山 繼 紅， 李 宗 宗， 趙 文 劍， 郭 紅 利

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

1 概 述

亞曼蘇水電站位于新疆天山南麓托什干河流域上，廠房布置于第四系上更新統(tǒng)沖洪積(Q3al+pl)砂卵礫石層上，建基面開(kāi)挖深度達(dá)70 m，地下水位線深度為35 m，主要補(bǔ)給來(lái)源為天山融雪和降雨，水位較為穩(wěn)定。

第四系上更新統(tǒng)沖洪積(Q3al+pl)砂卵礫石層呈青灰色，結(jié)構(gòu)密實(shí)，分選性差，次棱角～次圓形。卵石的一般粒徑為6～15 cm，約占5%～10%；礫石的一般粒徑為3～5 cm，約占65%～70%。卵礫石成分以灰?guī)r、砂巖為主，其余為細(xì)粉砂。砂卵礫石層廣泛分布于工程區(qū)場(chǎng)地，結(jié)構(gòu)密實(shí)，屬于強(qiáng)～中透水性，滲透系數(shù)值為1.34×10-2～7.35×10-3cm/s?？赡馨l(fā)生的滲透破壞形式為管涌，平均臨界坡降為0.48，允許水力比降為0.24。鉆孔80 m深度內(nèi)未見(jiàn)砂層或砂層透鏡體出露。

亞曼蘇水電站廠房基坑水下開(kāi)挖深度達(dá)35 m，地下水豐富，基礎(chǔ)透水性強(qiáng)，施工期降排水難度大。

亞曼蘇水電站深達(dá)70 m的基坑使得開(kāi)挖方量呈幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)，特別是基坑下部30 m為臨時(shí)邊坡，在建筑物施工完畢需進(jìn)行回填處理，如果采用水下開(kāi)挖，其穩(wěn)定坡比需達(dá)到1∶2以下，由此導(dǎo)致土方開(kāi)挖方量增加1倍以上。

因此，采用降排水措施、確保開(kāi)挖在地下水位線以上進(jìn)行，可以提高地下水位線以下永久邊坡坡比至1∶1.75、臨時(shí)邊坡坡比至1∶1，在保證施工質(zhì)量和安全的前提下降低開(kāi)挖工程量50%以上，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

確保開(kāi)挖在地下水位線以上進(jìn)行的實(shí)現(xiàn)方式是采用井點(diǎn)排水，在滲透系數(shù)較大的砂卵礫石層中對(duì)于補(bǔ)給豐富穩(wěn)定的地下水采用截水、排水相結(jié)合的方式是一種較好的施工方法，可以減少排水壓力，也可以減少因降水深度大而對(duì)基坑周邊建筑物和邊坡造成不均勻沉降的危害[1]。其中截水采用地下防滲墻在基坑周邊形成一圈防滲結(jié)構(gòu)從而增加地下水滲徑，排水采用在防滲墻內(nèi)側(cè)及基坑中部適當(dāng)?shù)奈恢貌贾媒邓芫纬山邓W(wǎng)絡(luò)，使管井形成的降水漏斗連成片，從而使地下水位低于建基面，實(shí)現(xiàn)干地施工條件。

人工降排水系統(tǒng)建成后，基坑的開(kāi)挖隨著基坑水位的逐步降落而逐層開(kāi)挖，并將地下水位控制在開(kāi)挖面以下不低于1 m。

2 抽排水規(guī)劃

亞曼蘇水電站廠房發(fā)電機(jī)層平臺(tái)的一周設(shè)有厚50 cm、深40 m的混凝土防滲墻、39口降水管井和5口觀測(cè)井，井深44.6 m。防滲墻與降水管井形成了一套截排水體系，為廠房發(fā)電機(jī)層以下的開(kāi)挖和結(jié)構(gòu)施工截排水提供保障。

亞曼蘇水電站廠房的基坑抽排水根據(jù)工程特性并結(jié)合實(shí)際情況，重點(diǎn)分為以下四個(gè)階段進(jìn)行。

第一階段：防滲墻及降水管井施工。

防滲墻及管井在廠房基坑開(kāi)挖至地下水位線高程時(shí)開(kāi)始施工。砂卵礫石層適合采用成槽機(jī)抓斗及旋挖相互配合的方式進(jìn)行，先采用旋挖鉆機(jī)進(jìn)行主孔鉆進(jìn)，每單幅槽段布置3個(gè)主孔(先兩側(cè)、后中間)，再用抓斗抓取兩孔中間的副孔成槽，對(duì)于局部存在膠結(jié)的地層抓斗施工較困難，則采用旋挖鉆機(jī)筒鉆和撈砂鉆頭配合進(jìn)行，即三鉆兩抓法鉆進(jìn)。

降水管井的鉆孔孔徑為800 mm，造孔深度為44.6 m，泥漿密度為1.05～1.07 g/cm3，頂角偏斜為0.5°～0.8°，孔底淤積均小于孔深的0.5%。采用SD12W旋挖鉆機(jī)鉆孔，使用混凝土井管，井管由井壁管、過(guò)濾管、沉淀管組成，其中過(guò)濾管外包10～50目濾網(wǎng)，外部填粒徑為3～15 mm的豆石濾料，以減少水流帶走土體中細(xì)顆粒的風(fēng)險(xiǎn)。

降水管井采用對(duì)稱間隔的順序施工，施工完成后分批投入使用，地下水位下降滿足分層開(kāi)挖要求后即可開(kāi)始開(kāi)挖施工，直到建基面。

第二階段：管井抽水。

管井抽水是在各降水管井內(nèi)下設(shè)一臺(tái)揚(yáng)程為50 m的深井泵，接DN125PE塑料管抽排至發(fā)電機(jī)層排水溝內(nèi)，經(jīng)排水溝統(tǒng)一匯流至發(fā)電機(jī)層左側(cè)已布置的大集水坑，再?gòu)募映榕胖翉S房邊坡頂部或尾水渠，順排洪溝排放。

亞曼蘇水電站廠房發(fā)電機(jī)層的一周布置有39口降水管井，井深44.6 m，所有降水管井中均安放了抽水泵，在形成一道連續(xù)的抽水體系后，有效降低了水位，為廠房深基坑干地開(kāi)挖施工創(chuàng)造了條件。

第三階段：尾水閘門全部下閘后。

尾水閘墩澆筑至發(fā)電機(jī)層、閘門全部下閘后，形成了封閉的條件，經(jīng)復(fù)核驗(yàn)算廠房結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定后廠房基坑降水管井停止抽水，水泵及管路逐步拆除，預(yù)留1～2臺(tái)深井泵抽水以備廠房結(jié)構(gòu)施工的臨時(shí)用水。

3 管井水泵的選型及布置

水泵選型的基本條件是抽水的流量和揚(yáng)程。深井潛水泵的選型還要考慮其外徑應(yīng)與井管內(nèi)徑匹配、最大出水量與滲流量相匹配；水泵外徑小于井管內(nèi)徑并留出不小于5 cm的間隙以便于安裝，最大出水量要大于補(bǔ)給量才能實(shí)現(xiàn)降水效果，但又不能過(guò)大而導(dǎo)致降水漏斗影響半徑過(guò)小達(dá)不到抽水效果[2]。

抽水試驗(yàn)管井濾管底部的最低高程為1 461 m，考慮到極端情況，水泵下至濾管底部，扣除水泵高度、吸水口淹沒(méi)深度及安全深度，動(dòng)水位必須控制在1 470 m高程以上，按照規(guī)劃，抽出的水計(jì)劃排至廠房左側(cè)的鄉(xiāng)村防洪溝內(nèi)，出水口高程為1 545 m，則凈揚(yáng)程為75 m；管路損失揚(yáng)程按DN125鋼管及PE管計(jì)算，最長(zhǎng)為200 m，則管路損失揚(yáng)程為10 m；動(dòng)能損失水頭V2/2g=0.000 026 1Q2=0.5 m；彎管水頭損失估算為0.5 m，則水泵總揚(yáng)程應(yīng)在75+10+0.5+0.5=86(m)以上[3]。

綜上所述，經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)查比選，亞曼蘇水電站廠房基坑最終選用250QJ140-90/6型深井潛水泵，其設(shè)計(jì)流量為140 m3/h，揚(yáng)程為90 m，轉(zhuǎn)速為2 875 r/min，電機(jī)功率為55 kW，機(jī)組外徑為233 mm，管路尺寸為DN125。

為防止廠房抽出基坑的水流滲入砂礫石、再流入廠房基坑，在抽水管路的出口開(kāi)挖延伸排水溝，溝內(nèi)鋪設(shè)土工膜用于防滲，將該排水溝并入前期形成的排水溝。排水溝長(zhǎng)度初步擬定為200 m，排水溝采用梯形斷面，開(kāi)挖深度為1.5 m，坡比為1∶0.5，溝底寬度為1 m。

4 抽排水管路、線路的安裝與布置

由選定的水泵型號(hào)確定抽水管路公稱直徑為DN125，其中井下抽水管路采用DN125鋼管，使用法蘭盤連接。井上及邊坡考慮防滲漏要求，最終選用DN125的PE管，采用熱熔法連接。

深井潛水泵電機(jī)功率為55 kW，每臺(tái)水泵配置一臺(tái)75 kW的自耦降壓?jiǎn)?dòng)柜，其安裝嚴(yán)格按照安裝說(shuō)明書由專業(yè)電工及水泵工進(jìn)行，下井前做好相序標(biāo)記并搖測(cè)電機(jī)的絕緣電阻，下井過(guò)程中電纜按規(guī)范固定在出水管上以確保運(yùn)行安全[4]。

水泵的下井采用1臺(tái)25 t汽車吊下放，逐節(jié)連接排水管，總體下井深度與過(guò)濾管深度保持一致。

井上的抽水管路選用PE管，主要采用25 t汽車吊配合人工安裝，管路的連接主要采用熱熔法。

廠房基坑的抽水是一個(gè)系統(tǒng)工程，抽水周期長(zhǎng)，管線的布置需要避開(kāi)廠房結(jié)構(gòu)施工時(shí)的干擾進(jìn)行合理布置。根據(jù)降水管井的布置特點(diǎn)和抽水規(guī)劃，從降水管井井口到發(fā)電機(jī)層排水溝的所有排水管均暗埋于地下，埋深約80 cm并做好線路標(biāo)記，防止施工時(shí)造成管路破壞。

5 自動(dòng)監(jiān)測(cè)記錄系統(tǒng)

為對(duì)抽水狀況、過(guò)程進(jìn)行記錄和研究，亞曼蘇水電站廠房抽水系統(tǒng)設(shè)計(jì)并布置了流量、水位自動(dòng)監(jiān)測(cè)記錄系統(tǒng)。

流量監(jiān)測(cè)采用接入管路的LDB-125SM2112型電磁流量計(jì)，用法蘭與抽水管路連接，選用DN125、流量范圍為100～160 m3/h的流量計(jì)，采用一體式設(shè)計(jì)，可顯示瞬時(shí)流量、累計(jì)流量值等并可輸出脈沖信號(hào)、4～20 mA電流信號(hào)等。

水位監(jiān)測(cè)采用浸入式監(jiān)測(cè)儀，由探頭感應(yīng)水壓反算水位變化情況。根據(jù)該工程特點(diǎn)，要求水位計(jì)最大量程達(dá)到50 m，精度準(zhǔn)確到cm且需要頻繁快速讀數(shù)，故最終采用TY-1002N-50 m型投入式液位計(jì)進(jìn)行水位監(jiān)測(cè)。投入式液位計(jì)是一款具備水位檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集的專用地下水位監(jiān)測(cè)儀器，具有精度高、功耗低、體積小、防潮防水、投入水下隨時(shí)監(jiān)測(cè)等諸多特點(diǎn)，輸出信號(hào)為4～20 mA電流信號(hào)。

監(jiān)測(cè)記錄系統(tǒng)采用多通道數(shù)據(jù)記錄儀。根據(jù)上述水位計(jì)、流量計(jì)的選型情況，采用XRB30系列80通道無(wú)紙記錄儀，輸入信號(hào)為4～20 mA電流信號(hào)，它具有可將水位計(jì)及流量計(jì)的數(shù)據(jù)按照設(shè)定時(shí)間頻率進(jìn)行采集存儲(chǔ)、試驗(yàn)完成后再導(dǎo)出篩選分析等特點(diǎn)。

流量計(jì)選用的是與抽水管路同規(guī)格的法蘭連接，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況安裝在井外抽水管路的適當(dāng)位置，并用標(biāo)準(zhǔn)二相屏蔽線連接至數(shù)據(jù)記錄儀。

投入式液位計(jì)放入水下最低動(dòng)水位以下即可，井上采用標(biāo)準(zhǔn)二相屏蔽線連接至數(shù)據(jù)記錄儀。

6 抽水時(shí)的注意事項(xiàng)

抽水過(guò)程中應(yīng)做好基坑內(nèi)的明排水準(zhǔn)備工作，若開(kāi)挖時(shí)遇到降雨，則需及時(shí)將基坑內(nèi)的積水引流抽排。

抽水階段要經(jīng)常檢查泵的工作狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)不正常則需及時(shí)更換水泵并修復(fù)。

保證電源供給，如遇系統(tǒng)臨時(shí)停電，必須提前半天通知抽排水施工人員以便其及時(shí)采取措施，保證降水效果。

在施工過(guò)程中必須由專人看守抽水設(shè)備，以防碰壞井管、降低降水效果。

降水施工前，對(duì)周圍建筑物進(jìn)行排查，對(duì)降水可能影響到的重要建筑物進(jìn)行監(jiān)測(cè)[5]。

7 結(jié) 語(yǔ)

亞曼蘇水電站砂卵礫石深基坑按照先降水、再開(kāi)挖的思路有效地降低了水下施工在質(zhì)量及安全方面存在的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也使大坡比開(kāi)挖成為可能，從而大大減少了開(kāi)挖方量，節(jié)省了成本。

工程實(shí)踐證明：亞曼蘇水電站采用的防滲墻+降水管井的方案進(jìn)行截水和排水是正確的，通過(guò)長(zhǎng)達(dá)一年時(shí)間的運(yùn)行證明，該抽水方案完全滿足要求，實(shí)現(xiàn)了廠房基坑開(kāi)挖、結(jié)構(gòu)施工、回填的全過(guò)程干地施工。

該工程的實(shí)踐對(duì)于類似強(qiáng)滲水、深基坑降排水施工具有參考價(jià)值。