止水法降水在姜唐湖进洪闸工程中的运用

止水法降水在姜唐湖进洪闸工程中的运用一、工程概况1.1工程规模与特征姜唐湖进洪闸工程是临淮岗洪水控制工程中的骨干工程，设计洪水标准百年一遇水位26.9m，设计进洪流量2400m3/s。该工程共计14孔，每孔净宽12m，闸孔总宽196.82m，闸底板高程19.70m，下游抛石槽开挖最深，其挡土墙建基面高程为6.50m。1.2工程地质姜唐湖进洪闸工程位于临淮岗北侧的姜家湖湖地内，自然地面高程为19.10~20.8m，闸址区地层主要为第四系冲、洪积地层，自上而下可分为8层，闸室持力层为第3层粉质粘土和重粉质壤土，其下第4层为轻粉壤土、夹砂壤土，第5层为细砂，其层底高程为9.00m。1.3水文地质闸址区地下水主要为存于第2层粉质壤土中的潜水和第5层细砂中的承压水，潜水位高程19.00m左右，承压水位高程在18.50m左右。二、降水任务和降水方法的选择2.1设计施工建基面上游抛石槽建基面高程17.70m，闸底板建基面高程17.60m，下游抛石槽底高程8.00m，规范要求完全干地施工，为此需要降排丰富的地下水，才能进行大量的土方开挖和基础施工，基坑建基高程和地下水位如下图1所示。2.2基础施工降水的分区姜唐湖进洪闸上下游之间纵向达207.750m，上游抛石槽与闸室之间开挖浅，闸底板建基面高程17.60m，验算承压水头的作用，不会造成地基突涌破坏。为此，土方与基础施工只需降排地表潜水，依据基坑粉质粘土土质，可用基坑周边挖排水沟、集水井明排。承压水作用验算如下：承压水高程18.50m，隔水层底高程13.00m，隔水层底面积单位面积上受到的承压水浮托力γωz应小于建基面以下隔水层的土重γz0，γ为土的湿密度，其取2.01t/m3,则地基土不会z0=(18.5-13)/2.01=2.75m，小于残留隔水层厚度3.9m。消力池与下游抛石槽之间挖方较深，需要同时降排地表潜水和承压水，并且降水面积大，约5.3万㎡降水深度12m，降水持续时间长。为此要从降水费用和降水的安全性进行分析，慎重选择降水方法。2.3降水方法的选择现阶段的工程施工中地下水的降排可分两大类，一是止水法，二是排水法。常用是排水法，如各类井点降水。止水法就是将地下水止于基坑之外，常用的办法是使用水泥土截渗墙将地下水止于基坑之外，坑内滞水使用管井降排从而取得干地施工。姜唐湖进洪闸消力池与抛石槽之间是深基坑施工，有降水面积大，降水深度大，降水量大，降水持续时间长和施工干扰大等诸多特点，若按传统的井点排水法需在坑内，坑外布置较多的深井井点，抽水的管线对土方开挖和基础施工干扰较大从而加大了排水安全性的风险，长时间的连续排水使得运行维护的费用很高。通过对费用，安全性和施工便利、工期等诸因素的权衡比较，决定采用在基坑周围使用水泥土截渗墙形成封闭的截水帷幕，截渗墙插入承压水层下的相对不透水层内进行止水，而不需进行常规连续的大量降排地下水，这样既保护了环境，也相应解决大量降水对闸室结构的影响。三、止水帷幕水泥截渗墙的设计3.1止水帷幕的厚度计算《建筑基坑支护技术规程》要求截水帷幕的渗透系数宜小于1.0×10-6㎝/s，依据水泥土强度和渗透性之间的关系，取含水层土样做室内水泥配比试验，取得不同水泥掺入比和不同水灰比的水泥土料抗压强度，渗透系数，渗透破坏比降等指标。防渗墙的厚度δ=△H/J=11/80=式中△H—防渗墙两侧的水头差取18.5-7.5=11.0mJ—水泥土计算允许渗透比降，取80（水泥土破坏比降大于200）。3.2止水帷幕插入深度的计算规范要求：落底式竖向截水帷幕应插入下卧不透水层，其插入深度可按l=0.2hw-0.5b进行计算。式中l—帷幕插入不透水层的深度hw—作用水头，取18.5-7.5=11mb—帷幕厚度，取15㎝l=0.2×11-0.5×0.15取2.1m作为控制3.3基坑与截水帷幕布置图（见图2）为减少投入费用，截水帷幕尽量靠近基坑布置，从而减少截水帷幕的工程量。四、止水帷幕水泥土截渗墙的施工4.1地质复勘使用地质钻机复勘承压水下不透水层的层面高程，确定水泥土截渗墙的底高程，其顶高程依据潜水位19.00m确定。绘制施工段落墙深曲线，作为控制依据。4.2水泥的掺入比确定依据地质复勘的土料，进行室内配比试验确定水泥的掺入比为15%。再依据施工机械的工作性能，换算实搅每米深度的掺入量，进行施工过程控制。4.3施工机械与搅拌工艺使用BJS-Y25型三轴小直径深层搅拌机，三轴之间的轴距32㎝叶片外径38㎝可满足搅拌土体相交处的厚度大于15㎝，搅拌轴长度可满足工程要求的14m，为保证工程质量，采取二搅一喷的工艺进行施工。五、基坑滞水量的计算与深井布置参照陈幼雄教授《井点降水设计与施工》一书提供的公式计算：基坑内总排水量Q=V×0.7W=330000×0.7×0.33=76230m3V—基坑内总挖掘的土方量，取33万m3（含降水至基底0.5m以下方量）W—地基土每方天然平均含水量，取0.33m3由于抛石槽开挖最深，且该部分工序少，便于施工和管井的保护，将管井布置在抛石槽处的挡土墙前六、深井井点的构造参照《建筑与市政降水工程技术规范》进行设计，深井井点间距依据经验数据一般取得20m，井底一般比降水水位低6-8m，管材使用透水率不小于25%的无砂水泥管，管内径一般不小于35㎝，依据透水层的颗粒分析取用滤料和滤布的规格。该工程使用管外10㎝厚的粗砂作为填隙滤料，并且井外缠绕80目的滤布一层，做到出水不出砂，从而保证地基结构的完好。管井的构造见图3。七、深井点的施工使用回转钻清水造浆护壁成孔，托盘（浮板）法安装透水井管。钻探施工达到设计深度，宜多钻0.3~0.5m，用大泵量冲洗泥浆，减少沉淀，下管后及时注入清水，稀释泥量比得接近1.05后，投入装备好的滤料，滤料应超填2米以上。洗井对单井的出