厂房基坑及尾水渠施工降排水措施详解.docx
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厂房基坑及尾水渠施工降排水措施详解.docx
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厂房基坑及尾水渠施工降排水措施详解
第6章厂房基坑及尾水渠施工降排水措施
6.1概述
本标内容包括施工图纸所示的地面厂房、尾水渠及跨渠渡槽、泄水槽(桩号1+320m以后段)、防洪堤(包括厂区左侧防洪堤、导洪堤及乡村加固防洪堤)、临时进场公路、永久进厂公路及跨尾水渠桥梁等主体及附属土建工程、金属结构安装工程,以及上述工程施工所需的所有临时设施工程等。
6.1.1本章施工项目及工作内容
⑴尾水渠施工期降排水专项设计与施工方案;
厂房基坑施工期降排水专项设计与施工方案(包括排除降雨、坡面流水、基坑渗漏水、地下水和施工废水等);
本标管理的渣场、场地和施工区排水的布置、设施、保证措施。
6.1.2水文气象条件
(1)气象
托什干河流域地处欧亚大陆腹地,因远离海洋,周围又有高山阻隔,流域内呈典型的大陆性气候。
其主要特点是:
气温年内变化较大,空气干燥,日照长,蒸发强烈。
据乌什县气象站1971~2010年资料统计:
多年平均年降水量为112mm,降水量主要集中在5~9月份,占全年降水量约73%;多年平均气温为9.1℃,极端最高气温36.9℃,极端最低气温-27.4℃;最大风速28.0m/s(风向为WNW);多年平均风速为1.5m/s,主导风向为NE;多年平均蒸发量为1886mm(Φ20cm蒸发皿);最大冻土深度108cm;最大积雪厚度27cm;多年平均雷暴日数70d;多年平均日照时数2952h。
乌什县气象要素统计见表6.1-1。
表6.1-1乌什县气象要素统计表
月
项目
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
全年
平均降水量(mm)
2.0
3.9
7.7
8.5
14.8
19.9
16.7
18.0
13.0
4.4
1.8
1.6
112
平均气温(ºC)
-8.6
-3.3
4.8
13.2
17.7
20.5
22.3
21.3
16.8
9.6
1.1
-6.3
9.1
极端最高气温(ºC)
9.7
16.4
23.9
31.0
32.4
35.1
36.9
36.1
32.1
27.3
19.8
12.6
36.9
极端最低气温(ºC)
-26.1
-27.4
-13.5
-3.4
0.6
4.5
8.8
6.0
0.9
-4.5
-18.6
-25.7
-27.4
平均风速(m/s)
0.6
1.1
1.7
2.3
2.3
2.4
2.0
1.9
1.6
1.1
0.8
0.6
1.5
最大风速(m/s)
8.0
28.0
15.0
18.0
18.0
18.0
14.0
15.0
20.0
11.0
12.0
10.0
28.0
相应风向
2G
WNW
WNW
NW
NNW
NW
WSW
SW
WNW
2G
SW
2G
WNW
最大冻土深度(cm)
102
108
97
75
0
0
0
0
0
7
38
82
108
最大积雪厚度(cm)
17
27
14
3
0
0
0
0
0
10
12
13
27
水面蒸发(Φ20)
(mm)
21.5
40.6
109.6
223.0
296.9
283.4
289.1
251.2
184.0
120.7
45.6
19.9
1886
雷暴日数(d)
0
0
2
2
8
13
14
14
9
5
3
0
70
日照时数(h)
196
193
217
250
283
296
310
289
267
258
206
187
2952
(2)水文
1)亚曼苏水电站退水断面设计洪水
亚曼苏水电站退水断面位于别迭里电站拦河枢纽下游55km,托什干河减水河段主要承泄左岸山区别迭里河、阔克留木苏河、巴勒的尔萨依河、伊格尔别勒萨依河与左右岸山洪沟,集水面积共计约1500km2。
本次沙里桂兰克水文站设计洪水按照面积比的2/3次方放大至亚曼苏水电站退水断面,成果见表6.1-2。
表6.1-2亚曼苏水电站退水断面设计洪水成果表
断面位置
洪峰(m³/s)
2%
5%
10%
20%
水电站退水断面
2060
1560
1200
866
2)引水渠沿线山洪沟设计洪水
亚曼苏水电站引水渠始于别迭里水电站工程尾水渠,渠道基本沿托什干河左岸山前戈壁滩等高线布设,高程在1700m左右,自西向东跨越别迭里河、阔克留木苏河、巴勒的尔萨依河、伊格尔别勒萨依河与三个无名沟,渠道的终点在下游托什干河左岸牙满苏乡以北附近。
山洪沟流域分水岭高程在2000~4600m之间,各洪沟基本呈西北东南向,平行分布,各山洪沟至输水线路交汇处集水面积在25km2~463km2之间,河道长度10~60km,平均坡降在30‰~90‰之间。
各山洪沟出山口以下至托什干河左岸区间为戈壁滩,比降在50‰左右,植被较差,均为稀疏灌木,沟壑纵横,无明显河道,洪水出山后沿戈壁滩漫流。
线路各节点设计洪水见表6.1-3。
表6.1-3推理公式法计算各分区设计洪水成果表(采用)
分区(段)
流域名称
集水面积
(km2)
河长
(km)
坡降
(‰)
各频率洪峰设计值(m³/s)
0.5%
1%
2%
3.3%
5%
10%
20%
Ⅰ
别迭里河
443.9
54.8
32.3
639
518
407
335
276
190
118
Ⅱ
无名沟1
76.4
21.0
37.9
295
240
189
156
129
89.7
56.2
Ⅲ
无名沟2
61.5
21.0
42.5
255
208
164
135
112
77.7
48.6
Ⅳ
阔克留木苏河
463.0
55.6
34.3
657
533
419
344
284
196
121
Ⅴ
巴勒的尔萨依河
132.0
27.6
60.4
305
248
196
161
133
92.3
57.6
Ⅵ
无名沟3
25.8
9.6
80.9
143
116
91.8
75.7
62.7
43.5
27.2
Ⅶ
伊格尔别勒萨依河
47.0
14.0
85.5
213
174
137
113
93.5
64.9
40.6
Ⅷ
厂房山坡
15
130
104
81.7
67.5
(3)水位流量关系
亚曼苏水电站尾水渠正常水位为1503m(引水流量为140m³/s),尾水水位流量关系曲线见表6.1-4和图6.1-1。
表6.1-4亚曼苏水电站尾水水位流量关系曲线
流量(m³/s)
7
15
30
40
50
60
70
尾水位(m)
1500.11
1500.55
1501.09
1501.36
1501.60
1501.81
1501.99
流量(m³/s)
80
90
100
110
120
130
140
尾水位(m)
1502.17
1502.33
1502.48
1502.62
1502.75
1502.88
1503.00
图6.1-1亚曼苏水电站尾水水位流量关系曲线
亚曼苏水电站退水断面托什干河水位流量关系,依据托什干河实测大断面,用曼宁公式法计算。
电站退水断面比降采用9‰,糙率依据河床的组成,参考沙里桂兰克站的实测糙率,采用0.04。
水位流量关系见表6.1-5。
表6.1-5亚曼苏水电站退水断面水位流量关系
序号
高程(m)
流量(m³/s)
序号
高程(m)
流量(m³/s)
序号
高程(m)
流量(m³/s)
1
1488.50
0
12
1489.60
86.5
23
1490.70
913
2
1488.60
0.239
13
1489.70
115
24
1490.80
1063
3
1488.70
1.28
14
1489.80
144
25
1490.90
1301
4
1488.80
3.50
15
1489.90
182
26
1491.00
1588
5
1488.90
6.71
16
1490.00
244
27
1491.10
1934
6
1489.00
10.9
17
1490.10
318
28
1491.20
2319
7
1489.10
16.8
18
1490.20
401
29
1491.30
2652
8
1489.20
25.0
19
1490.30
495
30
1491.40
3146
9
1489.30
36.4
20
1490.40
573
31
1491.50
3673
10
1489.40
50.8
21
1490.50
689
11
1489.50
67.8
22
1490.60
819
该断面处河道较宽,因而水位相对于流量变化不敏感:
流量从244m3/s升至3670m³/s(略大于千年一遇),水位从1490m升至1491.5m,仅升高1.5m。
11.1.3地质条件
(1)基本地质条件
1)地形地貌:
工程区段地处托什干河中游河段,河床高程1420~1730m,河道宽度2.0~4.0km,为左岸相对较陡、右岸平缓的不对称宽阔“U”型谷,沿河两岸发育Ⅰ、Ⅱ两级阶地,其中Ⅰ级阶地断续分布,阶面宽度多在100~200m间,河拔高度分别为2~5m,Ⅱ级阶地河拔高度7~12m,左岸阶面开阔,并与山前倾斜平原相接,右岸阶面宽度一般100~500m。
托什干河北岸山前倾斜平原尚发育有多条规模不等的南北向展布山洪沟,沟谷宽度50~500m不等,下切深度多小于0.5m,平时无水,仅在洪水季节有暂时过洪。
2)地层岩性:
上更新统~全新统洪积碎石土(Q3-4pl)广泛分布于山前倾斜平原,土体结构密实为主,少量中密,斜层理发育。
总厚度大于100m;全新统冲洪积砂卵砾石(Q4al+pl)分布于托什干河河床、漫滩、Ⅰ级阶地以及冲沟沟底。
结构中密~密实,成分以砂岩及灰岩为主,该层厚度20~50m;全新统洪积碎石土(Q4pl)分布于山洪沟主沟槽及沟口洪积扇。
干燥,中密~密实,该层厚度0~8m。
3)区域地质稳定性:
区域涉及哈萨克斯坦-准噶尔板块与华北-塔里木板块2个一级大地构造单元;涉及天山强烈隆起区、塔里木坳陷区以及柯坪阶梯状断块翘起区3个一级新构造单元,新构造活动强烈。
区域内分布的活动断裂在晚更新世晚期以来有较显著的活动。
区域内的破坏性地震主要发生在活动断裂带及其附近。
根据新疆防御自然灾害研究所对工程场地地震危险性评估成果,工程场地50年超越概率10%地震动峰值加速度值为0.2464g,50年超越概率5%地震动峰值加速度值为0.3456g,相应地震基本烈度为Ⅷ度,综合判别工程区处于区域构造稳定性较差地区。
4)水文地质:
根据钻孔揭露,在工程区内地下水埋深多在40m以下,除亚曼苏乡附近有大量的泉群出露,地下水高于河水外,大部分地段地下水均低于河水。
根据水质资料分析,结合别迭里水电站的分析成果,本区地表水及地下水水化学类型均为HCO3-Ca,对普通水泥均无腐蚀性。
5)厂址区物理地质现象:
根据新疆地质工程勘察院为本工程进行地质灾害评估成果,各冲沟汇水面积约3.2~4.1km2,洪水沟谷规模小于2×104m³,属小型泥石流沟谷,按泥石流沟易发程度分级,为低易发泥石流沟,现状评估其泥石流灾害危害程度中等。
虽然工程区泥石流灾害的危害不十分突出,但由于地形空旷,植被不发育,在雨季易形成山洪对工程造成危害,需采取相应的防洪措施。
(2)厂址区工程地质条件
1)厂房:
电站厂房位于山前洪积扇下部,亚曼苏水电站厂房地面高程1550~1540m,厂房建基高程为1479.67m。
厂房出露地层以第四系上更新统冲洪积(Q3al+pl)砂卵砾石层主为,广泛分布于工程区场地,结构密实,基本满足厂房地基承载力的要求。
地基参数及边坡建议值可参见表6.1-6。
厂房冲洪积(Q3al+pl)砂卵砾石属于强~中等透水性,渗透系数建议值为1.34×10-2cm/s~7.35×10-3cm/s。
可能发生的渗透破坏形式为管涌,平均临界坡降0.48,允许水力比降0.24。
厂房中心线地下水位高程1512.86m,建基面低于地下水位约33.19m左右,施工时应考虑降、排水措施和开挖边坡稳定问题,建议对开挖基坑采取截渗措施。
由于勘察期间为枯水季节,预计到汛期地下水位将有一定抬升。
另外厂房运行期间应考虑地下水的浮托作用。
在施工期及运行期长期降水过程中,会对周边水文地质环境有一定影响,需要对周边井、泉进行必要的监测。
2)厂房边坡:
电站厂房地面高程1550~1540m,建基面高程1479.67m,基坑开挖边坡最高可达70m。
根据钻孔资料揭示,边坡由第四系上更新统冲洪积(Q3al+pl)砂卵砾石组成,青灰色,结构密实,分选性差,次棱角~次圆形。
卵石一般粒径6~15cm,约占5%~10%。
砾石一般粒径3~5cm,砾石约占65%~70%,卵砾石成分以灰岩、砂岩为主。
其余为细粉砂。
钻孔80m深度内未见砂层或砂层透镜体出露,具备厂房边坡的形成条件。
综合砂卵砾石层物理力学特性,结合上游别迭里二级电站实际开挖边坡资料,厂房基坑开挖边坡建议值参见表6.1-6。
为确保施工和运行安全,每8m~10m之间设2m宽的马道,需采取坡面加固和防、排水措施,在施工和运行过程中,加强对边坡的巡视和安全监测工作。
3)厂址区存在的主要工地质问题:
①土的腐蚀性:
根据土化学试验资料分析,土中的离子对混凝土结构无腐蚀性。
对钢筋混凝土结构中的钢筋在干湿交替状态下具弱腐蚀性,对钢结构弱~中等腐蚀性;
②防洪安全:
电站场区及周边有多条NW流向的冲沟发育,在融雪或强降雨时,可能发生暂时性洪水,应注意其对施工期间人员和设备以及电站运行期间的建筑物安全的影响。
表6.1-6电站场区地基参数及边坡建议值
地层
代号
岩性
地基承载力
(MPa)
压缩模量(MPa)
抗剪强度
开挖边坡(每8m~10m设一马道)
f(砼/地基)
临时
永久
Q3al+pl
低液限粘土
0.10~0.15
水上1:
1.75~1:
2.0
水下1:
2.0~1:
2.5
砂卵
砾石
0.45~0.50
25~30
0.50~0.55
水上1:
1.0~1:
1.5
水上1:
1.5~1:
1.75
—
水下1:
1.75~1:
2.0
(3)尾水渠工程地质条件
1)地形地貌
尾水渠沿厂房轴线向下游侧布置,尾水渠总长约3717m。
尾水池底板高程为1482.67m,尾水渠底板高程为1494.7m。
渠道沿线地面高程在1571~1492m之间,至桩号尾1+750m附近转向托什干河上游侧,至亚曼苏西部退至秋格尔干渠上游的托什干河,穿越山前洪积扇及托什干河二级阶地,渠线所经区域多为农田。
地层由第四系上更新统冲洪积(Q3al+pl)砂卵砾石层组成。
尾水渠中下段出露具二元结构的上更新统冲洪积(Q32al+pl)低液限粘土及上更新统冲洪积(Q31al+pl)砂卵砾石。
局部分布第四系全新统冲洪积(Q4al+pl)砂卵砾石。
因穿越不同地貌单元,渠道沿线地基土层有一定变化。
桩号尾0+000m~尾0+192m段,尾水池底板高程为1482.67m,最大挖深约66m。
地基由上更新统冲洪积(Q31al+pl)砂卵砾石组成。
第四系上更新统冲洪积(Q3al+pl)砂卵砾石,灰白~青灰色,卵、砾石含量60%~70%,呈圆状及次圆状,局部分选较好,密实,成分以灰岩、砂岩为主,粒径一般2~15cm,细颗粒充填物以粉细砂为主。
局部分布第四系全新统冲洪积(Q4al+pl)砂卵砾石,仅局部冲沟部位发育,厚度一般0.5m左右,灰白~青灰色,卵、砾石含量60%~70%,呈圆状及次圆状,局部分选较好,松散,成分以灰岩、砂岩为主,粒径一般2~15cm,细颗粒充填物以粉细砂为主。
该段渠道地下水位高程为1507.91m~1516.92m,高于渠道底板约10m。
施工期存在深基坑排水和开挖边坡稳定问题,需要对开挖基坑采取截渗措施。
由于勘察期间为枯水季节,预计到汛期地下水位将有一定抬升。
桩号尾0+192m~尾3+717m段,最大挖方深度约40m。
渠道地层岩性具二元结构:
上部为上更新统冲洪积(Q32al+pl)低液限粘土,钻孔揭露最大厚度为17m,浅黄色,硬塑~可塑状,下部靠近水位部分呈可塑~软塑状,土质不均匀,局部夹有粉土薄层,底部夹有钙质结核,与砂卵砾石接触部位呈软塑状,近饱和~饱和。
下部为上更新统冲洪积(Q31al+pl)砂卵砾石,灰白~青灰色,卵、砾石含量60%~70%,呈圆状及次圆状,局部分选较好,密实,成分以灰岩、砂岩为主,粒径一般2~15cm,细颗粒充填物以粉细砂为主。
按设计布置该渠段渠底及岸坡地基岩性均为低液限粘土,属湿陷性强烈土层。
因此该层不宜作为渠基持力层,需要采取工程处理措施消除湿陷性。
根据钻孔揭露及附近泉水调查,地下水主要埋藏于第四系上更新统冲洪积(Q3al+pl)低液限粘土之下的松散砂卵砾石层中,砂卵砾石层顶板高程1491m~1494m,该段渠道地下水具承压性质,承压水头5m~14m。
钻孔揭露承压水头高程1499.19m~1507.91m,平均高于渠道底板约9m。
该段渠道渠底板设计高程1494m~1497.5m,渠道渠底板以下下伏低液限粘土平均厚度约3m,其中桩号尾2+522m附近最大下伏厚度约5m。
由于有承压水的存在,当渠道开挖至渠底板高程时,由于上覆低液限粘土较薄,地下水有可能冲破上覆低液限粘土,形成突然涌水。
施工期存在基坑排水和开挖边坡稳定问题,需要对开挖基坑采取截渗措施。
由于勘察期间为枯水季节,预计到汛期地下水位将有一定抬升。
由于该渠段位于承压水头以下,存在地基土冻胀问题,设计应予充分考虑。
开挖边坡建议值参考表6.1-6。
3)地下水
根据沿线钻孔揭露地下水及井泉调查,渠道沿线地下水主要埋藏于第四系上更新统冲洪积(Q3al+pl)低液限粘土之下的松散砂卵砾石层中。
桩号尾0+000m~尾1+732m段为潜水,渠道位于地下水位以下,桩号尾1+600m~渠尾地下水具承压性,承压水头埋深较浅,其中桩号尾3+000m附近冲沟中有泉水出露,且均为上升泉,也表明该区段地下水具有承压性,尾水渠出口附近亦有泉水出露,亦为上升泉。
勘察期间为冬季,属枯水季节。
雨季估计地下水位有可能抬高。
施工期存在基坑排水问题,设计应预足够重视。
4)工程地质评价
①地基参数与开挖边坡
根据土工试验成果,低液限粘土抗剪强度小值平均值,c=3.2KPa、Φ=25.7°,砂卵砾石动力触探击数大于50击,属密实结构;综合上述试验成果,并参考类似条件下已建工程经验,电站场区不同地基土体物理力学参数建议值参见表6.1-6。
尾水渠与厂房接壤部位最大挖深近71m,综合各土层物理力学特性,渠道开挖永久边坡建议值参见表6.1-6。
为确保施工运行安全,每8~10m宜布设一级马道,同时注意坡面加固、加强安全检测并做好防、排洪工作。
②地下水
根据沿线钻孔揭露地下水及井泉调查,桩号尾1+600m~渠尾地下水具承压性,承压水头4m~14m,开挖期间将存在基坑涌水问题,施工期应考虑基坑降水、排水措施,并对基坑降、排水对渠道边坡稳定的影响给予充分重视。
此外,地下水具承压性,对渠道混凝土衬砌或盖板的将产生一定的顶托作用。
渠道施工期开挖对承压水具有减压作用,随着基坑排水及工程运行期间排水孔减压形成的外水内渗,可能致使渠道沿线周边地下水位下降,对周边乡民生活取水有一定的影响。
施工时应对周边村民取、用水及居民家中井水水位变化进行监测。
③湿陷性
根据试验资料显示,尾水渠低液限粘土均属湿陷性强烈。
经计算属自重Ⅲ(严重)场地。
因此该土层不宜作为渠基持力层,需要采取工程处理措施消除湿陷性。
④不均匀沉陷
由于尾水渠不同部位地基持力层岩性不同,存在地基不均匀沉陷问题。
其中第四系下~中更新统冰水堆积(Q1-2gl)半胶结砾岩及第四系上更新统冲洪积(Q3al+pl)砂卵砾石均可作为天然地基,地基承载力及地基变形均满足要求。
而第四系上更新统冲洪积(Q3al+pl)低液限粘土具湿陷性及下部靠近水位部分呈可塑~软塑状,不满足地基承载力及地基变形要求。
且在渠基两种岩性接触部位可造成不均匀沉陷,因此低液限粘土不宜作为天然地基,需要采取工程处理措施。
⑤渠道防渗
渠道承压水头均已高于渠道建基面,工程运行期间减压排水孔应进行反滤设计,防止外水内渗导致的地基渗透变形破坏。
地下水具承压性,应综合考虑渠道沿线内、外水渗流对渠坡稳定的影响,采取适宜的工程措施。
⑥地震液化
上述含水渠段地基为(Q3al+pl)低液限粘土和松散砂卵砾石层,表层低液限粘土粘粒含量平均41.1%;砂卵砾石粒径>2mm颗粒含量平均值大于70%,其相对密度平均0.59,属中密结构,其间未发现有一定厚度且分布连续的砂性土层。
根据《水力发电工程地质勘察规范》(GB50287-2006)附录M,在地震基本烈度为Ⅷ度时,初判二者均属非液化土层。
⑦地基冻胀破坏:
根据WUSHI县气象站资料,本地区最大季节性冻土厚度1.08m。
桩号1+600以下渠段,表层均有低液限粘土覆盖,其厚度0.5~17.0m。
其天然含水率在1%~31.2%之间,塑限值为20.8%~25.1%,按《冻土工程地质勘察规范》GB50324-2001中的相关规定,属冻胀~强冻胀性土层,部分渠段渠土冻胀问题较为突出。
⑧地基水、土层腐蚀性:
根据水质分析成果显示地下水对混凝土结构无腐蚀性。
根据渠道地基土化学试验成果,并参照《岩土工程勘察规范》(GB50021-2009)中的土壤腐蚀性评价标准,工程区场地环境类别为Ⅲ类,根据土化学试验资料显示:
土中的离子对混凝土结构无腐蚀性。
土的电阻率在40~240Ω·m,对钢结构弱~中等腐蚀性。
(4)厂区左岸防洪堤工程地质条件
厂区左侧防洪堤位于电站厂房的左侧,长约3172m,距电站厂房430m左右,属托什干河左岸山前洪积倾斜平原,地形呈缓坡状,西北高东南低,天然坡度5°左右,防洪堤地面高程1682.50~1524.0m。
防洪堤出露地层由第四系上更新统冲洪积(Q3al+pl)砂卵砾石和局部冲沟部位发育第四系全新统冲洪积(Q4al+pl)砂卵砾石组成。
第四系全新统冲洪积(Q4al+pl)砂卵砾石厚度一般0.5m左右,灰白~青灰色,卵、砾石含量60%~70%,呈圆状及次圆状,局部分选较好,结构松散,成分以灰岩、砂岩为主,粒径一般2~15cm,细颗粒充填物以粉细砂为主。
此层不宜用于渠基持力层,宜进行挖除。
上更新统冲洪积(Q3al+pl)砂卵砾石,灰白~青灰色,卵、砾石含量60%~70%,呈圆状及次圆状,局部分选较好,结构密实,成分以灰岩、砂岩为主,粒径一般2~15cm,细颗粒充填物以粉细砂为主,满足压力前池基础承载力的要求。
全新统冲洪积(Q4al+pl)砂卵砾石,地基参数及边坡建议值可参见表6.1-6。
此外,由于压力前池位于山前洪沟出口部位,应充分重视防
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