摘 要：基坑排水是水利工程中的一个重要环节，如果措施不当，不仅会增加排水费用，还可能造成基坑淹没、破坏边坡稳定从而影响施工。以淮安市里运河防洪控制楚州枢纽工程基坑排水设计为例，介绍水利工程中基坑排水方案设计，对同类工程基坑排水设计具有一定的针对性和借鉴性。
关键词：基坑排水设计 基坑初期排水 基坑经常性排水
中图分类号：TU7 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）002-003-02
1 前言
修建水利工程时，当围堰合拢后为了保证主体建筑物的基础在干地条件下施工、保持基坑干燥及保证施工安全，就必须采取有效的降排水措施，排除基坑内积水和渗水，因此基坑排水设计是水利工程设计及施工中的重要环节。
2 基坑排水设计
2.1 工程概况
淮安市里运河防洪控制楚州枢纽工程位于里运河下游段，包括一座孔径30m的节制闸、一座流量70m3/s的泵站和宽34m的交通桥，采用闸站桥三结合方案，满足挡洪、排涝、生态补水和交通等要求。该工程等别为Ⅱ等，主要建筑物设计等级为2级，次要建筑物设计等级为3级。临时工程按4级建筑物设计。根据《淮安市城市防洪排涝规划》，淮安市城区防洪标准近期按100年一遇，远期按300年一遇，城市除涝标准按20年一遇设计。工程规模庞大、地质条件复杂、基坑开挖范围较广和深度较深，相应的基坑积水和渗水量也较多，选择合适的基坑排水方案对整个工程的实施起着至关重要的作用。
2.2 工程地质
本工程场地区在大地构造上位于扬子准地台苏北坳陷区，长期以来处于沉降地位，全区无基岩出露，均为第四纪巨厚的中新生代地层覆盖。区域构造稳定性较好。工程场地地震动峰值加速度为0.05g，相应的地震基本烈度为Ⅵ度。
根据相关规范、规程要求，结合区域地质资料，本项目勘察采用工程钻探与原位测试相结合的方法，按建筑物的等级、规模和平面布置，依据有关规范布置勘探线和勘探孔，场地地面以下60m范围内土层共分为10层，站址处土层为淤泥、重粉质砂壤土，以淤泥土为主，站身底板下卧层为⑤层淤泥质粉质粘土、⑥-2重粉质砂壤土，地质勘探试验成果：地表下的潜水水位为8.4m，下卧层4层、5层、⑥-2层均为透水承压水层，承压水位分别为1.5m、0.1m、-2m，其渗透系数为9.2?0-4cm/s、5.7?0-6cm/s 、4.0?0-3cm/s，以下7、8层均为粘土，其渗透系数在2.00?0-7cm/s―1?0-8cm/s之间，第9层粉质粘土，其渗透系数为2.50?0-7cm/s，为相对弱透水层。因⑥-2层以上与外河相连，可能使河水成为地下水的丰富补充。
2.3 基坑概况
楚州枢纽工程基坑开挖形式是根据地形地质条件、渗流及边坡稳定计算成果确定的，地面高程为9.0m～11.0m，基坑底板面高程为-0.9m～1.1m，高程6.5m以下取1：3，高程6.5m以上取1：2.5，高程6.5m处设4m宽平台。基坑顺水流向长度约300m，垂直水流向长度约75m，深度约10m，楚州控制工程采用全年施工。根据运东闸上游1978～2008年高水位资料排频，楚州控制工程施工期水位采用10年一遇水位10.07m。
2.4 基坑初期排水
2.4.1 排水量估算
初期排水包括排除基坑积水、围堰及基坑渗水及降雨径流，采用下式计算：
排水量=基坑积水+渗水+雨水
(1)基坑积水是指围堰合拢闭气后积存在基坑内的水量。它包括围堰水下部分饱和水和基坑内覆盖层饱和水，这部分水在基坑水位下降，集流到基坑内均需排除。
基坑积水=K(基坑积水面积?基坑平均水?
=2?25000?.07)=25.35?04立方米
K为经验系数，与围堰种类、基坑覆盖层情况、排水时间、基坑面积大小等因素有关。一般采用1.5～2.5，本工程取2.0。
(2)渗水是指通过各种途径渗到基坑内的水量。它包括围堰渗水、基坑渗水。渗水与围堰内外水位差、围堰防渗型式、基坑处理措施等有直接关系，由于初期排水一般较少，围堰内外水位差较小，围堰合拢后亦闭气处理，所以渗水量不大，因此可不予计算。
(3)雨水是指在初期排水期间，由于降水在基坑集水面积内产生的径流。
集水面积应设法尽可能减少，减少到只在基坑范围，这样可节约排水费用。为此，需将基坑范围以外流向基坑的集水面积上产生的雨水（径流）用集水沟渠排至基坑范围以外。由于该工程围堰填筑和基坑开挖工期安排在11月、12月，该地区受季风影响，降水量季节性变化显著，冬季雨水稀少，据淮阴站雨量统计，10～2月降水量约152mm。
雨水量=25000?52/151?/1000=0.0151?04立方米
排水量=25.35?04+0.0151?04=25.37?04立方米
2.4.2 抽水设备选择与布置
为了防止围堰及岸坡因排水速度过快而产生局部塌坡，基坑内初期排水时水位下降速度应控制在0.5～0.7m/昼夜，初期排水时间按现行规范规定可采用5～7d，抽水设备的容量按估算排水量选择，并考虑备用量。
抽水设备总容量=25.37?04/(6?4?600)=2.94m3/s
本工程拟采用6台潜水泵（其中1台为备用泵），每台水泵设计流量为0.6m3/s，设计净扬程为10m，实际工作中，也可选用容量不同的水泵，采用试抽法确定排水设备。
确定排水设备后，要妥善布置水泵，一般初期排水可采用固定或浮动式。固定式水泵可设在围堰上，这种布置适于吸水高度小于6m的情况；如果基坑内水深或吸水高度大于6m，则需将泵转移到较低高程，如转移到设在基坑内的固定平台上，这种平台可以是桩台、木笼墩台或围堰内坡上的平台；如果水深远大于6m，则可考虑选用移动式泵或浮式泵；本工程吸水深度大于6m，则采用移动式泵。
2.5 基坑经常性排水
基坑内积水排干后，围堰内外的水位差增大，此时渗透流量也相应增大，围堰内坡、基坑边坡和底部的动水压力加大；容易引起管涌或流土，造成塌坡和基坑底隆起的严重后果。因此在经常性排水期间，应进行周密的排水系统布置、渗透流量的计算和排水设备的选择，并注意观察围堰的内坡、基坑边坡和基坑底面的变化，保证基坑工作顺利进行。
2.5.1 排水方法的选择
经常性排水方法主要分为人工降低地下水和明式排水法。采用人工降低地下水位的排水法效果好，排水深度大，适于深度较大的立面开挖，对采用高效的挖掘机械有利，但设备及敷设费用较高。明式排水法排水的机动性好，可充分利用初期排水设备，相对而言经济效益较高，但明式排水一次性排水深度有限，排水系统存在转移、搬迁等问题，会给基坑开挖造成一定的干扰。经比选，本工程选择人工降低地下水法，人工降地地下水的方法又包括管井法和井点法，由于管井法是纯重力排水可以节约能源，且降深能力较大，因此本工程基坑周围设计直径40cm管井共30口、间距15m、井深约15m。
2.5.2 降水验算
本工程施工降水采用管井降水的方法降低地下水位，依据工程地质勘察综合成果表资料，根据渗水量计算(采用⑥-2层土渗透系数、含水层厚度按整个地层厚度计算)：采用承压完全井计算涌水量：承压完全井涌水量计算简图见图1。
图1 承压完全井涌水量计算简图
Q=2.73KMS/(lgR0-lgr)
地下水的水位高度为?8.4m，含水层至?－2.2m，H＝10.6m；
K渗透系数为4.0?0-5m/s＝3.46m/d ；
S为水位降低值，要求降至底板最深处以下1m处，即至?－1.8m，S＝10.2m；
R0=2S(H?K)0.5=123.5m, r＝0.4m
Q（一天渗水总量）
=2.73?K?M?S/(lgR0-lgr)
=410.48m3/d
而实际含水层厚度较薄，
基坑的假想半径r=(A／ ) 0.5=(10500/3.14)0.5=57.8m
式中A－基坑的平面面积，按100m宽、105m长估算为10500m2
影响半径小于基坑假想半径，因此设计深井不能有效地降低地下水位。为确保基坑开挖成型，施工时需要加密井距以加强施工的降水效果，常规施工井距为20m，实际实施按井距平均15m考虑，需设置深井30口，深井需穿透⑥-2层土，井深约15m，单井出水量为15.79m3/d。深井管井出水集中排入里运河。
3 结语
淮安市里运河防洪控制楚州枢纽工程基坑排水方案的设计，是根据工程特点、土层渗透系数、要求降水深度等，经计算分析并结合工程实际情况确定的。目前工程已经实施，实施过程中通过定时检测降深和出水量，并采用抽水试验等方法进行验证，该基坑排水设计方案降水效果较好，能够满足工程实际需要，技术和经济上均较为合理。