水利工程中深基坑施工技術

喻 剛

摘要:深基坑支護技術是由于在施工中不允許放坡而只能采用支護結構保護下進行垂直開挖的設計方法和施工技術,其在水利工程有著廣泛的應用。本文介紹了深基坑支護的設計與施工內容,重點對用于地下連續墻施工工藝進行了探討。

關鍵詞:深基坑支護;水利工程;地下連續墻

1 引言

深基坑支護技術是由于建筑物放在較深的地下空間,基坑需要開挖,但基坑平面以外沒有足夠的空間供放坡之用或此空間內存在鄰近建筑物、地下管線、運輸道路等不允許放坡而只能采用支護結構保護下進行垂直開挖的設計方法和施工技術。對于水利工程建設,特別是江浙一帶的水利建設,經過一段時間開發建設后,電站建設已不多,更多的可能是供水泵站、排澇泵站、水閘等工程的建設。一般來說,這些工程的施工現場大多不宜進行放坡開挖,需要采用基坑支護。因此,從事水利工程施工的工作者對深基坑施工技術進行研究有著重要的現實意義。

2 深基坑支護型式選擇與施工內容

2.1 支護型式選擇

深基坑采用何種支護型式,一方面要深刻認識支護型式的特點,另一方面要根據工程周圍環境、主體工程地下結構型式、工程地質,本著經濟合理、安全可靠的原則進行選擇。

一般初選兩個以上方案進行費用估算,從技術經濟角度綜合考慮,最終選定安全可靠、經濟合理的支護形式。由于深基坑施工的特殊性,施工過程中存在大量的不可預見因素,這些因素都從不同的角度對基坑的施工設計提出較高的要求,從而增加基坑工程的施工措施,影響基坑工程的費用,因此選擇支護形式時應綜合考慮以下幾個方面:

第一,基坑工程的設計施工首先要求確保安全,方便施工,同時盡可能降低工程費用。基坑支護是基礎施工中一項臨時措施,不是永久性設施,因此設計的安全度不同于永久工程。但另一方面,深基坑施工和土方開挖,其難度和風險都很大,如無足夠的安全保證,其后果較為復雜和嚴重。因此設計安全度的選用對基坑工程的技術經濟效果有很重要的影響。設計中應按基坑工程的安全等級,選用相應的重要性參數,使基坑安全可靠、經濟合理。

第二,基坑支護是為基礎施工服務的,因此在滿足安全原則下,又要強調盡量方便土方開挖和地下室工程施工,使綜合施工費用最低。要解決好這個問題,關鍵是選擇好支護方案,設計前應進行多方案比較,在安全和現場條件允許下,僅可能采用自立式支護、拉錨式支護、水平拱圈支護、錨桿支護或以上支護與內支撐結合等方案,避免采用井格式支撐等密布復雜的支撐形式。

2.2 基坑支護的設計與施工內容

基坑支護設計中首要任務就是選擇合適支護型式,然后進行支護結構的計算分析,根據計算分析進行支護結構的設計,包括結構截面、支撐或錨桿尺寸、入土深度等。基坑支護設計一般包括以下內容:①支護的方案比較和選型②支護結構的強度和變形計算③基坑內外土體的穩定性驗算④圍護墻的抗滲驗算⑤降排水要求和降排水方案⑥確定挖土的工況以及挖土、運土的主要措施⑦監測的內容基坑支護施工,是根據設計要求,選擇正確的施工方法,采用相應的施工機械進行施工,關鍵是保證支護結構的質量,它關系到基坑支護的成敗。

基坑支護施工一般包括以下內容:①支護結構施工;②降低地下水;③基坑土方開挖。

3 地下連續墻施工工藝

水利工程深基坑施工主要包括降低地下水位與土方開挖施工、支護結構施工兩部分,目前采用的降水方法一般分為兩類:一是表面排水,二是井點降水,表面排水主要適用于滲水量不大的土,井點降水根據土的種類、地下水位高程,基坑壁支護方式等選用輕型井點、噴射井點、管井井點、深井井點排水方法。地下連續墻是水利工程基坑支護應用較多的擋土、擋水結構,其施工是深基坑支護成功與否的關鍵。

3.1 地下連續墻的分類與特點

按成墻方式的可分為:樁排式、槽板式、組合式;按墻的用途可分為:防滲墻、臨時擋土墻、永久擋土(承重)墻、作為基礎用的地下連續墻。按強體材料可分為:鋼筋混凝土墻、塑性混凝土墻、泥漿槽墻、鋼制地下連續墻。

地下連續墻的優點:施工時振動小,嗓音低,非常適于在城市施工;墻體剛度大,用于基坑開挖時,極少發生地基沉降或塌方事故:防滲性能好;可用作剛性基礎;工效高,工期短,質量可靠,經濟效益高。

地下連續墻的缺點主要有:在一些特殊的地質條件下(如很軟的淤泥質土,含漂石的沖積層和超硬巖石等)施工難度很大;如果施工方法不當或地質條件特殊,可能出現相鄰槽段不能對齊和漏水的問題;地下連續墻如果用作臨時的擋土結構,比其它方法的費用要高些;在城市施工時,廢泥漿處理比較麻煩。

3.2 主要施工方法

地下連續墻的施工過程為導墻施工、鋼筋籠制作、泥漿制作、成槽放樣、成槽、下鎖口管、鋼筋籠吊放和下鋼筋籠、下拔混凝土導管澆筑混凝土、拔鎖口管。

導墻施工

導墻一般采用C20混凝土,高出地面l Ocm左右,以防止地面水流入槽內;施工工序

平整場地——測量定位——挖槽及處理棄土——綁扎鋼筋一支模板——澆筑砼——拆模——導墻外側回填土。

泥漿拌制。泥漿的主要材料有:粘土、純堿、梭甲基纖維素(CMC)、水,用泥漿拌制設備進行制備,先將水加到1/3,再把CMC粉撒入,然后用軟軸攪拌器將大塊CMC攪成小顆粒,繼續加水攪拌。一般情況下泥漿攪拌后應靜止24h使用。

挖槽。挖槽是地下連續墻施工的主要工序,占整個施工工期的一半,提高挖槽施工效率是縮短工期的關鍵。控制槽孔的形狀和垂直度,是保證地下連續墻質量的關鍵。挖槽施工主要考慮單元槽段劃分。槽段劃分就是確定整個地下墻的每一個施工的單元長度,一般為4-8m,槽段長度的確定應綜合考慮以下因素。

地質條件當土層下穩定時,為防止槽壁倒坍,應減少單元槽段的長度,以縮短挖槽時間和減少槽壁在泥漿中暴露面。

地面荷載鄰近有較大的地面荷載時,為了保證槽壁的穩定,亦應縮短單元槽段的長度。

起重機起重能力槽段的鋼筋籠多為整體吊裝,應根據起重機起重能力估算鋼筋籠的重量和尺寸,以此推算單元槽段的長度。

單位時間內混凝土的供應能力一般情況下一個單元槽段內的硅,宜在4h內澆筑完畢,所以單元槽段長度=4h鹼的最大供應量/(墻厚X墻深)。

泥漿池的容積一般情況下,泥漿池的容積,應不小于每一單元槽段挖土量的兩倍,故泥漿池的容積亦影響單元槽段的長度。

清底。單元槽段開挖到設計標高后,要清除槽底淤泥和沉渣,一般采用壓縮空氣升液法、砂石吸力泵,排泥及潛水泵排泥等三種方式。常在槽段挖完后繼續進行泥漿的反循環作業,即用"換漿法"清底,也有的待土渣基本沉淀到槽底后再進行清底。

3.3 施工中要注意的問題

導墻的內墻面與地下連續墻的軸線不平行問題。由于導墻本身的不垂直,造成整幅墻的垂直度不理想。解決的措施主要是在進行導墻設計時要保證內外導墻面的凈距應等于地下連續墻的設計寬度加50mm。

導管拆卸的問題。在澆筑混凝土時,要根據計算逐步拆卸導管,但由于有些導管拆不下來或需要很多的時間拆卸,嚴重的影響了混凝土灌注。其解決方法為只要每次混凝土灌注完畢把每節導管拆卸一遍,螺絲口涂黃油潤滑。還應注意在使用導管時,防止導管碰撞變形,難以拆卸。

刷壁次數的問題。刷壁要求在鐵刷上沒有泥才可停止,一般需要刷2O次,確保接頭面的新老砼接合緊密,若達不到要求,可能造成兩幅墻之間夾有泥土,產生嚴重的滲漏,對地下連續墻的整體性也有很大影響。

參考文獻

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[2]余志成,深基坑支護設計與施工,北京:中國建筑工業出版社,1996.

[3]楊光華,深基坑支護結構的實用計算方法及其應用,北京:地質出版社,2004.