寬滲流量q=7.787m3/（d·m），圍堰全長306m，滲流量Q=1557.4m3/d。

基坑覆蓋層中含水量：根據(jù)《工程地質(zhì)手冊》（第五版），細(xì)砂給水度按照0.2 取，本工程基坑覆蓋層含水量計(jì)算得Q=13910m3。

水泵選型：根據(jù)滲流計(jì)算，結(jié)合排水工期，水泵選擇50m3/h 潛水泵。

管井降水：管井采用無砂砼管固壁，井徑400mm，間距30m，平均深20m；排水溝沿基坑四周布置，其中：圍堰背水側(cè)施工平臺處按15m 間距布設(shè)2 排，共計(jì)14 眼；封閉圈基坑內(nèi)在1104.5m 馬道按照15m 間距布設(shè)一排，共計(jì)19 眼；在基坑1093.3m 馬道上按15m 間距布設(shè)一排，共計(jì)13 眼。井深至不透水層（約19～31m），全部共布設(shè)降水井46 眼。

明溝排水：主要由排水溝、集水坑和排水泵等組成，在封閉圈范圍線外側(cè)2m 處按1:0.75 開挖邊坡沿基坑底面下挖0.5m 深，底寬0.3m 設(shè)置，同時(shí)在低洼處設(shè)置集水井3 個(gè)，先將積水排至集水坑，再集中抽排出。

初期排水的降水速度控制在0.5～0.8m/d，明溝和管井排水均抽排至黃河內(nèi)。

4 結(jié)束語

土枕布袋裝土后用于黃河治理工程中水下進(jìn)占的拋投體，這在寧夏已十分常見。黃沙古渡泵站圍堰采用高強(qiáng)度噸袋和鉛絲石籠做為圍堰護(hù)坡防沖刷體，通過加固防護(hù)圍堰護(hù)坡，減少水流對圍堰的沖刷，以提高圍堰進(jìn)占體的有效利用率。土工膜及彩條布的雙重應(yīng)用，有效降低黃河水通過圍堰向基坑的滲透。本工程圍堰堰體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及實(shí)際實(shí)施，嚴(yán)格控制圍堰填筑及防滲施工質(zhì)量，保障了施工過程中極好的防滲、抗沖刷能力。黃沙古渡泵站圍堰自填筑成功到泵站封閉圈建筑物澆筑成功，圍堰堅(jiān)固無沖毀現(xiàn)象，泵站基坑沒有任何滲水現(xiàn)象，得到工程參建相關(guān)單位的高度認(rèn)可。由此，為以后同類型工程的設(shè)計(jì)和施工積累了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，增加了更具實(shí)際操作性的參考意義。