施工导流和基坑排水

施工导流和基坑排水

第 2 章 施工导流与基坑排水 2.1 导流 2.2 围堰 2.3 基坑排水 在河道上修建拦河大坝及枢纽等永久建筑物时，通常在河道上先修筑围堰形成基坑，围护建筑物在干地进行施工，并将河水通过预定的泄水通道引向下游宣泄。 2.1 导 流 在水运工程中，为创造干地施工条件，采取措施在建筑区域外将原河水引向下游，使工程施工与河水宣泄互不干扰，叫做施工导流。 导流建筑物包括临时性挡水建筑物（围堰）和泄水建筑物。 2.1.1 施工导流 （一）全段围堰法 （二） 分段围堰导流 2.1.2 导流方式 2.1 导 流 【1】 明渠导流 在河岸或河滩上开挖渠道，适用于河流两岸地势平坦或有可利用滩地的河道，以便开挖明渠。 （一）全段围堰法 2.1 导 流 若河道有弯道，可以裁弯取直，将原河流用作导流。 【2】 隧洞导流 一般用于山区河道，在河道凸岸山坡内开凿隧洞。 适用于 河谷狭窄 、 岸坡陡峻 ， 岩石坚固 并有适合于布置隧洞的地形和地质条件的河道。 由于泄流能力有限，费用大，通常将隧洞与永久性建筑物结合考虑，一般不会为了导流而设专用隧洞。 2.1 导 流 【3】 渡槽导流 在围堰上架设渡槽，适用于流量较小的山区河流，河床并不太窄，对 施工有一定干扰，渡槽要防漏水 。 多用于工程初期，待主体工程输水建筑物完工后，拆除渡槽，利用输水建筑物宣泄河水。 渡槽一般采用钢筋砼装配结构，也有木渡槽。 2.1 导 流 2.1 导 流 （二）分段围堰导流 三峡一期导流 三 峡 二 期 导 流 三峡三期导流 三峡水利枢纽 适用于 河床较宽、水深较浅 的河流。或有 分汊河道的河段 。 一期工程先作输水建筑物：如冲沙闸，泄水闸，船闸，涵洞，泄流底孔。 缺点：河床被纵向围堰缩窄，流速加大，围堰临水面易被水流冲刷，上游水位壅高，相应加大围堰高程。 （二）分段围堰导流 2.1 导 流 选择导流方式，应按照工程所在地的 地形 、 地质 、 水文条件 以及建筑物 布置结构 形式， 施工力量 、 材料供应 等因素，综合考虑。 2.2 围堰工程 2.2.1 围堰的特点 2.2.2 围堰的分类 2.2.2 围堰的设计 2.2 围堰工程 1 、一个枯水期内完成，当年汛期挡水。 2 、水下施工。 3 、常需拆除。 2.2.1 围堰的特点 要求有足够的稳定性、防渗性、抗冲性、和一定强度、 不发生严重的局部冲刷。 按位置分：横向围堰和纵向围堰，上游围堰和下游围堰。 按导流期间基坑过水与否：分为过水围堰和不过水围堰。 按构造和使用材料分类：土围堰、土石围堰、草土围堰、土工织物围堰、板桩围堰、钢筋砼围堰。 2.2 围堰工程 2.2.2 围堰的分类 2.2 围堰工程 （ 1 ）土围堰 土围堰是常用的 不能过水的围堰 ，构造简单，就地取材，施工方便，造价低，适用于各种地基， 设计时应优先选择 。 要求流速＜ 0.7m ／ s, 水头小于 3m. 缺点：抗冲能力差，挡水大时断面大。 迎水面常用草袋防护（防冲刷） 背面常用草袋或堆石填筑排水棱体（防滑坡、管涌） 也可采用装土麻袋或草袋填筑围堰（边坡可适当放陡， 1 ： 0.5 ～ 1 ： 1.5 ） 为防渗流，有的土围堰有心墙（砼或木板）或钢板桩防渗墙。 2.2 围堰工程 （ 1 ）土围堰 比土围堰抗冲能力强，能在水流速较大的河流中进行水下填筑，可做过水围堰（此时围堰目的不是干地施工，而是蓄水（等）。 缺点：修筑和拆除都较困难。 适用于：工地有大量 清基石渣 （地基清理产生）可以利用，而围堰又无需拆除的情况。 2.2 围堰工程 （ 2 ）土石围堰 三峡下游围堰 三峡导流明渠 土工织物：强度高，挡水性能好。 土工织物作土堤 2.2 围堰工程 （ 3 ）土工织物的围堰 （ 4 ）板桩围堰 材料： 木板桩（木桩），钢板桩。 结构形式： 单排桩、双排 桩、格形钢板桩等。 优点： 抗冲、抗渗能力大，断面小，修建和拆除方便，钢板桩可重复使用，可作过水围堰。 2.2 围堰工程 钢板桩截面形状 格式钢板桩 2.2 围堰工程 （ 4 ）板桩围堰 旅顺羊头洼码头钢板桩围堰 （ 5 ）砼与钢筋砼围堰 优点： 抗冲能力大，挡水高度大。 缺点： 难以拆除，适于在岩基上建造，常与永久形建筑物结合，不拆除，当有施工水位以下砼施工时，需另建临时围堰。 2.2 围堰工程 2.2 围堰工程 （ 5 ）砼与钢筋砼围堰 （ 6 ）草土围堰 优点： 施工简单，就地取材，速度快，造价低，体积小，适用于软土地基，有一定抗冲和抗渗能力，拆除方便。 可在水深 6m ，流速 1.5 － 3.0m/s 下填筑 1 －戗台； 2 －土料； 3 －草捆 2.2 围堰工程 缺点： 柴草易腐烂，只用于 1 ～ 2 年短期施工。 类似有竹笼围堰，木笼围堰 (1) 围堰总体布置 (2) 围堰的高程 (3) 围堰型式的选择与结构设计 (4) 围堰的防护 (5) 围堰的拆除方法 2.2 围堰工程 2.2.3 围堰的设计 保证施工场地的干地施工条件。 避免严重冲刷 。 同时面积不能太大，以减少基坑排水量，尽可能利用地形条件减少工程量。 2.2 围堰工程 (1) 围堰的总体布置 分不过水围堰和过水围堰： 过水围堰枯水期不过水，洪水期围堰过水时结构不破坏为原则。 不过水围堰一般以设计洪水的静水位＋波浪高度作为设计挡水位，另加 安全超高 过水围堰不另加安全超高。 (2) 围堰的高程 根据 SDT338 － 89《 水利水电工程施工组织设计规范 》 将导流建筑物（包括挡水和泄水）分为 Ⅲ 、 Ⅳ 、 Ⅴ 三级 级别 保护对象 失事后果 使用年限（年） 堰高（ m ） 库容（ ×10 8 m 3 ）（亿方） Ⅲ Ⅰ 级永久建筑物（有特殊要求的）（ 严格控制 ） 重要城镇、工矿企业（重大） ＞ 3 ＞ 50 ＞ 1.0 Ⅳ Ⅰ Ⅱ 级永久建筑物 一般城镇、企业（较大） 1.5 ～ 3 15 ～ 50 0.1 ～～ 1.0 Ⅴ Ⅲ Ⅳ 永久建筑物 港河基坑，对总工期影响不大（较小） ＜ 1.5 ＜ 15 ＜ 0.1 2.2 围堰工程 导流建筑物洪水标准 导流建筑物级别 洪水重现期（年） 土石坝 砼坝 Ⅲ 50 ～ 20 20 ～ 10 Ⅳ 20 ～ 10 10 ～ 5 Ⅴ 10 ～ 5 5 ～ 3 围堰 形式 围堰级别 Ⅲ Ⅳ ～ Ⅴ 土石围堰 0.7m 0.5m 砼围堰 0.4m 0.3m 不过水围堰堰顶安全超高下限值 2.2 围堰工程 2.2 围堰工程 （ 3 ）围堰的型式选择与结构设计 根据挡水高度，地基条件，材料供应，施工条件等进行技术、经济比较，并进行结构受力和稳定计算。（ 包括渗流压力计算、抗滑、沉降 ） （ 4 ）围堰的防护计 防冲刷（抛石、砌石护坡护底，坡脚流速≯ 5 m/s ）渗流、倒滤层和稳定。（ 4×4m 连锁块） 机械挖、炸药炸开一个缺口，利用水流。 （ 5 ）围堰的拆除 三峡工程下游围堰 10 秒爆破拆除 2.3 基坑排水 2.3.1 初期排水 在围堰合龙或过水围堰过水之后，必须在一定时间内将残留在基坑内的积水一次排出，即初期排水。 2.3.2 经常性排水 在基坑中的施工过程中，从围堰及地基渗透入基坑的渗流、降雨和施工废水等，必须不断排出。 为保持施工场地干燥，有的工程必须为降低地下水位进行长期的抽水工作。 2.3 基坑排水 2.3.1 初期排水 （ 1 ）初期排水量计算 （ 2 ）基坑水位降落速度及排水时间 （ 3 ） 排水量计算步骤 （ 4 ）试抽法 （ 5 ） 排水方法 基坑积水 （积水的计算水位，根据截流程序不同而异。应包括围堰堰体水下部分及覆盖地基的含水） 围堰堰体渗水 （砼围堰可视为不透水） 地基渗水 （渗水量与围堰结构型式、地基地质条件、防渗措施及初期排水时间长短有关） 围堰接头漏水 降雨汇水 （可采用初期排水时段当月多年平均降雨量，换算为日均降雨量） 2.3 基坑排水 （ 1 ）初期排水量计算 水位下降不宜过快，防止渗透压力过大，造成边坡失稳，产生坍坡事故。 对土质围堰，开始排水时 0.5 ～ 0.8m/d ，接近排干时可允许达到 1.0 ～ 1.5m/d 。 排水时间，应考虑工期、水位允许下降速度、各期抽水设备及相应电负荷均匀性等因素，一般大型基坑 5 ～ 7d ，中型基坑 3 ～ 5d 。 （ 2 ）基坑水位降落速度及排水时间 2.3 基坑排水 1 、绘基坑 （单位时间） 渗流量与水位关系曲线 a 2 、根据基坑允许下降速度，考虑不同高程的基坑面积后， 求出积水排出强度曲线 b 3 、 a 、 b 迭加（沿水平轴方向迭加），便可求得初期排水过程中的抽水强度曲线 c （需排出的水量＝渗流量＋原有积水量） 4 、根据基坑允许下降速度，确定初期排水时间。 以不同基坑水位的抽水强度乘以相应的区间排水时间之总和，便得到初期排水总量。 在初步设计中，经常采用经验估算法，一般采用 3 ～ 6 倍的基坑积水计算。 （ 3 ）排水量计算步骤 2.3 基坑排水 在实际施工中，制定措施计划时，常用试抽法来确定设备容量。采用试抽法，可能出现以下三种情况： 1 、水位下降很快，表明原选用设备容量大，应关闭部分设备。 2 、水位不下降，可能是基坑有较大漏水通道或抽水容量过小，应查明漏水部位并及时堵漏，或加大抽水容量再试。 3 、水位下降至某一深度后不再下降。此时表明排水量与渗水量相等，需增大抽水容量并检查渗漏情况。 （ 4 ）试抽法 2.3 基坑排水 （ 5 ）排水方法 方法：固定（吸水高度 <6m ）或浮动（吸水高度 >6m ）的水泵站抽水，结合排水系统 水泵站的抽水能力： q －抽水能力或排水强度（ m 3 /s ） V －排水总体积。 T －排水时间，限制在 0.5m/d ~1.0m/d 以内。 2.3 基坑排水 二、经常性排水 1 、排水量组成： 基坑渗水： 包括围堰堰体和地基渗水两部 分，计算较复杂 降雨汇水： 一般时段： 多年年平均降雨量换算为日平均降雨量。 暴雨时段： 多年最大日降雨量。 施工弃水： 砼养护用水，冲洗用水，冷却用水 ( 施工弃水量和降水量不重复计算 ) 2 、排水方式： 经常性排水有 明沟排水 和 人工降低地下水位法 两种。 明沟排水法 （有水渗流则排出） 人工降低地下水位 （尽量减少渗流） 管井法：（在基坑周围布置抽水井） 井点法：（井管和水泵吸水管合二为一） ① 明沟排水 适用于地基为岩基或粒径较粗，渗透系数较大的砂卵石覆盖层，在国内已建的水利水电工程中应用最多。 组成：排水沟渠→泵站集水井→水泵抽出井外 分两种情况： 基坑开挖期； （基坑开挖完成后）修建主体建筑物时期。 保持干沟深 1 ～ 1.5m ，支沟 0.3 ～ 0.5m 。集水井在建筑物轮廓线外侧也可采用层层拦截，分级抽水。 基坑开挖期： 排水沟在建筑物轮廓线外侧，距坑边坡脚不小于 0.3 ～ 0.5m ，一般沟底宽≮ 0.3m, 沟深≯ 1m ，底坡≮ 2 ‰ 。 集水井底高程低于沟底 1 ～ 2m ，平面尺寸 1.5 ～ 2m2 容积保证停泵 10 ～ 15min 不漫溢，深度通常 2 ～ 3m 井壁和沟壁防渗破坏。 修建主体建筑物时期： (a) 坚实土层中的排水沟 (b) 板桩加固的排水沟 排水沟与集水井剖面图 (c) 框架支撑的集水井 (d) 板桩加固的集水井 排水沟与集水井剖面图 ② 管井法（人工降低地下水位） 井点法（井管和吸水管合二为一） 由于措施不力或其他原因，造成地下水穿过薄弱土层形成泉眼，会影响施工。根据泉眼位置不同，采用不同的方法处置。 ①泉眼位于建筑物底部 则在泉眼处挖一小坑，铺填砂石滤层，（防止泉水把土粒带走，扩大泉眼），预埋灌浆管和排水管，用抽水泵不断抽水，先浇筑好混凝土，再向灌浆管内压注水泥砂浆，堵塞泉眼。 ②其他部位 采用引流方法，使泉眼不致影响施工即可。通常是在泉眼上抛一 层粗砂作为滤层，再在其上铺一层小石子，并将泉水引至排水沟即可。