第二章 施工导流和基坑排水

第二章施工导流与基坑排水第一节导流在河道上修建拦河大坝及枢纽等永久建筑物，通常，在河道上先修筑围堰形成基坑，围护永久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。①施工导流：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导流方式：一、全段围堰法（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。（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。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。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。第二节围堰工程一、围堰特点：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。要求有足够的稳定性、防渗性、抗冲性、和一定强度要求、不发生严重的局部冲刷。二、围堰分类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。（一）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。（二）土石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：但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。三峡下游围堰三峡导流明渠（三）土工织物的围堰土工织物——强度高，挡水性能好。土工织物作土堤（四）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。钢板桩截面形状格式钢板桩旅顺羊头洼码头钢板桩围堰旅顺羊头洼码头（五）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。（六）草土围堰施工简单，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－戗台；2－土料；3－草捆三、围堰设计（一）围堰布置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。（二)高程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。根据SDT338－89《水利水电工程施工组织设计规范》（试行）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（×108m3）（亿方）ⅢⅠ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＞1.0ⅣⅠⅡ级永久建筑物一般城镇、企业（较大）1.5～315～500.1～～1.0ⅤⅢⅣ永久建筑物港河基坑，对总工期影响不大（较小）＜1.5＜15＜0.1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Ⅲ50～2020～10Ⅳ20～1010～5Ⅴ10～55～3围堰形式围堰级别ⅢⅣ～Ⅴ土石围堰0.7m0.5m砼围堰0.4m0.3m不过水围堰堰顶安全超高下限值（三）围堰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）（四）防护设计防冲刷（抛石、砌石护坡护底，坡脚流速≯5m/s）渗流、倒滤层和稳定。（4×4m连锁块）（五）拆除方法机械挖、炸药炸开一个缺口，利用水流。第三节基坑排水基坑排水的基本任务：初期排水：（1）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。经常性排水：（2）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。（3）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。一、初期排水①初期排水量计算：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）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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（m3/s）V－排水总体积。T－排水时间，限制在0.5m/d~1.0m/d以内。TVq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。