长沙综合枢纽工程二期基坑初期排水设计

长沙综合枢纽工程二期基坑初期排水设计

一、总结1.研究对象长沙综合枢纽工程是湘江上游综合开发利用规划的最下游级，大坝控制着90120km/s。长沙综合枢纽工程位于湖南省会长沙市下游,枢纽主要包括船闸、泄水闸、电站、坝顶公路桥、鱼道等。本工程采用分期导流方式,一期施工右汊20孔泄水闸,二期施工左汊船闸+11.5孔泄水闸及船闸,三期施工左汊14.5孔泄水闸和电站厂房。2.径流生长规律湘江为雨水补给型河流,每年4~9月为汛期,10月至次年2月为枯水期。坝址多年平均流量为2237m3/s。湘江在此河段径流呈如下规律:从1月~6月份径流接近逐月递增,从7月~12月份来水递减。湘江来水65.3%集中在3~7月份这5个月;余下7个月仅占34.7%。根据1952~2008年水文资料,推算出坝址多年月(年)平均流量、坝址多年月(年)平均水位等。二期基坑抽排水施工在2011年1月中旬,查找相应的月平均水位为EL23.0m;3.全强风化砂岩左汊二期上、下游横向围堰河床高程12.7~30.0m,砂砾石一般厚约3.0~12.0m。下伏基岩为花岗岩,上游全~强风化花岗岩一般厚约5~10.0m,下游全~强风化花岗岩厚度相对较浅,一般厚约3.0~5.0m。左汊纵向围堰河床高程17.3~20.2m,砂砾石一般厚约3.0~11.4m。下伏基岩为花岗岩,岩面起伏大,全~强风化花岗岩一般厚约0~5.7m。河床砂砾石层渗透系数K=2.0~3.8×10-2(cm/s);基岩全强风化带的透水率q=5.0~16lu。二、大力推进形势大力确定期排水方案1.二期基坑于2011年1月10日完成围堰闭气工作,于2011年1月12日正式开始基坑初期抽排水工作(1月11日为调试、整改阶段);2.根据长沙中长期天气预报2011年1月12日至2011年1月19日均无降雨天气,故初期排水中不考虑降雨水量;3.二期基坑初期排水主要包括基坑储水、围堰渗水等;4.围堰轴线长2127m;围堰堰顶高程为EL33.4m,1月份河床多年平均水位为EL23.0m,根据设计地形经过详细计算,EL23.0m以下基坑内的水量约为195万立方米,详见下表:5.排水计算主要考虑基坑储水、堰体渗流量、堰基渗流和绕渗量。三、基础2的初步吸排水计算1.管渗高度计算按照“不透水地基上的心墙围堰”类型进行计算(参照《水利水电施工设计手册(施工规划1)》P802)。心墙平均厚度ξ=0.8m×k(心墙两侧为吹填沙,通过实验确定:吹填沙防渗系统为3×10-2、粘土心墙防渗系统为10-6),将高喷桩按照渗透系数转化成吹填沙的厚度。转化系数为k,k(吹填沙渗透系数/防渗墙渗透系数)=3×10-2/10-6=30000,那么ξ=0.8m×k=24000m。围堰迎水面水位高度按照初期排水时所能遭遇的最大高度(23.0m)进行计算,围堰内侧堰脚平均高程按15.0m取值,按均质土围堰进行计算单宽渗流,q=k×((23-15)2-(0)2)/(2×ξ)=3×10-2×64/(2×24000)=4×10-5m3/s。整个围堰长2127m的总渗透量为q×3600×2127=306m3/h。2.“n-l”透水系数计算根据招标文件内容“全、强风化花岗岩属弱~中等透水层,其全风化岩,厚度变化较大,主要分布于拟建坝轴线附近,厚度一般为4.1~24.6m。”根据对比,堰基强风化岩层的透水系数估算为K=10-5(cm/s),取强风化层厚5m。单宽渗流(按单层透水地基的渗流计算)q=k×(T×(H1-H2))/((1+0.87×T/L)×L)=10-5×12×5/(1.036×120)=4.83×10-6m3/s。整个围堰整长2127m的总渗透量为:q×3600×2127=37m3/h。3.分级渗流的界定在堰肩与老堤接触位置进行了60m长加强高喷防护,绕渗的大多来源于:水流通过基坑上下游河床,绕过堰肩加长的防渗墙,通过防渗墙与新堤之间的空隙进入新老堤中间深槽段,然后通过老堤渗入基坑。新堤与堰肩加长的防渗墙之间的空隙长度约为:60m。那么渗透段长度为60×2=120m。从上下游进入基坑的渗流长度采用综合计算,计算长度980m。绕渗分2个部分:(1)老堤堤身形成的渗流:老堤填筑的粘土压实度为93%时,渗透系数K20°C(cm/s)=2.6×10-7。渗流量很小,可以忽略;(2)老堤底部渗流:老堤底部砂卵石层渗透系数初步估计按照10-3考虑。底部渗透层厚按照10m考虑,宽度120m。单宽渗流(按单层透水地基的渗流计算)q=12.2×10-5m3/s。那么120m的总渗透量为q×3600×120=53m3/h。通过计算,初期抽排水总的渗水量按306+37+53=396m3/h考虑。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考虑,那么在最大排水时段,按每天24小时抽排水计算,最大排水强度为(310000/24)+396=13396m3/h。四、渗流量和降水量计算主要排雨水、围堰渗水、地基渗水及施工废水,施工废水与降水不叠加。(1)堰体渗流量计算:围堰渗流量考虑按照最大堰前水头进行计算,二期围堰设计堰顶高程为EL33.4m,而预充水口顶部高程为EL33.0m,那么按照最大堰前水位EL33.0m进行计算。围堰内侧堰脚平均高程按EL15.0m考虑。按均质土围堰进行计算单宽渗流,q=2.025×10-4m3/s。那么整个围堰整长2127m的总渗透量为:q×3600×2127=1550m3/h;(2)堰基强风化岩石层渗透量:算法同初期排水,取18.5m3/h;(3)绕渗量计算:算法同初期排水,取55m3/h;(4)降水量计算:根据招标文件长沙地区最大日降水量为224.5mm,小时最大降水量为224.5/24=9.35mm。基坑总面积为42.9万m2,那么最大积水量为4011m3。通过计算,经常性最大排水强度按照5600m3/h考虑。五、围堰渗流量表1.初期排水量理论计算数据与施工实际数据对比分析:初期排水量理论计算数据为13396m3/h,而施工中实测数据为13150m3/h。可以看出,实际数据比理论计算数据偏小,主要表现在围堰堰体实际渗流量比计算数据小,围堰闭气效果与粘土心墙防渗效果比预期的要好;2.经常性排水量理论计算数据与施工实际数据对比分析:初期排水量理论计算数据为5600m3/h,施工中实测最大数据为2650m3/h。可以看出,实际数据比理论计算数据大大偏小,主要表现在2011年1月至2011年8月坝址区域降雨量偏小;3.在计算中,考虑每天基坑内水位下降1m,实际实施过程中,考虑到围堰的安全稳定,EL23.0m~EL16.0m每天下降1m,而EL16.0m高程以下由于水位基本已经低于堰脚,故每天按照2m下降速度进行控制。满足工期要求。六、排水配置和设备的选择和配置1.基坑排水系统(1)初期排水分别在纵向围堰上、下游端26.50m高程各布置一个抽水机平台放置抽水机进行抽排水工作;(2)基坑经常性排在基坑大面积排水完成后为了基坑开挖、基础处理和闸坝底部大体积混凝土浇筑施工先将基坑水位降至基岩面以下50cm(约在10.00m高程)。此时计划布置4个大的集水井,用于积水。渗水通过设置在围堰内侧堰脚的排水沟将水汇集至集水井内通过大功率抽水机排出基坑。基坑低洼段的积水,先将其排至集水坑,再续排出围堰。集水井底部高程定在EL10.0m。在上下游围堰30.4m高程分别埋设2根和1根50cm直径钢管,在纵向围堰30.40m高程埋设1根50cm直径钢管作为经常性排水通道,抽水机从集水井抽取积水通过软管进入埋设的钢管,将水排出基坑。2.型抽水机(1)初期排水根据设备特征和排水量,初期排水配置17台Y280-4型(单机排水量485m3/h,功率75kw)、17台Y250M-4型(单机排水量468m3/h,功率55kw)抽水机,抽水机总排水能力为16201m3/h,抽水效率按照85%进行计算实际排水能力为13771m3/h,满足基坑初期排水强度需要。(2)经常性排水结合初期排水设备,经常性排水设备配置,8台Y280-4型、8台Y250M-4型抽水机,抽水机总排水能力为7624m3/h,抽水效率按照85%进行