河床区大面积深沙地抽排水系统设计探讨

河床区大面积深沙地抽排水系统设计探讨

史红礼

中国水利水电第七工程局有限公司

【摘要】随着建设行业的高质量发展，工程施工深入到水域的范围越来越广。为了更好的为工程施工提供干地作业环境，就必须涉及到抽排水方式来完成这关键的一步。如何建立一套合理、安全、高效、节能的抽排水系统来控制渗水对基坑稳定性的影响，对一个河床区大面积深沙地环境下施工的项目来说尤为重要。

【关键词】工程施工 干地作业环境 排水系统 大面积深沙地

1引言

排水系统一般分为地表上眀排及地下井排两大类。主要设备为潜水泵，及电机与水泵直接一体潜入水中工作的提水设备，具有结构简单，工作效率高、噪音小、运行安全、安装维护方便等优点。下面以水电七局国际公司巴基斯坦特瑞穆拦河坝升级项目为例，简单探讨性分析河床区大面积深沙地抽排水在整个施工各个过程中的有效应用。

2 工程概述

特瑞穆拦河坝改造升级项目地处巴基斯坦印度河流域冲积河床上，常年干旱高温为50°—20°之间，河床冲积河沙大约厚度为360米（1200ft），主要成分有粗、细颗粒沙质组成，局部地段为中等至密实的沙与小晶体粉质粘土或者沙质黏土。原有拦河坝修建于1937-1939年，主体为37孔溢流堰，大约长度为742米(2472ft)，见图1。项目升级改造主要针对原有37孔溢流闸坝向右岸延伸新增13孔闸坝的土建及金属结构工作。

图1.原有37孔溢流闸坝

鉴于新增的13孔闸坝修建于河床水面下深沙地表上，为了提供干地施工条件，就必须对此区域钻井排水的方式来完成。

3 施工区域划分及水量分布计算

3.1根据项目施工总平面图（见图2）所示，需要在新增1-13号闸门外侧河床区修筑围堰挡住河流明水，再抽排围堰内侧河床以上明水后钻井抽排河床以下渗水为施工区域提供干地工作环境来满足新增闸坝部位的施工。如何建立一套有效的排水系统，首先需要从明排水量及井排渗水量方面着手计算。

图2. 现场总平面图

3.2结合施工顺序，主要工作面可划分为新增坝段、防波提、河道疏浚三个主要部位的经常性排抽水工作。细化为A—M区，既各部位名称、面积、高程、施工进度介绍如下表1

表1.施工面分区表

从表1可见施工区域多，各区工作任务重，按照施工组织及资源配置实际情况，在第三枯水期根据工作轻重缓急分区排水施工来减少项目柴油机发电的现场用电压力。现场不同部位的不同高程（图示见图3）规划大体计算需要的排水量来控制水井的深度和排水潜水泵的扬程以及潜水泵的功率来减少投资成本的浪费。经过项目组的多次讨论，最后决定施工进度过程要求A—M区（见图4）划分择区施工来达到高效、节能的情况下而按期完成整个项目的施工计划。

图3.施工面分区 图4.施工面分区

3.3不同时间段各部位排水量计算

3.3.1基坑内部眀排计算（2018.8.27-2018.9.12）

参照施工组织中完成任务的期限，首先对A-H区域水下地形测量数据绘制断面图计算出整个工作面眀排水方量约为34万立方，在前两期眀排经验预估下，增加在抽排水过程中河床的渗水量共计68万立方水量需要眀排。经讨论计算后采用4台12寸泵（110KW）离心泵明排，折合弯管、高度、距离折损后每台抽水泵排水量为470m³/h，即：

T=680000/(4*470)/24≈15d

在完成明排水工作后进入此区域井排阶段。

3.3.2经常性井点抽排水分析

根据现场地形及图4所示，我们首先对E、G区域进行井排来恢复施工道路抵达A区工作面完成剩余工作及施工时间段

然而影响井排的因素很多，我们主要采用表2中的参数来计算井排抽水量。

表2.经常性井点抽排水计算参数

（1）E、G 区井点降水计算

由总平面图布局计算距离范围确定E+G区基坑尺寸为a=180m,b=65m的矩形，基坑等效半径：

R₀=0.29×( a + b )=71.05m

原始基层到施工面水位降低值：

S=144.9-135.3+1（工作基准面1米为分层沙层施工）=10.6m

结合公式计算出降水影响半径：

R=2S√HK=2×10.6×√117×7.776=638.8m

由于基层为颗粒型细纱，施工最终工作面与围堰外侧水位差会导致基层沙粒下严重渗水，及E、G区渗水量为：

Q=1.366K((2H-S)S)/log（1+R/R₀）=1.366×7.776×(2×117-10.6)×10.6/log（1+638.8/71.05））=25163.42m³/d

（2）单口井点区域内渗水量为：

q=120π/2I³√K=120×π/(0.3/2)×10׳√7.7763=1119.7 m³/d

（3）潜水泵的选择：

根据各个部位分区的不同及抽排水出水口的位置不同，考虑到潜水泵深入各排水井施工基础高程基准面以下10米来计算，分别为A、C、I、J、K、L、M区域应用6英寸功率为7.5KW、扬程为18米、流量为每小时100m³、效率为75%的潜水泵，B、D、E、F、G、H区域应用6英寸功率为15KW、扬程为35米、流量为每小时100m³、效率为75%的潜水泵作为项目计算依据。眀排6英寸潜水泵全部选用功率为7.5KW、扬程为18米、流量为每小时100m³、效率为75%的潜水泵。

（4）E、G区井点数计算及分布：

根据潜水泵的选择计算每天(按照每天20小时工作，4小时为潜水泵维护保养时间)可抽水方量为：

Q₁=100*20*0.75*0.83（折损率）=1245m³/d

单井潜水泵出水量1119.7m³/d小于水泵最小排水量1245m³/d，因此E、G区域布置的井点数（考虑到个潜水泵有维护时间，故渗水量q取1200m³/d）：

n=1.1Q/q=1.1×25163.42÷1200=23.1

取24个井点。则这24个井点在E、G区的分布如下图5：

图5.E、G区域井点分布图

3.3.3 A．C、H区（E+G区除外）

（1）A．C、H区（E+G区除外）明排水量采取近似法计算，渗径均值取L=240m,水头差值ΔH=3m，根据总平面图计算总面积S=114300㎡，故渗水量为：

Q=KA* ∆𝐻/𝐿=7.776×114300×3/240=11110 m³/d

计划在上下游各布置四台6寸潜水泵，功率为7.5KW，排量为100m³/h的水泵，抽排明水，总排量为：

Q1=100*20(每天按照20小时计算，4小时为维护时间)*0.75*8=12000m³/d

及Q＜Q1 故满足此区域排水要求。

3.4 剩余各区域施工安排

参照3.3中计算方式，结合剩余工作量以及现场进度要求，各施工作面抽排水时间段及计算后井点布置如下表3所示：

表3.施工区井点布局参考信息

参照图3及表3信息，结合现场生产需要合理的安排日常水泵布局。

4 抽水使用发电机设备计算

由以上计算数据我们可以简单的推算出抽排水需要的发电机资源配置如下表4（计算过程中，我们参照每台水泵的功率损耗为1.25倍）：

表4.发电机资源配置

表4中水泵的选择是基于其他项目调配及原有水泵资源，发电机的选用结合项目施工周期短，主要为租赁设备，这样既避免了临时占用大量资金，又规避了项目结束后大批发电机的闲置问题。

5 左右岸排水管的优化

由于各个井点位置分散，排水处距离抽水口遥远等不利因数，我们根据现场地形情况，分别在左右岸桥肩高处固定1个长、宽、高为10米、3米、2米的钢板水箱作为储存器，通过抽入水量的计算，在右岸选用500mm直径的钢管连接水箱与明渠排出施工面，左岸选用两根500mm的钢管连接水箱排入现有河流中。这样既节省了6寸软管的采购量及损耗浪费，又可为施工面提供更好的环境以及避免了左右岸通行道路的占压，不管从现场面貌及成本控制方面来讲，都为一完美规划设计。

6 人力资源配置

为了响应公司属地化管理号召，抽排水系统人力资源施工过程全部由巴基斯坦员工管理实施，现场施工组一名中方人员监管得模式。主要人员配置如下表5：

表5.人力资源配置

在施工期间，抽排水为全天候进行，难免会有6寸软管破裂及水泵的损坏，工作人员会及时维修和更换。在施工顺利人员限制时，会合理的安排抽排水组人员对现场进行环境清理、材料的归类、混凝土施工表面的缺陷修补工作，培养他们多工作的优势，这样既避免了人员闲置，又为公司的后续项目培养一批有用的人才。

7.结语

巴基斯坦特瑞穆拦河坝升级项目中接触的这种河床区大面积深沙地抽排水施工在公司前期基本没有接触到类似案例，尽管在组织实施过程中我们走了很多弯路，然而在技术设计人员的精心规划，多次模拟演示下最终还是找到了一套适合此种工作环境下的安全、高效、成本合理控制的完整系统。为我们在以后遇到类似工作积累了丰富的宝贵经验。

参考文献：

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[5]吴称生,吴滨,WUCheng-sheng,等.基于专利信息的柴油发电机技术创新分析[J].科技和产业,2016,16(2):73-75.

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作者介 史红礼 ：男，四川省成都市，高级工程师，现任巴基斯坦塔贝拉测量负责人、特瑞穆土建队队长，从事工程测量、现场施工管理工作。