第４１卷第１６期 ２ ０ １ ０年８月 人 民 长 江 Ｙａｎｇｔｚｅ Ｒｉｖｅｒ Ｖｏ１．４Ｉ．Ｎｏ．１６ Ａｕｇ．， ２０１０ 文章编号：１００１—４１７９（２０１０ Ｊ １６—００４５—０２ 南水北调中线穿漳河倒虹吸工程基坑排水设计 朱爱林，黄星更，薛维成 （长江勘测规划设计研究院枢纽设计处，湖北武汉４３００１０） 摘要：穿漳河倒虹吸工程为明挖式现浇混凝土有压箱涵，基坑最大开挖深约２２ ＩＴＩ，基坑底面有地下水头１６．８ ＩＴＩ．地层为强透水地基，基坑开挖过程中可能遇到基坑涌水、涌砂问题和基坑临时边坡稳定Ｐ－Ｉ题。从施工难 度、环境影响、经济性等方面，对基坑降排水方案进行了比选，根据现场情况，结合原型试验成果，决定选取对 周边环境影响较小，适用于舍卵石的砂砾石地质条件，能保证工期要求、降水要求、渗流控制要求、干地施工要 求的基坑帷幕截渗方案。并对设计过程作了简要叙述。 关键词：基坑排水；截渗帷幕；穿漳河工程；南水北调中线一期工程 中图法分类号：ＴＶ６７ 文献标志码：Ａ １工程概况 纵向围堰组成，一期纵向围堰位于主河槽的右侧，二期 纵向围堰位于一期基坑内。 穿漳河河渠交叉建筑物是南水北调中线工程总干 渠跨豫、冀两省界河一漳河的过河建筑物（以下简称 “穿漳工程”），位于河南省安阳市安丰乡施家河村与 河北邯郸市讲武城之间，属海河水系。交叉断面处漳 河５０ ａ一遇洪水位８３．８１ ｒｎ（１９８５国家基准高程，以 下同），１００ ａ一遇洪水位８７．３８ ＩＴＩ，３００ ａ一遇洪水位 ８７．４２ ｍ，河底高程７７．６ ｍ，穿漳工程建筑物包括渠道 和跨河建筑物，共计总长１ ０２１．８１２ ｍ。 图１穿漳工程地质剖面（单位：／ｌｑ） ２强透水基坑的特点 基坑开挖中可能遇到的主要问题有： 穿漳河倒虹吸工程为明挖式现浇混凝土有压箱 （１）基坑涌水、涌砂问题。倒虹吸管底部开挖面 涵，基坑最大开挖深度约２２ ｍ（６１．７～８３．７ ｍ），至基 高程６１．７ ＩＴＩ，基坑最大挖深达２２ ｍ，将切穿中细砂、砾 坑底面形成１６．８ ｍ的地下水头。工程所在位置是漳 砂、卵石含水层，形成１６．８ ｍ的地下水头差，可能产生 河出太行山后与平原的交界区，历史上曾遭遇多次洪 基坑涌水和涌砂问题，需采取截渗和抽排水措施。 水泛滥，著名的西门豹治水就发生在这一带，三国时代 （２）基坑临时边坡稳定问题。基坑开挖后边坡高 曾是曹操操练水兵的地方，由于地质变迁，古河床变成 度达ｌ０～２２ ｍ，边坡由松散的粉质壤土、粉细砂、中 了今日深达６０余米的砂砾石层，其地层为强透水地基 砂、卵石组成，且地下水位埋藏浅，临时边坡在渗透压 （见图１），渗透系数ｋ：７．０×１０一～１．０×１０～ｃｍ／ｓ。 力下易失稳。 工程采用二期导流方案，一期围右岸，二期围左 为保证基坑在干地条件下施工及施工安全，必需 岸，均为明渠过流。一、二期围堰均由上、下游围堰和 防止地下水从开挖边坡和基坑向外涌水。 收稿日期：２０１０—０６—３０ 作者简介：朱爱林，男，高级工程师，主要从事水利水电及土木工程设计工作。 ４６ 人 民 长 江 ３基坑降、排水方案比选 从施工难度、环境影响、经济性等方面对基坑降排 水进行了多方案比较，对比分析了以下几个方案：以抽 排为主的管井降水施工方案；以防为主的地下连续墙 的影响无法估计；②对环境的影响较大，强排水将产 生一个较大的地下漏斗，对周围生产、生活用水可能产 生影响。采用地下连接墙的办法是最保险的一种方 式，但施工难度大、周期长，特别是造价远远超出预算 的范围。而灌浆帷幕的造价介于两者之间，需要解决 的主要问题是，造孑Ｌ、成孔护壁及灌浆施工的关键工序 施工方案；还有以防为主、防排结合的帷幕灌浆施工方 案。针对各方案的优缺点并结合工期、成本及堵水效 果等综合因素考虑，进行了详细方案比较，详见表１。 表１ 基坑帷幕截渗及降排水方案对比 实施比较困难，且要求造孔、灌浆连续衔接。地下大粒 径含卵石的砂砾石强度高，结构松散，造孔钻进及成孔 护壁难，是影响方案选择的主要因素之一；含卵石的砂 砾石级配差，粒径大，空隙率高，渗径短，针对此种情 况，所选灌浆材料必须具有抗分散性、抗冲刷性、早强、 速凝等特性。为保证灌浆材料能有效充填，建议采用 低压或无压起灌，根据孑Ｌ序先后，选择灌浆压力在０．０５ ～０．２５ ＭＰａ之间变化，尽量减少浆液流失，形成相对 根据现场实际情况，分别在上下游围堰进行了灌 稳定的承压层。 浆试验。结合试验成果，决定从多种方案中选取对周 边环境影响较小、适用于含卵石的砂砾石地质条件、能 保证工期要求、降水要求、渗流要求、干地施工的基坑 帷幕截渗方案。 最初的计算分析表明，为保证基坑底部在于地情 综合比较以上各方案优劣，考虑施工时间紧迫，最 况下施工，强排水量大约为５．６ ＩＴＩ ／ｓ，采用帷幕灌浆后 排水量为０．７ ｉｎ ／ｓ，基坑渗水量只有原基坑渗水量的 １／８。钻孔取芯试验表明，水泥粘土浆充填的砂砾石渗 透系数达到了ｋ＝７．０×１０～～１．０×１０～ｃｍ／ｓ。 后选取方案（２），即帷幕灌浆加辅助明排方案，其帷幕 灌浆钻孔布置见图２。 岛 Ｉ／ ｌ‘Ｉ Ｉｌ ｌＩ． Ｉ‘ ～一． Ｉ ｊ ｌ １ －Ｉｌ ＪＬ ／ 穿漳涸工程轴线 １． １盖 藿 、 ５结论 对于强透水地基，通过控制帷幕灌浆压力及合理 布置孔序的手段，可以达到或基本达到满足基坑施工 要求的防水效果。穿漳河工程应用帷幕灌浆成功防水 加譬 １．『 Ｉ。 『’ ｈＪ 一序孔ｏ－５￣ＪＩｐ三序孔’ 图２ 穿漳河工程一期基坑灌浆帷幕布孔示意 的实例，表明强透水地基基坑施工采用帷幕灌腺加辅 助排水方案是可行的，对于部分漏水较严重地段，可在 施工中根据漏水部位及漏水量大小，在序孑Ｌ之问采用 加强补灌的办法加以解决。 （编辑：徐诗银） ４灌浆帷幕的技术特点 以上方案比较说明，从经济性考虑，强排水方案是 最经济的，但风险最大：①施工期如遇降雨，其地下水 Ｄｒａｉｎａｇｅ ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｐｉｔ ｏｆ ｉｎｖｅｒｔｅｄ ｓｉｐｈｏｎ ｃｒｏｓｓｉｎｇ Ｚｈａｎｇｈｅ Ｒｉｖｅｒ ＺＨＵ Ａｉｌｉｎｇ，ＨＵＡＮＧ Ｘｉｎｇｍｉｎ，ＸＵＥ Ｗｅｉｃｈｅｎｇ （Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｄｅｓｉｇｎ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｃｈａｎｇｉｆａｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＳｕｒｖｅｙ，Ｐｌａｎｎｉｎｇ，Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｗｕｈａｎ ４３００１０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｉｎｖｅｒｔｅｄ ｓｉｐｈｏｎ ｐｒｏｊｅｃｔ ｃｒｏｓｓｉｎｇ Ｚｈａｎｇｈｅ Ｒｉｖｅｒ ｉｓ ａ ｃａｓｔ ｉｎ—ｓｉｔｕ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｂｏｘ—ｃｕｌｖｅｒｔ ｗｉｔｈ ｍａｘｉｍｕｍ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ２２ ｍ ａｎｄ ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ ｈｅａｄ ｏｆ １６．８ ｍ． Ｉｎ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ，ｗａｔｅｒ ａｎｄ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｉｎｒｕｓｈｉｎｇ，ｔｅｍｐｏｒａｒｙ ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｓｌｏｐｅ ｍａｙ ｈａｐｐｅｎ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ，ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ，ｗｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｃｈｅｍｅｓ・ Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｓｉｔｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ，ｃｕｒｔａｉｎ ｓｅｅｐａｇｅ ｃｕｔ—ｏｆｆ ｓｃｈｅｍｅ ｉｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｌｅｓｓ ｅｎｖｉｒｏｎ。 ｍｅｎｔａｌ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ．ｉｓ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｇｒａｖｅｌ ｇｅｏｌｏｇｙ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｌｏｗｅｒｉｎｇ ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ，ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｓｅｅｐａｇｅ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ｄｒｙ ｌａｎｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｒａｉｎａｇｅ ｏｆ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｐｉｔ；ｉｍｐｅｒｖｉｏｕｓ ｃｕｒｔａｉｎ；ｃｒｏｓｓｉｎｇ Ｚｈａｎｇｈｅ Ｒｉｖｅｒ ｐｒｏｊｅｃ