白鹤滩水电站取水泵站基坑开挖施工探讨:白鹤滩水电站

　　【摘要】文章通过对白鹤滩水电站泵站土质进行分析，并对取水泵站基坑开挖施工选择进行了探讨，提出了一些问题，对水库蓄水位以下的深基坑、高边坡基坑土方开挖提供了参考。　　【关键词】取水泵站；深基坑；高边坡；开挖
　　0.工程简介
　　白鹤滩水电站位于四川省宁南县和云南省巧家县境内，为金沙江下游河段规划的四个梯级中的第二个梯级电站，电站上接乌东德梯级，下邻溪洛渡梯级。左、右岸分别为四川省的宁南县和云南省的巧家县，距巧家县城约45km。
　　白鹤滩水电站枢纽建筑物主要由拦河坝、泄洪消能建筑物、引水发电系统等主要建筑物组成。拦河坝为混凝土双曲变厚拱坝，坝顶高程834.0m，最大坝高289.0m；大坝下游布置有水垫塘和二道坝。坝址处多年平均流量4190 m3/s，坝址以上流域面积43.03万km2，电站总装机容量14400MW，正常蓄水位为825.00m，设计洪水位827.71m，校核洪水位832.23m。
　　取水泵房坐落在金沙江河流凹岸的河漫滩上，漫滩区地表高程EL585～EL610m，场区较开阔，地形坡度15°～20°。漫滩西侧为冲洪积陡壁，陡壁高约20～25m，近直立。
　　由于泵站工程工期紧，开挖量大， 深基坑开挖难度大， 地形狭窄， 施工道路布置复杂，如何保证王曲泵站工程高边坡基坑施工的稳定安全与高强度的开挖量， 同时使挖方与填方最佳结合、最经济合理地施工， 则基坑开挖方案的合理与否显得尤为重要。
　　1.确定基坑开挖边坡
　　参考水利水电工程施工组织设计手册第二分册：水下部分（EL593至EL572.9）为基坑开挖，基坑开挖高度达20.1m，水下开挖深度达8.8m，开挖尺寸最大37m，开挖方量900?，底部抗浮锚杆83根，钻孔延米合计374米。虽然开挖工程量不大，但施工场地狭窄，施工难度极大，开挖到基坑时，施工便道坡度增大，出渣车不能直接倒到工作面，只有采用挖掘机接力翻渣到能出渣的工作面进行出渣。
　　2.开挖方案确定
　　2.1 开挖前测量放线
　　在每一部分土方开挖前， 测量人员先要对开挖的土方边线进行精确测量， 并作白灰标记， 整个测量过程及精度应符合《水利水电工程施工量规范》。开挖施工过程中，测量人员适时进行测量校核，以精确地控制各部位的开挖平面位置、水平标高、控制桩号、水准点、开挖边线、开挖边坡是否符合要求，尤其在开挖接近基坑底高程时，更要精确测量，防止出现超欠挖现象。在满足设计要求的前提下，开挖偏差控制在规范允许的范围内。
　　2.2 场地清理
　　场地清理包括植被清理和表土清挖以及需拆除的旧砌体。
　　将开挖工程区域内的树根、杂草、垃圾、废渣、旧砌体进行清除。地表植被清理应延伸到建筑物基础边线外侧5 m，挖树根的范围应延伸到建筑物基础边线外侧3 m。表土清挖的废土料运输到指定的弃土场，可用于填筑围堰的土料运输到围堰处。
　　2.3 基坑开挖
　　由于基坑开挖深度达20 m，使开挖不能一次到达基坑底高程，因此基坑开挖应分层进行， 依据所采用的开挖方案确定每层开挖深度。
　　2.4 水库正常水位以上土方开挖
　　基坑高程595m 以上开挖的土料将用于填筑施工围堰。采用1.05反铲挖机直接分层开挖，每层开挖高度控制在3 m左右，开挖土料直接装入8 t～15自卸汽车，运输到临时围堰处进行围堰填筑。
　　2.5 水库正常水位以下土方开挖
　　水下淤泥开挖采用置换法，即在自卸汽车行走道路上以及挖机开挖作业的道路上铺填约80cm厚片石和建筑垃圾，修筑若干条施工道路，每条路宽约4 m，挖机站在每条路上可以确保路间部分都能开挖，由边坡向中间，由北向南，退向进开挖面的支路的开挖原则。 每层下挖3 cm～4cm，开挖下一层时再填筑一层80cm厚片石或建筑垃圾，如此逐层进行开挖。为避免超挖及扰动原状土，开挖至接近建基面30cm厚度土方处，采用人工开挖。建基面可能为饱和土，可采用换填30 cm～50 cm厚砂砾石或片石的方法来增加建基面承载力并改善施工条件。
　　3.排水方案
　　高程595 m 以下的土方位于金沙江正常水位线以下。由地质资料知，高程 575 m以下的土层为多年地下水渗透形成的饱和土层，开挖时极易形成渗透水且有部分涌水点，所以开挖高程595m以下土方时，每开挖一层，先用挖机在西边坡角开挖两个笼头坑， 笼头坑四壁及底部采用干砌石砌护，边坡周围坡角下设置排水沟，且开挖面和排水沟都保持一定坡度，使表面渗水顺坡流入排水沟汇入笼头坑，笼头坑内安设泥浆泵将水排出。涌水点的处理措施是在涌水点处钻孔插入排水管，用速凝水泥把孔周围密封，将涌水引入排水渠或笼头坑。每层开挖深度为3 m～4 m。
　　4.开挖道路布置
　　取水泵站外围施工道路已到荒田水厂，荒田水厂至取水泵站的施工道路承包人进行自建R1和R2施工便道。
　　荒田水厂开始施工时，场内交通基本具备运输条件。原投标文件中考虑场内左岸荒田1#公路高程647～649m区段紧临荒田水厂，由该条道路上设计修建一条支路通往水厂，作为临时施工道路，由于1#公路紧邻水厂段还未施工，现在现有弃渣场的施工道路上破口修筑一条施工道路至荒田水厂和取水塔，道路起点位于至弃渣场道路和当地至大坪方向的乡村路交叉处，高程EL660，终点位于取水口施工场地平台上，与荒田取水泵站栈桥相接，高程EL623，长度约290m，平均坡度为9.77%，最大坡度不超过10%，路面宽4.5m，碎石路面。水厂内的施工道路可结合地形地势特点及水厂内的永久公路进行灵活布置。
　　该道路主要为取水泵站边坡及基坑施工通道。道路起点位于接R1道路未端，高程EL623，至取水泵站基坑附近，高程EL575，长度约575m，平均坡度为8.7%，最大坡度不超过10%，路面宽4.5m，碎石路面。
　　5.施工重难点分析
　　5.1汛期施工
　　由于工期较短，根据工程施工总体进度计划安排，需合理利用时间，争取在2012年10月底完成水上部位（EL593高程以上）土石方开挖，工程量为24200m?，根据承包人2012年6月至8月的水位观测数据显示，取水泵站位置水位最高达到EL604高程，最大涨幅可到4～6米，由于前两月受到6﹒28泥石流事件和炸药的影响，取水泵站基本只完成了覆盖层清表工作，剩余工作量需在9～10月施工完成，其中9月还是属于主汛期，水位有可能再继续上涨，可见水上部分开挖会冒着汛期施工的风险，且月均开挖强度达到12000m?左右，计划不一定能完成，需压在下个月计划施工完成。其中取水泵站在主汛期（9月）施工时可能会存在以下风险：正在钻设爆破孔时，水位上涨，爆破孔被淹没，泥沙堵塞爆破孔，导致爆破孔报废，如此会造成一定工期和费用损失，针对以上情况，承包人将准备一定数量的木塞，木塞直径与孔口直径一直，长度15cm，在木塞中心安装铁丝，方便后期取出时使用，若水位上涨趋势有淹没爆破孔迹象时，立即采用木塞封堵孔口，水位下降后，再将木塞取出，若木塞膨胀，取不出时，直接将木塞打入孔底不取出，这样，会减少一定的损失。 　　5.2灌浆工程量不确定
　　根据工程地质情况介绍，取水泵站竖井段Ⅳ类围岩体占75.8%，Ⅴ类围岩体占24.2%，裂隙发育，如此推断，基坑开挖时应会有大量的渗水渗入，导致工作面不能施工，故在基坑施工前需做好防渗工作和施工工程中做好排水措施等。
　　施工前防渗工作：根据地质条件分析按照招投标文件，固结灌浆方案进行局部（预留岩梗）灌浆应是不能满足防渗要求的，应在取水泵站四周都进行防渗灌浆处理，四周固结灌浆孔将比井筒基础高程低1米，如此可以加固井筒四周基础，也可以保证后续工作按计划施工完成（原方案灌浆孔设置于预留岩590m高程，孔深18m，单排布置，间距2m，固结灌浆（L=18m）共270m）；根据地质条件及现场目前岩层的走向分析，竖井段都属于Ⅳ类和Ⅴ类围岩，且岩层走向向外侧（金沙江边）倾斜，裂隙较发育，在灌浆过程中，浆液可能通过裂隙渗入到江中，如此灌浆量就有不确定性，施工工期就会造成损失，影响后续工作施工。
　　为保证基坑施工工期顺利完成，承包人将采取先抽、排、堵等方式对基坑进行施工。当外部水位低于EL593时开始进行基坑开挖，在开挖过程中水泵根据开挖高程而下降，并在每轮炮的工作面炸出一个集水坑（2×2×2），再用水泵抽入到金沙江，若出现某些位置出现大量渗水，就在该部位进行钻孔，进行固结灌浆。灌浆后开挖可能会造成爆破过程中破坏灌浆的防渗能力，导致防渗能力失效，水再渗到基坑。针对以上情况可采取爆破技术措施进行控制，周边孔采用预裂爆破，控制单孔药量，采用单孔单响的起爆方式来起爆，如此就可以减少对灌浆范围的扰动。
　　5.3 基坑排水
　　在施工期间若岩石爆破扰动、大暴雨或水位上涨时，可能出现大量渗水或遇洪水淹没基坑等情况，针对此情况承包人将布置1台100m?/h和4.5KW的污水泵2台放在基坑，在开挖过程中水泵根据开挖高程而下降，并在每轮炮的工作面炸出一个集水坑（2×2×2），再用水泵抽入到金沙江。
　　5.4 基坑开挖出渣困难
　　水下部分（EL593至EL572.9）为基坑开挖，基坑开挖高度达20.1m，水下开挖深度达8.8m，开挖尺寸最大37m，开挖方量9000m?，底部抗浮锚杆83根，钻孔延米合计374米。虽然开挖工程量不大，但施工场地狭窄，施工难度极大，开挖到基坑时，施工便道坡度增大，出渣车不能直接倒到工作面，只有采用挖掘机接力翻渣到能出渣的工作面进行出渣。
　　5.5混凝土结构复杂，资源投入大
　　取水泵站结构较为复杂，筒内分为进水间和水泵间，且在筒壁还有相应的隔墙和顶部楼板施工，进水间和水泵间的隔墙需同时上升浇筑，若不同时上升浇筑，隔墙之间的止水处理较困难，在施工期间就需投入大量的模板、脚手架、各种不同的工种等人力和物力才能保证工程进度。
　　6.结束语
　　综上所述，在开挖过程中严格按照确定参数和开挖方案施工，优化开挖道路布置。通过对施工所遇到的重难点进行分析，解决了相关的实际问题，施工质量也达到了设计及预期的要求。

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