長沙綜合樞紐工程二期基坑初期排水設計

長沙綜合樞紐工程二期基坑初期排水設計

一、總結1.研究對象長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，大壩控制著90120km/s。長沙綜合樞紐工程位于湖南省會長沙市下游,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.徑流生長規(guī)律湘江為雨水補給型河流,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月份來水遞減。湘江來水65.3%集中在3~7月份這5個月;余下7個月僅占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,查找相應的月平均水位為EL23.0m;3.全強風化砂巖左汊二期上、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~強風化花崗巖一般厚約5~10.0m,下游全~強風化花崗巖厚度相對較淺,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~強風化花崗巖一般厚約0~5.7m。河床砂礫石層滲透系數(shù)K=2.0~3.8×10-2(cm/s);基巖全強風化帶的透水率q=5.0~16lu。二、大力推進形勢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日為調試、整改階段);2.根據(jù)長沙中長期天氣預報2011年1月12日至2011年1月19日均無降雨天氣,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水、圍堰滲水等;4.圍堰軸線長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)設計地形經(jīng)過詳細計算,EL23.0m以下基坑內(nèi)的水量約為195萬立方米,詳見下表:5.排水計算主要考慮基坑儲水、堰體滲流量、堰基滲流和繞滲量。三、基礎2的初步吸排水計算1.管滲高度計算按照“不透水地基上的心墻圍堰”類型進行計算(參照《水利水電施工設計手冊(施工規(guī)劃1)》P802)。心墻平均厚度ξ=0.8m×k(心墻兩側為吹填沙,通過實驗確定: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)轉化成吹填沙的厚度。轉化系數(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所能遭遇的最大高度(23.0m)進行計算,圍堰內(nèi)側堰腳平均高程按15.0m取值,按均質土圍堰進行計算單寬滲流,q=k×((23-15)2-(0)2)/(2×ξ)=3×10-2×64/(2×24000)=4×10-5m3/s。整個圍堰長2127m的總滲透量為q×3600×2127=306m3/h。2.“n-l”透水系數(shù)計算根據(jù)招標文件內(nèi)容“全、強風化花崗巖屬弱~中等透水層,其全風化巖,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)對比,堰基強風化巖層的透水系數(shù)估算為K=10-5(cm/s),取強風化層厚5m。單寬滲流(按單層透水地基的滲流計算)q=k×(T×(H1-H2))/((1+0.87×T/L)×L)=10-5×12×5/(1.036×120)=4.83×10-6m3/s。整個圍堰整長2127m的總滲透量為:q×3600×2127=37m3/h。3.分級滲流的界定在堰肩與老堤接觸位置進行了60m長加強高噴防護,繞滲的大多來源于:水流通過基坑上下游河床,繞過堰肩加長的防滲墻,通過防滲墻與新堤之間的空隙進入新老堤中間深槽段,然后通過老堤滲入基坑。新堤與堰肩加長的防滲墻之間的空隙長度約為:60m。那么滲透段長度為60×2=120m。從上下游進入基坑的滲流長度采用綜合計算,計算長度980m。繞滲分2個部分:(1)老堤堤身形成的滲流:老堤填筑的粘土壓實度為93%時,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算)q=12.2×10-5m3/s。那么120m的總滲透量為q×3600×120=53m3/h。通過計算,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,那么在最大排水時段,按每天24小時抽排水計算,最大排水強度為(310000/24)+396=13396m3/h。四、滲流量和降水量計算主要排雨水、圍堰滲水、地基滲水及施工廢水,施工廢水與降水不疊加。(1)堰體滲流量計算:圍堰滲流量考慮按照最大堰前水頭進行計算,二期圍堰設計堰頂高程為EL33.4m,而預充水口頂部高程為EL33.0m,那么按照最大堰前水位EL33.0m進行計算。圍堰內(nèi)側堰腳平均高程按EL15.0m考慮。按均質土圍堰進行計算單寬滲流,q=2.025×10-4m3/s。那么整個圍堰整長2127m的總滲透量為:q×3600×2127=1550m3/h;(2)堰基強風化巖石層滲透量:算法同初期排水,取18.5m3/h;(3)繞滲量計算:算法同初期排水,取55m3/h;(4)降水量計算:根據(jù)招標文件長沙地區(qū)最大日降水量為224.5mm,小時最大降水量為224.5/24=9.35mm?；涌偯娣e為42.9萬m2,那么最大積水量為4011m3。通過計算,經(jīng)常性最大排水強度按照5600m3/h考慮。五、圍堰滲流量表1.初期排水量理論計算數(shù)據(jù)與施工實際數(shù)據(jù)對比分析:初期排水量理論計算數(shù)據(jù)為13396m3/h,而施工中實測數(shù)據(jù)為13150m3/h。可以看出,實際數(shù)據(jù)比理論計算數(shù)據(jù)偏小,主要表現(xiàn)在圍堰堰體實際滲流量比計算數(shù)據(jù)小,圍堰閉氣效果與粘土心墻防滲效果比預期的要好;2.經(jīng)常性排水量理論計算數(shù)據(jù)與施工實際數(shù)據(jù)對比分析:初期排水量理論計算數(shù)據(jù)為5600m3/h,施工中實測最大數(shù)據(jù)為2650m3/h。可以看出,實際數(shù)據(jù)比理論計算數(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.在計算中,考慮每天基坑內(nèi)水位下降1m,實際實施過程中,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下降速度進行控制。滿足工期要求。六、排水配置和設備的選擇和配置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高程各布置一個抽水機平臺放置抽水機進行抽排水工作;(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)。此時計劃布置4個大的集水井,用于積水。滲水通過設置在圍堰內(nèi)側堰腳的排水溝將水匯集至集水井內(nèi)通過大功率抽水機排出基坑?；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2根和1根50cm直徑鋼管,在縱向圍堰30.40m高程埋設1根50cm直徑鋼管作為經(jīng)常性排水通道,抽水機從集水井抽取積水通過軟管進入埋設的鋼管,將水排出基坑。2.型抽水機(1)初期排水根據(jù)設備特征和排水量,初期排水配置17臺Y280-4型(單機排水量485m3/h,功率75kw)、17臺Y250M-4型(單機排水量468m3/h,功率55kw)抽水機,抽水機總排水能力為16201m3/h,抽水效率按照85%進行計算實際排水能力為13771m3/h,滿足基坑初期排水強度需要。(2)經(jīng)常性排水結合初期排水設備,經(jīng)常性排水設備配置,8臺Y280-4型、8臺Y250M-4型抽水機,抽水機總排水能力為7624m3/h,抽水效率按照85%進行