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【摘 要】本文就水利施工存在问题,基坑排水的特点,排水流量的确定,及注意事项。
【关键词】低水头;枢纽工程;基坑;排水
The low water head vital point engineering construction Ji pit drain of study
Yu Gui-zheng
(Siping city xiasantai reservoir administrative office Siping Jilin 136000)
【Abstract】This text for the existence problem of the water conservancy construction, Pit drain of characteristics, drain discharge really settle, and regulation.
【Key words】Low water head;Vital point engineering;Pit;Drain
低水头枢纽工程多在河床和滩地上,基础条件比较复杂。在围堰合龙以后,就要排除基坑的积水和渗水,进行基础处理,而在开挖基坑和基坑内修建建筑物的过程中,还要经常排除渗入基坑的渗水和天然降雨,以保持基坑内的干燥,便于施工,因此基坑排水时保证施工进度和质量的关键所在。
按照排水的时间和性质,我们可以把基坑排水分为以下两种:一是基坑开挖前的初期排水;包括基坑积水;基坑积水排除过程中围堰及基坑的渗水和降水的排除;二是基坑开挖及建筑物施工过程中的经常性排水,包括围堰和基坑的渗水、降水、地基岩石冲洗及混凝土养护用废水的排除等。
1. 初期排水
初期排水量一般事根据地质情况、工程等级、工期长短及施工条件等因素参考实际工程的经验,按下列公式估算:
Q=(4~10) VT
式中:Q—初期排水流量(m3/s);
V—基坑的积水体积(m2);
T—初期排水时间(s)。
其中排水时间T主要受基坑水位下降速度的限制,而基坑水位的允许下降速度则要视围堰型式、地基特性及基坑内水深而定,水位下降太快,则围堰或基坑边坡中动水压力变化过大,容易引起塌坡;下降太慢,则影响基坑开挖时间。因此,一般下降速度被限制在0.5~1.0m/d 以内,对土围堰应小于0.5m/d,对木笼及板桩围堰应小于1.0 m/d。
根据初期排水流量即可确定所需的排水设备容量,可按下表配置备用,试水设备一般常用离心式水泵,以便组合运用。
在实际工作中,有时也常用试抽法来确定排水设备容量,试抽时间若很快,则选择的排水设备容量过大,这时应关闭一部分排水设备,使水位下降符合设计要求,试抽时若水位不变,则显然是排水设备容量过小或有较大的渗漏通道存在,这时应增加排水设备容量或找出渗漏通道予以堵塞进行抽水,倘若水降到一定深度后就不再下降,这说明此时排水流量与渗流量相等,那么,此时只有增大排水设备容量或堵塞渗漏通道,才有可能继续排除积水。
在排水设备容量确定后,需要妥善设置水泵站,因为水泵位置设置不当,往往会影响排水效果,进而影响其他工作,甚至会使得水泵运行时间不长就被迫转移,造成人力、物力及时间上的浪费,一般情况下初期排水可采用固定和浮动两种水泵,当水泵吸水高度不够时,泵站可布置在围堰上,水泵的出口管口最好放于水面以下,这样可以依靠倒虹吸作用减轻水泵的工作,同时,在水泵排水管上应设置回阀,以防止水泵停止工作时,倒灌基坑。
当基坑较深超过水泵吸水高度时,则须随着基坑内水位下降将水泵逐次下移。
2. 经常性排水
基坑内积水排干后,围堰内外的水位差增大,此时渗透流量相应增大,对围堰内坡、基坑边坡和底部的动水压力加大,容易引起管涌或流土,造成塌坡和基坑成土壤松散的严重后果,因此,初期排水工作完成后,应紧接着进行经常性的排水。
进行经常性的排水时,应周密的布置排水系统,计算渗透流量,选择排水设备。
2.1 排水系统的布置。
通常,在布置排水系统时应考虑两种不同情况:一种是基坑开挖过程中的排水系统;另一种是基坑开挖完成后修建建筑物时的排水系统布置。在进行过程中,最好能用一种布置来完成这双重任务,并且使排水系统尽可能不影响施工。
基坑开挖过程中布置排水系统,应以不妨碍开完和运输工作为原则,一般常把排干沟布置在基坑中部,以利于两侧出土,随着基坑开挖工作的进展,应逐渐加深排水干沟和支沟,通常干沟深度应保持为1.0~1.5米,支沟深度应为0.3~0.5米。集水井布置在建筑物轮廓线的外侧,集水井的井底应低于干沟的沟底1米以上。
修建建筑物时的排水系统,通常都布置在基坑的四周,排水沟应布置在建筑物轮廓线的外侧,且距离基坑坡脚不小于0.3~0.5米。
2.2 渗透流量计算的目的在于确定排水设备的容量,经常性排水量包括围堰和基坑的渗水,降水,地基岩石冲洗及混凝土养护用废水等。
对于天然降雨及基坑内积水的抽除,由于量不大,费用不多,往往无需计算。
(1)渗透系数K。
渗透系数数据的取得,最好是在现场作野外实验测定而得,假如没有抽水试验资料,在初步计算时,可以引用经验值数据确定:
粉细砂 6×10-4~6×10-3(厘米/秒)
中砂 6×10-3~2×10-2(厘米/秒)
粗砂 2×10-2~6×10-2(厘米/秒)
砾石和卵石 6×10-2~6×10-1(厘米/秒)
(2)影响半径R。
地下水位下降曲线的影响半径R,最好通过勘测试验求得,在初步计算时.R值可以借鉴经验数据确定;
细砂 R=50~100米
中砂 R=100~200米
粗砂 R=200~500米
砾石和卵石 R=500~1000米
(3)基坑渗透流量。
关于渗透流量的详细计算方法,在水力学、水文地质和水工结构论著中均有介绍,这里仅介绍几种一般常用的方法。
按照透水层层位分布的深浅程度,基坑可分为完整型与不完整型两种,完整型基坑即基坑底已达到不透水层者,其透水仅能从坑壁渗入,不完整型基坑,即基坑底部尚未达到石透水层,地下水可从坑壁和坑底同时渗入,或仅仅从坑底渗入。
完整型排水压水基坑,其渗透流量可按无完全公式计算:
Q=1.37 LgKxH2R+r0R0
式中:Q——基坑中的渗入流量;
K——储水层渗透系数;
H——无压储水层厚度;
R——基坑渗水时,地下水中逸坡影响半径,等于自基坑到河边的平均距离(m)(取其较低值);
r0——化引半径。r0= Fη
式中:F——基坑面积(m2)
对于矩形基坑:
式中:L——基坑长度(m);
B——基坑宽度(m);
η=基坑形状系数,可根据B/L的比值计算基坑形状系数值。
不完全整形非承压水基坑,其渗透流量可按水文地基学公式计算:
Q=qsH+qH
式中:qsH——自然壁渗入基坑的流量;
qH——自然底渗入基坑的流量。
此外,当基坑在透水地基上时,也可按下表所到的一米水头下一平方米基坑面积的渗透流量值来估算全基坑上的渗透流量。
3. 降低地下水位的方法
在经常性排水过程中,为了保持基坑开挖工作始终在干地进行,常常要多次降低排水沟和集水井的高程,变换水泵站的位置,影响了开挖工作的正常进行。特别是在开挖细砂土沙壤土一类地基时,随着基坑底面的下降,坑底与地下水位的高差愈来愈大,在地下水渗透压力作用下,容易产生边坡脱滑,坑底隆起流沙基础液化的事故,给整个施工带来了严重后果。
采用群井井点排水降低地下水位的方法,就可以避免上述缺点。群井排水降低地下水位的基本做法是:在基坑周围钻设一些深度的集水井,地下水渗入井中后,随即被抽走,使基坑附近的地下水面线降到开挖的基坑底面以下。由于该排水法在一般过程中不长运用。故在这里不再详述。
[文章编号]1006-7619(2010)10-16-942
[作者简介] 于桂珍(1959-),女,吉林四平市人,汉族,毕业于东北水利水电学校,工程师,现在四平市下三台水库从事水利工程技术管理。
【关键词】低水头;枢纽工程;基坑;排水
The low water head vital point engineering construction Ji pit drain of study
Yu Gui-zheng
(Siping city xiasantai reservoir administrative office Siping Jilin 136000)
【Abstract】This text for the existence problem of the water conservancy construction, Pit drain of characteristics, drain discharge really settle, and regulation.
【Key words】Low water head;Vital point engineering;Pit;Drain
低水头枢纽工程多在河床和滩地上,基础条件比较复杂。在围堰合龙以后,就要排除基坑的积水和渗水,进行基础处理,而在开挖基坑和基坑内修建建筑物的过程中,还要经常排除渗入基坑的渗水和天然降雨,以保持基坑内的干燥,便于施工,因此基坑排水时保证施工进度和质量的关键所在。
按照排水的时间和性质,我们可以把基坑排水分为以下两种:一是基坑开挖前的初期排水;包括基坑积水;基坑积水排除过程中围堰及基坑的渗水和降水的排除;二是基坑开挖及建筑物施工过程中的经常性排水,包括围堰和基坑的渗水、降水、地基岩石冲洗及混凝土养护用废水的排除等。
1. 初期排水
初期排水量一般事根据地质情况、工程等级、工期长短及施工条件等因素参考实际工程的经验,按下列公式估算:
Q=(4~10) VT
式中:Q—初期排水流量(m3/s);
V—基坑的积水体积(m2);
T—初期排水时间(s)。
其中排水时间T主要受基坑水位下降速度的限制,而基坑水位的允许下降速度则要视围堰型式、地基特性及基坑内水深而定,水位下降太快,则围堰或基坑边坡中动水压力变化过大,容易引起塌坡;下降太慢,则影响基坑开挖时间。因此,一般下降速度被限制在0.5~1.0m/d 以内,对土围堰应小于0.5m/d,对木笼及板桩围堰应小于1.0 m/d。
根据初期排水流量即可确定所需的排水设备容量,可按下表配置备用,试水设备一般常用离心式水泵,以便组合运用。
在实际工作中,有时也常用试抽法来确定排水设备容量,试抽时间若很快,则选择的排水设备容量过大,这时应关闭一部分排水设备,使水位下降符合设计要求,试抽时若水位不变,则显然是排水设备容量过小或有较大的渗漏通道存在,这时应增加排水设备容量或找出渗漏通道予以堵塞进行抽水,倘若水降到一定深度后就不再下降,这说明此时排水流量与渗流量相等,那么,此时只有增大排水设备容量或堵塞渗漏通道,才有可能继续排除积水。
在排水设备容量确定后,需要妥善设置水泵站,因为水泵位置设置不当,往往会影响排水效果,进而影响其他工作,甚至会使得水泵运行时间不长就被迫转移,造成人力、物力及时间上的浪费,一般情况下初期排水可采用固定和浮动两种水泵,当水泵吸水高度不够时,泵站可布置在围堰上,水泵的出口管口最好放于水面以下,这样可以依靠倒虹吸作用减轻水泵的工作,同时,在水泵排水管上应设置回阀,以防止水泵停止工作时,倒灌基坑。
当基坑较深超过水泵吸水高度时,则须随着基坑内水位下降将水泵逐次下移。
2. 经常性排水
基坑内积水排干后,围堰内外的水位差增大,此时渗透流量相应增大,对围堰内坡、基坑边坡和底部的动水压力加大,容易引起管涌或流土,造成塌坡和基坑成土壤松散的严重后果,因此,初期排水工作完成后,应紧接着进行经常性的排水。
进行经常性的排水时,应周密的布置排水系统,计算渗透流量,选择排水设备。
2.1 排水系统的布置。
通常,在布置排水系统时应考虑两种不同情况:一种是基坑开挖过程中的排水系统;另一种是基坑开挖完成后修建建筑物时的排水系统布置。在进行过程中,最好能用一种布置来完成这双重任务,并且使排水系统尽可能不影响施工。
基坑开挖过程中布置排水系统,应以不妨碍开完和运输工作为原则,一般常把排干沟布置在基坑中部,以利于两侧出土,随着基坑开挖工作的进展,应逐渐加深排水干沟和支沟,通常干沟深度应保持为1.0~1.5米,支沟深度应为0.3~0.5米。集水井布置在建筑物轮廓线的外侧,集水井的井底应低于干沟的沟底1米以上。
修建建筑物时的排水系统,通常都布置在基坑的四周,排水沟应布置在建筑物轮廓线的外侧,且距离基坑坡脚不小于0.3~0.5米。
2.2 渗透流量计算的目的在于确定排水设备的容量,经常性排水量包括围堰和基坑的渗水,降水,地基岩石冲洗及混凝土养护用废水等。
对于天然降雨及基坑内积水的抽除,由于量不大,费用不多,往往无需计算。
(1)渗透系数K。
渗透系数数据的取得,最好是在现场作野外实验测定而得,假如没有抽水试验资料,在初步计算时,可以引用经验值数据确定:
粉细砂 6×10-4~6×10-3(厘米/秒)
中砂 6×10-3~2×10-2(厘米/秒)
粗砂 2×10-2~6×10-2(厘米/秒)
砾石和卵石 6×10-2~6×10-1(厘米/秒)
(2)影响半径R。
地下水位下降曲线的影响半径R,最好通过勘测试验求得,在初步计算时.R值可以借鉴经验数据确定;
细砂 R=50~100米
中砂 R=100~200米
粗砂 R=200~500米
砾石和卵石 R=500~1000米
(3)基坑渗透流量。
关于渗透流量的详细计算方法,在水力学、水文地质和水工结构论著中均有介绍,这里仅介绍几种一般常用的方法。
按照透水层层位分布的深浅程度,基坑可分为完整型与不完整型两种,完整型基坑即基坑底已达到不透水层者,其透水仅能从坑壁渗入,不完整型基坑,即基坑底部尚未达到石透水层,地下水可从坑壁和坑底同时渗入,或仅仅从坑底渗入。
完整型排水压水基坑,其渗透流量可按无完全公式计算:
Q=1.37 LgKxH2R+r0R0
式中:Q——基坑中的渗入流量;
K——储水层渗透系数;
H——无压储水层厚度;
R——基坑渗水时,地下水中逸坡影响半径,等于自基坑到河边的平均距离(m)(取其较低值);
r0——化引半径。r0= Fη
式中:F——基坑面积(m2)
对于矩形基坑:
式中:L——基坑长度(m);
B——基坑宽度(m);
η=基坑形状系数,可根据B/L的比值计算基坑形状系数值。
不完全整形非承压水基坑,其渗透流量可按水文地基学公式计算:
Q=qsH+qH
式中:qsH——自然壁渗入基坑的流量;
qH——自然底渗入基坑的流量。
此外,当基坑在透水地基上时,也可按下表所到的一米水头下一平方米基坑面积的渗透流量值来估算全基坑上的渗透流量。
3. 降低地下水位的方法
在经常性排水过程中,为了保持基坑开挖工作始终在干地进行,常常要多次降低排水沟和集水井的高程,变换水泵站的位置,影响了开挖工作的正常进行。特别是在开挖细砂土沙壤土一类地基时,随着基坑底面的下降,坑底与地下水位的高差愈来愈大,在地下水渗透压力作用下,容易产生边坡脱滑,坑底隆起流沙基础液化的事故,给整个施工带来了严重后果。
采用群井井点排水降低地下水位的方法,就可以避免上述缺点。群井排水降低地下水位的基本做法是:在基坑周围钻设一些深度的集水井,地下水渗入井中后,随即被抽走,使基坑附近的地下水面线降到开挖的基坑底面以下。由于该排水法在一般过程中不长运用。故在这里不再详述。
[文章编号]1006-7619(2010)10-16-942
[作者简介] 于桂珍(1959-),女,吉林四平市人,汉族,毕业于东北水利水电学校,工程师,现在四平市下三台水库从事水利工程技术管理。