小型水电站建筑物砂砾石基础开挖施工

1、小型水电站建筑物砂砾石基础开挖施工甘肃省水利水电工程局 易德军摘要：本人先后参加了疏勒河昌马水库发电厂房和舟曲县虎家崖水电站枢纽工程的施工，从厂房砂砾石基础和枢纽泄冲闸砂砾石基础开挖中，吸取了一定的经验和教训，对小型水电站建筑物砂砾石基础开挖施工有了一定的认识和体会，在同类工程的施工中以供参考。关键词：砂砾石 开挖 施工小型水电站建筑物砂砾石基础由于开挖量小，为土方开挖，引不起施工技术人员重视，但往往在开挖施工中出现许多问题，影响了开挖的进度。因此，必须引起重视，要充分认识到开挖是建筑物施工中的关键工序之一，开挖进度直接影响到工程的总体工期。为此要从开挖边线的确定、开挖方式的选择、施工排水、开

2、挖控制等几个方面着手，重点控制好开挖边线和施工排水。1.开挖边线的确定在基础开挖测量放线中，应布设足够数量的高程控制点和轴线控制点，以防在开挖施工中个别控制点遭到破坏后控制点无法恢复。在开挖边线的测放中，应充分考虑基础开挖成型后留有施工作业面、排水沟和集水井，工作面一般留1.0m左右，排水沟占用位置按基坑渗水量大小确定，一般不小于1.5m。若不考虑上述因素，按设计图纸测放开挖边线，往往会造成基础按设计边坡开挖成型后无地方布置排水沟和集水井，为了布置排水沟和集水井，导致二次开挖。二次开挖不但施工难度增大，而且费用增加，开挖工期也会拖后。2.开挖方式的确定小型水电站建筑物基础，不论是厂房基础还是取

3、水枢纽泄冲闸、进水闸、溢流坝基础，开挖面积不大，宜采用全断面分层开挖，分层厚度以3m为宜。若采用分段开挖，由于开挖面积较小，开挖出碴施工道路难以布置，排水沟也不好布置，会增加施工难度，并不利于基础开挖验收。在昌马水库发电厂房的基础开挖施工中，起初采用了全断面分层开挖，开挖最大深度达11m,每一层的开挖从副厂房向尾水渠推进，尾水渠位置布设出碴道路。当第一层挖完后，副厂房部位出现了岩石，现场设计代表要求暂停副厂房岩石基础的开挖，待设计确定后再开挖副厂房岩石基础。主厂房开挖成型后开始开挖副厂房岩石基础，此时已无处布设出碴施工道路，石碴只好利用挖掘机多次挖转，运出基坑，部分保护层开挖采用人工背运。主副

4、厂房基础分段开挖，造成施工成本加大，开挖工期滞后。在虎家崖水电站枢纽泄冲闸基础开挖中，采用了全断面分层开挖，开挖基本顺利。3.施工排水小型水电站由于投资较小，若采用专门的防渗措施，费用很高，一般在设计上不考虑专门的防渗，渗水主要采用抽排法。通常情况下砂砾石渗透系数较大，基坑渗水量也很大，除了在围堰上采取防渗措施外，渗水主要靠抽排。在基坑开挖过程中，排水总是走在开挖的前面，成为制约开挖进度的关键所在，必须引起足够的重视，主要从防渗措施和抽排措施两个方面着手。3.1防渗措施（1）粘土心墙防渗粘土心墙虽然受开挖深度的限制，最大超不过3.5m，但能够有效阻止河床表层的渗水，河床表层为强透水层，能起到一

5、定的防渗效果。在昌马水库发电厂房施工中，采用了粘土防渗心墙，心墙深入原河床3m以下，起到了较好的防渗效果。（2）围堰防渗采用土工膜若围堰填筑时围堰部位无水，围堰填筑成型一段后可在迎水面铺设一层土工膜，土工膜上码草袋防护，围堰根部挖槽，尽量使土工膜深入河床以下2m，达到堰体的防渗效果。虎家崖水电站枢纽一期纵向围堰采用河床砂砾料填筑，堰体采用土工膜防渗。防渗效果比较明显。堰体采用土工膜防渗，费用低廉。（3）围堰内外侧设粘土防渗墙，围堰填筑合拢后，可在上下游围堰的背水侧设粘土防渗墙，以阻止表层强透水层的渗水。3.2抽排水措施（1）排水沟的布置在每一层的开挖中，先布置好排水沟，将基坑四周渗水引如排水沟

6、，渗水通过排水沟进入集水井，集中抽排至基坑外，使开挖面基本无水，然后进行开挖。排水沟沿基坑四周边坡坡脚部位布置，断面尺寸视渗水量大小而定，排水沟要有一定的坡降，能保证水流顺畅的流向集水井。基坑开挖成型后，排水沟两侧用装土的草袋加固，或用浆砌石砌筑，以防坍塌。（2）集水井的布置集水井的布置应考虑砂砾石的颗粒成分和特性，对级配良好胶结比较紧密，渗透系数较小的砂砾石基础，集水井可布置在坑底最低位置处。昌马水库发电厂房基础砂砾石胶结较紧密，渗透系数小，集水井布置在主厂房与尾水反坡段相接的最低位置处，布设了一个，满足了排水要求。对含有透镜体、较松散和胶结性差的砂砾石基础，集水井应分散布置，要考虑水力坡降

7、对基础的影响，以防止水力坡降过大，砂砾石中的透镜体被水流带走，造成基础滑动，产生裂缝和沉陷。必要时在上游围堰内侧设集水井抽排，或深挖截水槽，以降低上游渗水与基坑最低处的水位差，减小水力坡降。集水井布置以不影响结构施工为宜，但不宜布置在含有淤泥和粉砂的部位，以防水泵上水管被堵塞。基坑最低处布置的集水井，深度必须大于2m，要保证地下渗水经抽排后降至建基面以下。（3）基坑渗水量的计算基坑渗水量随着开挖深度的增加而加大，渗水量计算应以开挖成型后的断面计算，为最大渗水量，流入基坑的渗水量Q(m3/d)为从四周坑壁和坑底流入的水量之和，砂砾石基础按下式计算比较接近。Q=1.366*k*s(2H-s)/(l

8、gR-lgr0)+6.28ksr0/(1.57+r0(1+1.85lg(R/4m0)m0k土的渗透系数（m/d），当含水层为非均质土层时，应采用各分层的渗透系数的加权平均值，即：K=kihi/hiki、hi各土层的渗透系数（m/d）与厚度（m）s抽水时坑内水位下降值H抽水前坑底以上的水位高度（m）R抽水影响半径（m）r0假想半径（m）,矩形基坑按其长、短边的比值不大于10，可视为一个圆形大井，其假想半径可按下式估算：r0=（a+b）/4a、b矩形基坑的边长（m）m0从坑底到下卧不透水层的距离 虎家崖水电站枢纽一期基坑渗水量代入下列数据计算：k：75-150（m/d），取150, s:5.0m,

9、 H:4.5m, R：30m, r0:33m, m0:50m,经计算一期基坑开挖成型后，四周边坡渗水量和基础面地下渗水量最大每天达53900m3. 每小时涌入基坑的水量达2245 m3。实际抽水高峰期运转8寸离心水泵8台，每台出水量280m3/h,效率80%，6寸离心水泵4台，每台出水量170m3/h,效率80%，计算结果与抽水高峰期排水量基本一致。(4)水泵配置水泵一般选用离心水泵，水泵扬程要大于抽水位置基坑内外高差，但差值不要过大，以避免造成资源浪费。水泵数量按最大渗水量配备。4.开挖控制开挖施工中重点作好尺寸、边坡和高程控制，以防超欠挖，能用机械开挖的尽量利用机械开挖，尽量避免人工开挖。每一层开挖前，要测放开挖线，在开挖过程中，当开挖至建基面时，要有专人负责指