胡星名

（安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司 合肥 230088）

1 工程概况

凤凰颈引江枢纽位于安徽省境内长江左岸无为市刘渡镇，紧靠长江无为大堤堤后，是引江济淮工程西兆线引江线路上的引江口门，设计排涝流量240m3/s，引江流量150m3/s，工程规模为大（Ⅰ）型。原设计对现有凤凰颈排灌站进行更新改造，利用现有泵站土建及流道，将原有机电设备进行更换，后来结合历年机组故障情况，经CFD 分析和物理模型试验等进一步研究，认为因现状排涝站土建结构的限制，仅改造机组的方案难以满足泵站长时间运行要求，因此变更设计方案为在现状排涝站的前池内新建泵房，安装6 台3300ZLQ-75 立式轴流泵，配套电机型号为TL3000-52/4250，单机功率为3000kW，总装机容量为18000kW。改造老泵房作为长江侧防洪闸及进出水流道，另外在老站拦污闸前新建拦污检修闸，老拦污闸只保留交通桥功能。

2 水文地质条件

工程区位于长江左岸，以河湖相冲积平原为主，工程范围内地形起伏不大。凤凰颈站及控制楼处地面高程10.0～11.0m，无为大堤堤顶高程15.3～16.8m。基坑最低开挖高程为-9.37m 左右，最大开挖深度达20m。开挖深度范围内地层分别为人工填土层、②层淤泥质重粉质壤土、②1层重粉质壤土、②3层淤泥质中、重粉质壤土与粉细砂互层、③层细砂。基础坐落在③层细砂上，该层已揭露最大层厚27.30m，最深层底高程-32.63m。往下是⑤2层中细砂夹砾石、⑥1层粉土质卵砾石及⑧2层强风化砂岩，其中⑧2层强风化砂岩埋置较深，钻孔揭露最低层底高程-51.74m。各土层力学指标及渗透系数值见表1。

表1 各土层力学指标建议值表

工程区地下水类型为松散类孔隙水，按照含水层特征可划分为孔隙潜水和孔隙承压水。浅层孔隙承压水主要赋存于相对隔水层下部的②4层、③层及以透镜体形式分布的②2层土中，深层承压水主要赋存于⑤2层中细砂夹砾石层中。根据水位观测，工程区潜水含水层水位高程9.16～9.25m，浅层承压水水位平均值6.98m，深层承压水水位平均值6.93m。从附近长江河床深泓线标高与工程区承压含水层顶板标高对比分析看，长江河床已切穿了承压含水层顶板，基坑承压水与外河长江水力联系密切。根据地下水位观察长江水位每上升1m，约2～3 天后堤内承压水头上升约0.5～0.6m。枯水期江河水位降低，潜水则向河道方向运移排入江河中或向下伏承压含水层越流补给，承压水向长江补给，并随长江水位涨落而同向升降；洪水期，江河水位抬高，地下水向远离江河方向的圩区运移，承压水接收长江补给，并越流补给潜水。

3 基坑截渗及降水布置

3.1 截渗墙布置

站身基坑开挖底高程为-8.37m，安装间基坑开挖底高程为-9.37m，均坐落在③层细砂层上，为中等透水层，且与外侧联系紧密。老站在长江侧和西河侧两侧斜坡段各设置了一排排水砂井，每排9 口，砂井直径1m，深入③层细砂层，这可能会加大新泵站基坑与长江侧的水力联系，加上老站站身为灌注桩基础，多年的运行，可能会发生底板和基础砂层脱空的现象。根据老站多年来的运行管理资料显示，近年来老站西河侧前池水位降至1m 高程左右时，前池内会发生冒砂现象。鉴于老站薄弱的防渗体系和该处较差的地质条件，为防止基坑开挖后，在外侧高水位情况下基坑发生渗流破坏，设计结合永久防渗在基坑四周设置截渗墙。

截渗墙轴线长约525.5m，根据地层情况，基坑顺水流方向的左右两侧截渗墙顶高为3m，由于西河侧段现状河底高程为2m 左右，该段截渗墙顶高程定为1m。南侧的截渗墙位于老站的前池内，老站前池目前底高程为-5m，改造成压力箱涵后建基面高程为-9m，该段截渗墙结合永久防渗墙布置，截渗墙和压力水箱底板采用刚性连接，截渗墙平面布置见图1。

截渗墙采用60cm 厚混凝土截渗墙结构，左右两侧和西河侧截渗墙为C25 素混凝土结构，老站前池段截渗墙因结合永久防渗墙，为C25 钢筋混凝土结构。

3.2 降水井布置

该工程工期紧张，按照节点工期控制要求，汛后开工建设后，在截渗墙未封闭前就需要进行控制性降水，以便施工泵房和安装间的基础处理工程，因此前期的基坑涌水量会比较大，共布置46 口深井，分两级布置，外围布置27 口深井，井间距12～20m，井底高程为-25m；基坑底部在主泵房的两侧布置两排降水井，每排5 口，井间距15m，排距布置10 口降水井，井底高程-30m。为便于截渗墙封闭后，老站前池段截渗墙和老泵房之间的压力箱涵的底板施工，在截渗墙外侧布置9 口降水井，井间距15～20m，井底高程-30m。

基坑截渗墙和降水井布置见图1。

图1 基坑截渗墙和降水井布置图

4 分析计算

由于基坑下部相对不透水层⑧2层强风化砂岩埋置较深，若入⑧2层则截渗墙最大深度近70m，施工难度大且投资较高，因此不考虑采用落底式截渗墙。本文分别对无截渗墙+降水和悬挂式截渗墙（墙底高程分别为-20m、-30m 和-42m）+降水四种方案进行分析。工程施工导流标准为10年一遇，选取10—4月导流设计水位，长江侧为9.72m，西河侧为8.43m，基坑开挖至-9.37m 为最不利工况。

4.1 渗流模拟分析

按照稳定渗流，符合达西定律的非均各向异性二维渗流场来计算，其水头势函数满足以下微分方程：

4.2 基坑涌水量计算

4.2.1 无截渗墙基坑涌水量计算

承压含水层的降水井影响半径根据下式计算：

式中：R 为影响半径（m）；Sw为降深（m）；K为渗透系数（m/d）。

基坑按照承压非完整井，半无限承压含水层，初始水位取7.0m，初期基坑水位降至-10m 左右，则影响半径大约为274m，基坑总出水量按照承压非完整井计算公式如下：

式中：Q 为基坑总出水量，m3/d；k 为细砂层渗透系数，m/d；M 为含水层厚度，m；S 为降深，m；R 为群井抽水影响半径，m；r0为基坑计算半径，m。计算得出初期基坑总出水量为9186m3/d。

4.2.2 不同深度截渗墙基坑涌水量计算

由于设置了悬挂式截渗墙，将会改变基坑截渗墙内外的地下水的渗流路径，地下水将会从垂直和水平两个方向往基坑内渗流，根据相关的经验公式，悬挂式截渗墙内的基坑涌水量按照如下公式计算：

式中：M 为承压水含水层厚度，m；MR为剩余含水层厚度，m；H 为抽水前含水层厚度，m；hD为截渗墙内侧基坑的水位，m；D 为截渗墙厚度，m。根据计算，截渗墙底高程为-20m、-30m 和-42m 三个深度的截渗墙方案的基坑涌水量分别为8657m3/s，7828m3/s，3463m3/s。不同截渗墙深度条件下基坑涌水量和渗透坡降值见表2。

表2 不用截渗墙深度条件下的基坑涌水量和渗透坡降表

根据以上分析，不设截渗墙或截渗墙底高程为-20m和-30m三种方案的渗透稳定均不满足要求，当截渗墙底高程为-42m 时，截渗墙刚好穿过③和⑤2两层相对较强透水层，进入⑥1粉土质卵砾石，渗透坡降满足要求，且基坑涌水量明显减少，因此设计采用截渗墙底高程为-42m 的方案。

5 结语

（1）悬挂式截渗墙能减小基坑内的渗流场水头，对减小基坑出溢点渗透坡降效果明显。

（2）考虑到减小截渗墙的施工难度和综合费用，在确保安全的前提下，应统筹考虑截渗墙内外侧水位差、透水层的厚度和渗透性等因素，优化设计截渗墙的深度。

（3）悬挂式截渗墙需要降水井配合来控制基坑内的地下水位，为确保基坑安全，建议降水井设双回路电源，同时配备应急发电机■