三峽工程二期圍堰基坑排水施工

申請(qǐng)免費(fèi)試用、咨詢電話：400-8352-114

　摘要：針對(duì)三峽二期圍堰基坑排水的特點(diǎn)與難點(diǎn)，通過引入泵站串聯(lián)、沉管施工等技術(shù)措施，解決了特大流量、特大水位變幅的大型深基坑排水的技術(shù)難題，為三峽二期工程施工創(chuàng)造了良好的條件。

　　1、工程概況

　　1.1 工程要求

　　根據(jù)招標(biāo)文件要求，三峽二期圍堰基坑排水應(yīng)保證在滿足相關(guān)建筑物施工與運(yùn)行安全的前提下，在規(guī)定的時(shí)段內(nèi)完成排水要求，即以45d工期完成高程由65～40m的限制性抽水，停止抽水7d后再以45d進(jìn)行高程由40～20m的初期排水，爾后進(jìn)入經(jīng)常性排水階段，并保持二期基坑干地施工條件至工程完工。

　　1.2 基坑特點(diǎn)

　　三峽二期基坑由砼縱向圍堰、上游土石圍堰、下游土石圍堰及左岸岸坡共同圍成。基坑面積63萬m²，匯水面積110萬m²，儲(chǔ)水840萬m³，上游堰頂高程87.5m，下游堰頂高程81.5m。基坑左右各有一漫灘延伸至約40m高程處有一深槽，深槽由上游至下游縱貫整個(gè)基坑，開挖前上游最低高程11m，下游最低高程19m。開挖后最低高程在0m以下。

　　1.3 排水強(qiáng)度

　　基坑排水水量包括基坑積水、降雨、圍堰滲水、施工棄水及其他來水。實(shí)測(cè)40m高程以上基坑積水705萬m³，屬限制性抽排水；40m高程以下基坑積水135萬m³，屬初期性抽排水。根據(jù)各排水時(shí)段相應(yīng)工期要求，并考慮降雨、圍堰滲水、施工棄水及其他來水計(jì)算，限制性排水平均強(qiáng)度為Q限=11665m³/h；初期性排水平均強(qiáng)度為Q初=5660m³/h。

　　由于基坑上寬下窄，而限制性排水和初期性排水日降水位不允許超過1m。限制性排水起始日降1m水位的排水量(18000m³/h)遠(yuǎn)大于初期相應(yīng)排水量(7000m³/h)，此外圍堰正接受第一個(gè)洪水期考驗(yàn)以及其它因素影響，實(shí)際設(shè)計(jì)按Q限=14000m³/h，Q初=7000m³/h進(jìn)行方案布置，同時(shí)按最大排水強(qiáng)度18000m³/h校核。

　　1.4 工程特點(diǎn)與難點(diǎn)

　　1.4.1 水位變幅大

　　本工程限制性排水和初期排水階段除了流量較大之外，最大的特點(diǎn)就是揚(yáng)程高、水位變幅大，最大變幅達(dá)45m，開始抽水時(shí)水位從65m降至實(shí)際抽干時(shí)的20m，上游抽水靜揚(yáng)程從21.5m上升至66.5m，下游抽水靜揚(yáng)程從16.5m上升至61.5m，揚(yáng)程變幅之大在國(guó)內(nèi)水電工程施工中實(shí)屬罕見。

　　1.4.2 支管安裝難

　　基坑排水是啟用二期圍堰擋水運(yùn)行，保證主體工程干地施工的必要條件，其進(jìn)程將直接影響整個(gè)三峽工程的形象進(jìn)度，意義非常重大，排水方案必須切實(shí)可行，并力求簡(jiǎn)捷有效。為確保排水的連續(xù)性，施工時(shí)必須將泵站布置在基坑深槽處，支管連接則處于截流時(shí)的龍口部位，該部位坡度陡(1∶1.5)，亂石多，且邊坡水下地形不詳，因此支管與岸邊主管的連接及加長(zhǎng)是基坑排水的一大難點(diǎn)。

　　1.4.3 排水階段多

　　根據(jù)上游圍堰第二道防滲墻的施工進(jìn)度，三峽工程二期圍堰排水將一般水電施工的初期排水分為限制性排水和初期排水兩個(gè)階段。由于我們同時(shí)承擔(dān)了二期圍堰和泄洪壩段、左廠11#～14#兩個(gè)標(biāo)段的施工，排水布置不僅要滿足初期排水要求，其設(shè)備和材料選擇還應(yīng)結(jié)合經(jīng)常性排水布置，并保證滿足干地施工至2002年基坑進(jìn)水要求。這是一個(gè)不得不考慮的經(jīng)濟(jì)問題，也就是說我們的排水施工必須力求兩個(gè)標(biāo)段基坑排水總費(fèi)用最小化。因此，這也給方案的制定和施工帶來了一定的難度。

　　2、排水方案

　　2.1泵站布置

　　水位不停地下降，泵站必須隨之下移，其中能夠適應(yīng)水位大幅度變化最簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的方法是使用浮筒泵站。本方案中若按最大抽排水揚(yáng)程選擇水泵，則在低揚(yáng)程階段運(yùn)行時(shí)，水泵實(shí)際工況點(diǎn)不在高效區(qū)、效率極低，而且造成極大浪費(fèi)和不必要的損失；若按中、低揚(yáng)程選擇水泵，則在高揚(yáng)程階段運(yùn)行時(shí)，水泵實(shí)際工況點(diǎn)也不在高效區(qū)、效率也很低，甚至完全不出水，根本無法滿足排水要求。同時(shí)考慮到經(jīng)常性排水規(guī)劃按照高水高排、分級(jí)排水的方案實(shí)施，水泵揚(yáng)程不宜太高。并注意到初期性排水流量和限制性排水流量的一半比較接近；初期性排水揚(yáng)程幾乎是限制性抽排水揚(yáng)程的兩倍，決定按限制性排水的揚(yáng)程選擇水泵。進(jìn)入初期排水階段，將限制性排水階段的抽水設(shè)備分兩級(jí)進(jìn)行串聯(lián)運(yùn)行。 

　　抽水至接近40m高程進(jìn)入初期性排水階段時(shí)，部分水抽水至接近40m高程進(jìn)入初期性排水階段時(shí)，部分水泵揚(yáng)程已顯不足，排水能力開始下降，我們立即采取預(yù)定的水上兩浮筒泵站串聯(lián)方式開始繼續(xù)抽排。此時(shí)隨著水位的降低、出水軟管中壓力的升高，軟管與水泵及軟管與叉管之間接頭松脫的現(xiàn)象日益嚴(yán)重，大大地制約了排水能力。因此，我們將浮筒泵站排水與泵站分級(jí)排水結(jié)合起來，在上游我們又將4臺(tái)泵移上岸邊新填筑的53m平臺(tái)，與水上4臺(tái)泵串聯(lián)排水；下游在低點(diǎn)沒有合適的平臺(tái)，只好將4臺(tái)14Sh-13A型水泵移至68m平臺(tái)，與水上水泵串聯(lián)運(yùn)行，這樣通過合理調(diào)配，實(shí)現(xiàn)了排水由低揚(yáng)程至高揚(yáng)程的轉(zhuǎn)化。

　　2.2 選泵

　　經(jīng)過多次調(diào)查、兩次測(cè)定水下地形(計(jì)算基坑積水)，并考慮不可預(yù)見因素影響，確定排水設(shè)備按14000m³/h。排水強(qiáng)度布置，另根據(jù)規(guī)范要求考慮20％的備用率，實(shí)際選泵最大應(yīng)達(dá)18000m³/h的排量。由于經(jīng)常性排水流量也較大(Q=12500m³/h)，排水相對(duì)集中，整個(gè)基坑排水均要求選擇較大流量的水泵，以減少水泵并聯(lián)臺(tái)數(shù)，提高效率，同時(shí)減少浮筒用量。但單泵流量太大，水上安裝及出水支管又難以解決；在經(jīng)常性排水的暴雨季節(jié)和非暴雨季節(jié)，排水量相差很大，大泵不適應(yīng)排水強(qiáng)度的靈活調(diào)節(jié)；又注意到排水泵站實(shí)行串聯(lián)方案，要求水泵流量接近或一致，最后選擇了流量在1000m³/h左右的水泵共計(jì)18臺(tái)，分別為14Sh-13和14Sh-13A型水泵各4臺(tái)及14SA-10A型水泵10臺(tái)。

　　2.3 主管布置

　　由于限制性排水強(qiáng)度大于經(jīng)常性排水強(qiáng)度，而且在起始排水階段，排水靜揚(yáng)程遠(yuǎn)小于水泵額定揚(yáng)程；水泵出水流量大大超過額定流量；軸功率也相應(yīng)增加很多，甚至可能燒毀電機(jī)。

　　在方案設(shè)計(jì)中主要考慮排水主管滿足暴雨時(shí)段經(jīng)常性排水要求，并盡可能減小管徑，通過增大主管水頭損失，提高水泵揚(yáng)程。不足部分只能通過關(guān)小水泵出水閘閥來調(diào)節(jié)水泵出水量，以調(diào)節(jié)水泵軸功率。另考慮到在經(jīng)常性排水實(shí)踐中，通常不主張為臨時(shí)性泵站購(gòu)置新設(shè)備，而只是選擇水泵流量滿足要求，揚(yáng)程往往只是相對(duì)合理，這樣導(dǎo)致各泵站出水壓力不一致，要求各排水主管能分壓排水，防止并聯(lián)排水時(shí)各泵站互相影響、效率降低。結(jié)合經(jīng)常性排水規(guī)劃，上游布置兩根DN=600及1根DN=700主管，下游布置3根DN=600主管，分別穿過上、下游圍堰堰頂(埋深1m)排水入江。這樣排水主管不僅滿足了初期排水的流量要求，同時(shí)也滿足了經(jīng)常性排水的流量和分壓要求，使主管布置達(dá)到了合理化。在次年經(jīng)常性排水施工中，下游主管有三處來水，一是左導(dǎo)墻1#泵站施工排水；二是下游圍封滲水；三是三七八聯(lián)總施工部位來水，各處壓力均不一致，正好下游圍堰主管為3根，各處獨(dú)立排水，各泵站效率都得到了充分保證。

　　2.4 支管布置

　　為適應(yīng)基坑水位的不斷下降，船岸最好進(jìn)行柔性連接，同時(shí)由于接管在邊坡亂石上，連接管還應(yīng)易于安裝、移動(dòng)或更換，因此船岸連接采用高壓埋線管，管徑選為DN=300(管徑顯然偏小)。因?yàn)楣軓酱笥贒N=300時(shí)供貨廠商需專門訂制，不僅時(shí)間不能保證，而且價(jià)格昂貴。但為保證水泵效率，選擇的水泵流量比較大，因而出水管徑都大于DN=300。為解決這一矛盾，采取在水泵出口加裝1個(gè)三通，每臺(tái)水泵形成兩根DN=300出水管，每根出水管上安裝控制閥門。

　　基坑內(nèi)水位不斷下降，岸坡不斷地露出水面，浮船須不斷地向基坑深處移動(dòng)，為保證船岸連接的水流暢通，傳統(tǒng)的作法是不斷地加長(zhǎng)軟管，而軟管(高壓埋線管)不但比鋼管貴，而且耐壓強(qiáng)度低，在后續(xù)經(jīng)常性排水階段基坑開挖時(shí)很容易被砸癟或砸破而導(dǎo)致整根軟管報(bào)廢，所以對(duì)軟管的使用要盡可能地控制。因而實(shí)施方案采用帶三通的DN=300鋼管，作為下基坑的排水支管。另考慮到接管的數(shù)量太大、周期太長(zhǎng)，必須設(shè)法先將排水支管預(yù)先安裝到位，以減小后續(xù)運(yùn)行時(shí)的勞動(dòng)強(qiáng)度，支管(鋼管部分)選擇了浮沉法施工。

　　圍堰背水側(cè)68m馬道至坡腳斜長(zhǎng)約80m，一次沉管不能到位?？紤]到初期排水強(qiáng)度正好約為限制性排水強(qiáng)度的一半。因此實(shí)際一次沉管40m，滿足限制性排水要求；待水位降至40m高程時(shí)，將其中一半沉管繼續(xù)沉入水中，與另一半管道對(duì)接，滿足初期性排水要求，對(duì)支管進(jìn)行充分利用。

　　沉管時(shí)先將DN=300鋼管焊接為40m，沿管同一方向開設(shè)DN=300叉管，叉管間距約為12m(軟管長(zhǎng)考慮為16m，過長(zhǎng)將導(dǎo)致浮筒嚴(yán)重傾斜甚至翻轉(zhuǎn))，各叉管出口均焊接法蘭，并以法蘭堵板封住，沉管一端為自由端，靠岸坡端則以汽車吊穩(wěn)住后，打開最上端一塊法蘭堵板，緩緩向管內(nèi)注水使其下沉，然后將沉管焊接在主管上，就這樣36根沉管在一周之內(nèi)全部沉管成功。在水泵運(yùn)行過程中，水位不斷下降，沉管上的叉管逐步露出水面，水泵出水軟管相應(yīng)地移至沉管的下一個(gè)叉管上，這樣逐級(jí)下移、人工接管以滿足水位的下降。

　　3、結(jié)語

　　在本次基坑排水的實(shí)踐中，我們通過沉管施工，船岸串聯(lián)、浮船與浮船串聯(lián)排水等超常規(guī)的作法，解決了水電施工中特大流量、特大揚(yáng)程變幅的大型深基坑排水的技術(shù)難題，為三峽二期工程施工創(chuàng)造了條件，贏得了時(shí)間。其中限制性排水和初期排水原定工期97d，由于圍堰填筑未能及時(shí)給主管安裝提供部位，致使排水推遲15d開工，后因遇特大洪水，為確保圍堰安全，又兩次停止抽水共21d，我們實(shí)際排水58d，仍然比預(yù)定工期提前3d完成任務(wù)。

　　另外我們通過限制性排水、初期排水和經(jīng)常性排水布置的緊密結(jié)合，僅限制性排水和初期排水就節(jié)約投資500萬元，而且還保證了經(jīng)常性排水的正常。