大口井法施工在木雙水文站水位臺基礎(chǔ)施工遇到流砂的應(yīng)用

韋祖紅

(梧州市水文水資源局，廣西 梧州 543002)

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大口井法施工在木雙水文站水位臺基礎(chǔ)施工遇到流砂的應(yīng)用

韋祖紅

(梧州市水文水資源局，廣西 梧州 543002)

木雙水文站水位臺基礎(chǔ)在水面以下5.5 m，基坑深5.84 m，基礎(chǔ)施工出現(xiàn)流砂和透水問題，逼迫施工單位回填已開挖的基坑，修改施工方案，最后采用了大口井法施工，即大直徑人工挖孔樁施工方法。介紹了大口井法施工過程和注意事項，與原設(shè)計的施工方案相比，大口井法施工具有安全可靠、費(fèi)用低、占地面積小等優(yōu)點。在水位臺的施工設(shè)計時，對基礎(chǔ)施工可能出現(xiàn)塌方、流砂、透水等問題，建議設(shè)計的施工方案采用大口井法施工。

大口井；水位臺；基礎(chǔ)；流砂；透水；施工

1 概述

1.1 工程概況[1]

該工程位于梧州市蒼梧縣木雙鎮(zhèn)東南側(cè)進(jìn)出口處，東安江右岸邊河上，東經(jīng)111°33′18.7″，北緯23°38′56.5″。工程上游10 km有西中水電站，下游3 km有東安江水電站，平時水位變幅小于0.50 m，歷年最高水位為23.80 m(假定高程，以下同)。水位臺地面以上高為17.0 m，測井井身高(從基礎(chǔ)面至橋面)18.60 m，基礎(chǔ)長×寬×高：6.0 m×4.4 m×1.7 m，基礎(chǔ)埋深為6.9 m，基礎(chǔ)以⑤強(qiáng)風(fēng)化砂巖作為持力層，基礎(chǔ)底高程為4.5 m，測井基礎(chǔ)平面布置圖和1-1(基礎(chǔ))剖面圖見圖1。

圖1 水位臺設(shè)計圖、工程地質(zhì)剖面圖、大口井設(shè)計示意(單位:尺寸mm,高程m)

1.2 工程地質(zhì)資料

根據(jù)工程地質(zhì)報告，該水位臺基礎(chǔ)位置的巖土層特征自上而下為：①素填土層，屬人工修路時堆填而成，黃褐色，成分主要為黏性土，層厚約1.9～10.1 m；②粉質(zhì)黏土層，層頂埋深約為1.9～7.7 m，鉆孔揭露厚度約1.7～3.0 m；③粗砂層，屬河流階地沖積層，粒徑大于0.5 mm的約占60%～70%，層面埋深約4.2～4.9 m，鉆孔揭露厚度1.6～1.7 m；④卵石層，層面埋深約為4.2～5.0 m，鉆孔揭露厚度1.0 m；⑤強(qiáng)風(fēng)化砂巖，層面埋深約為5.9～10.1 m。水位臺基礎(chǔ)位置的巖土層特征即工程地質(zhì)剖面圖見圖1。

1.3 施工現(xiàn)場資料

2015年3月23日，水位臺基礎(chǔ)基坑開挖施工，施工時水深超過4 m，水面寬度約為120 m，水量較大。25日上午完成基坑開挖的第一步，即按照設(shè)計的開挖坡度1∶0.6開挖放坡和修理好邊坡，并且平臺開挖至高程10.34 m。25日中午進(jìn)行基坑開挖的第二步，即從高程10.34 m的平臺向下開挖基坑，水邊離基坑小于3 m，水帶給基坑周圍的壓力很大，當(dāng)開挖深度至高程約7 m時，基坑外側(cè)的3面都出現(xiàn)流砂和透水情況，砂和淤泥很快涌滿整個基坑，且平臺里側(cè)上方高邊坡出現(xiàn)多處裂縫，若繼續(xù)開挖基坑，上方高邊坡有塌方隱患，逼迫施工單位回填基坑至高程10.34 m，停工，修改施工方案。

2 施工方案的確定

2.1 前期工作

由于基礎(chǔ)開挖過程中遇到流砂和透水情況，難以施工，為了查明建設(shè)場地基礎(chǔ)位置詳細(xì)地質(zhì)情況，2015年4月1日完成野外補(bǔ)充鉆探工作，得到以下數(shù)據(jù)：水位臺基礎(chǔ)位置的巖土層特征(從平臺高程10.34 m)自上而下為：①素填土層厚為2.20 m；②粗砂層厚為1.30 m；③卵石層厚為1.20 m；④強(qiáng)風(fēng)化砂巖層面埋深高程為5.45 m。

2.2 大口井法施工的確定[2-4]

經(jīng)研究，施工方案為：大口井法施工，即大直徑人工挖孔樁施工方法，詳細(xì)施工方案如下：從高程為10.34 m的平臺處做大口井井壁施工，基坑為圓形，井壁為圓形的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，大口井內(nèi)徑為水位臺基礎(chǔ)外切圓的直徑7.0 m，井壁鋼筋為雙排雙向Φ12@200，井壁厚度為0.5 m，第一節(jié)挖(人工或機(jī)械挖)深約1.0 m，安裝井壁鋼模板及井壁鋼筋，澆灌鋼筋混凝土井壁，以每一節(jié)作為施工循環(huán)向下施工，向下每節(jié)挖的高度看實際情況適當(dāng)調(diào)整到小于1.0 m，上下兩節(jié)井壁相接0.1 m以上，井內(nèi)的排水與井壁施工同時進(jìn)行，大口井平面布置圖和剖面圖見圖1。

大口井壁還能支撐基坑里側(cè)高邊坡，防止高邊坡繼續(xù)開裂，消除高邊坡和基坑四周塌方的安全隱患。

3 大口井法施工

3.1 施工過程[2,4]

1) 第一節(jié)井壁施工。2015年4月3日，施工單位按大口井法進(jìn)行第一節(jié)井壁施工，從平臺高程10.34 m用鉤機(jī)開挖圓形基坑，為防止基坑周圍的泥塌進(jìn)基坑，在基坑周圍打下φ75 mm、長2.5 m，間距為@300的鋼管樁作為支撐和加固，當(dāng)基坑挖至高程8.5 m時(已出現(xiàn)了流砂和透水情況)，就支外側(cè)木模板→綁鋼筋(雙排雙向，Φ 12@ 200)→支內(nèi)側(cè)鋼模板→搗制C 25混凝土做井壁，施工過程見圖2，至4月6日，第一節(jié)井壁搗制完成，井壁高1.3 m。4月7日，拆木模板后給井壁四周回填泥。

圖2 第一節(jié)井壁施工

2) 第二節(jié)井壁施工。2015年4月9日，拆井壁內(nèi)側(cè)鋼模板，用鉤機(jī)挖基坑，按第一節(jié)井壁的施工工序進(jìn)行第二節(jié)井壁的施工。第二節(jié)開挖至高程8.0 m時，基坑內(nèi)出現(xiàn)流砂和透水現(xiàn)象，使用4臺抽水機(jī)實現(xiàn)有效降水。4月15日，第二節(jié)井壁搗制完成，井壁高0.9 m，兩節(jié)井壁高2.2 m，兩節(jié)井壁相接0.4 m(見圖3)。

圖3 第二節(jié)井壁施工

3) 施工第三節(jié)井壁。4月17日，對基坑內(nèi)降水后，拆井壁內(nèi)側(cè)鋼模板，繼續(xù)向下挖基坑，預(yù)備進(jìn)行第三節(jié)井壁的施工時，施工員發(fā)現(xiàn)水、砂和泥從第二節(jié)井壁底部透進(jìn)基坑減少了很多，使用兩臺抽水機(jī)即可有效降水，不必施工第三節(jié)井壁即可直接向下開挖基坑。20日，基坑開挖到設(shè)計高程4.5 m，基坑深度為5.84 m，基坑底部在水面以下5.5 m。之后便可按施工計劃進(jìn)行施工，最終順利完成水位臺的建設(shè)。

3.2 施工成功分析[2,4]

施工兩節(jié)井壁(即井壁高2.2 m)后，基坑底部多為卵石與粗砂混合，純粗砂分布面積較小，向下砂的含量逐漸減少，此時，不需施工井壁，可直接向下開挖基坑的原因分析如下：

1) 碾壓基坑四周的泥土，提高泥的密實度。在井壁施工過程中，要在基坑內(nèi)抽水降水(水中含有砂)，井壁四周的砂逐漸流進(jìn)基坑并減少，此時，用挖土機(jī)不斷地碾壓基坑四周的泥土，提高泥的密實度，并使泥不斷下沉填充砂流走所產(chǎn)生的空隙，井壁四周的砂逐漸被泥替換，碾壓過程見圖2和圖3。

2) 加大水邊與基坑的距離，減小水對基坑四周的壓力，減小砂的流動力。把之前放坡開挖的泥和從基坑內(nèi)挖出的泥都堆到基坑平臺外側(cè)，使平臺向河里擴(kuò)展，形成約20 m寬的土圍堰，結(jié)果見圖2和圖3，基坑與水邊的距離由原來的不足3 m到約20 m。

3) 大口井壁發(fā)揮了作用。大口井壁穩(wěn)穩(wěn)地支撐基坑外側(cè)的泥土，使基坑四周的泥土不再塌方反而穩(wěn)定，泥土防止水滲透進(jìn)入基坑。

3.3 施工注意事項

1) 大口井的牢固性。為把基坑四周泥土對大口井壁每個部位的壓力平均化，并提高大口井自身的抗壓力，大口井必須做成孔形，即圓形，且材料用鋼筋混凝土。

2) 保證高邊坡的穩(wěn)定性。施工大口井壁前需根據(jù)邊坡土質(zhì)情況，按設(shè)計開挖放坡和修理好邊坡，減少基坑上方高邊坡的泥土對大口井壁的壓力，保證大口井的安全。

3) 確定井口平臺的高程。由于水位變幅為0.50 m，井口平臺的高程比水位最大變幅高程高0.3 m即可。

4) 安全施工。向下施工井壁的高度和速度必須根據(jù)井壁的安全情況而定，高度適當(dāng)調(diào)整到小于1.0 m。

3.4 施工的優(yōu)、缺點

1) 施工費(fèi)用少。大口井法施工費(fèi)用為49 020.93元，具體費(fèi)用內(nèi)容見表1。原設(shè)計方案施工費(fèi)用為67 131.61 元，具體費(fèi)用內(nèi)容見表2，該費(fèi)用不含處理基礎(chǔ)施工時遇到流砂、透水和可能造成基坑上方高邊坡塌方所發(fā)生的費(fèi)用。經(jīng)對比，水位臺基礎(chǔ)開挖采用大口井法施工比原設(shè)計方案施工費(fèi)用少18 110.68元。

表1 大口井法施工費(fèi)用

表2 原設(shè)計方案施工費(fèi)用

2) 施工占地面積小。大口井法施工是在井內(nèi)垂直向下開挖基坑，與原設(shè)計的施工方案比較，施工占地面積小，開挖出來的土方少，用于堆放土方的場地面積就小。

3) 青苗補(bǔ)償費(fèi)用少。水位臺四周是竹林和樹木，施工占地面積小了，須砍伐竹林和樹木就少，青苗補(bǔ)償費(fèi)用就減小，也減少和農(nóng)民協(xié)商青苗補(bǔ)償?shù)膯栴}，為水位臺的順利建設(shè)提供很大的保障。

4) 施工安全可靠。大口井壁即為基坑的護(hù)壁，消除深基坑四周塌方的安全隱患，施工過程安全可靠。

5) 施工工期較長。井壁為圓形鋼筋混泥土護(hù)壁，施工完一節(jié)井壁后須按混泥土養(yǎng)護(hù)要求養(yǎng)護(hù)，且確保安全，才能施工下一節(jié)井壁，工期較長。

4 結(jié)語

大口井法施工在木雙站的成功實施，證實了大口井法施工是可以解決水位臺基礎(chǔ)施工遇到流砂、透水及塌方問題，與原設(shè)計的施工方案相比，具有安全可靠、費(fèi)用低、占地面積小等優(yōu)點。針對水位臺的建設(shè)，建議如下：

1) 水位臺的建設(shè)(或設(shè)計)選址時應(yīng)做地質(zhì)勘察試探工作，如試探位置水面以下有1.0 m以上的砂層，應(yīng)另選水位臺的建設(shè)地址。

2) 在非汛期(4 — 9月為汛期)到來前完成水位臺的施工設(shè)計、招投標(biāo)等前期工作，保證能在水位較低時按計劃進(jìn)行施工。

3) 施工前充分調(diào)查歷年最低水位的時間段和最低水位，了解上、下游水電站和水庫等工程運(yùn)行情況，以便做工程的施工方案和計劃。

4) 在水位臺的施工設(shè)計時，可根據(jù)現(xiàn)場地形、地質(zhì)報告、水位等資料，對基礎(chǔ)施工可能出現(xiàn)流砂、透水、塌方時，建議設(shè)計的施工方案采用大口井法施工，避免在基礎(chǔ)施工時，遇到流砂、塌方、透水等危險情況，影響了水位臺的建設(shè)、投資和運(yùn)行使用。

[1] 水位觀測平臺技術(shù)標(biāo)準(zhǔn):SL 384—2007[S] .

[2] 建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程:JGJ 120—99[S].

[3] 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程:GB 50010—2002[S].

[4] 建筑樁基技術(shù)規(guī)范:JGJ 94—2008[S].

(本文責(zé)任編輯 王瑞蘭)

Application of Open Well Construction in Mushuang Hydrologic Water Base Construction under the Condition of Sand Flow

WEI Zuhong

(Wuzhou Hydrology and Water resources Bureau，Wuzhou 543002，China)

Mushuang hydrologic water base is under the surface of 5.5 m, and foundation pit depth is 5.84 m. Flow sand and water problems occur in foundation construction, which forcing construction organization to backfill foundation pit with excavation, to modify the construction schemes. Finally, large diameter well construction method is applied to construction, namely, large diameter artificial dig-hole pile construction method. Open well method construction process and the matters needing attention are introduced. Compared with the original design of the construction scheme, Large diameter well construction method is safe, reliable, low cost and small space, etc. Possible landslides, flow sand, seepage problems may occur while water base constructing, so the method of large diameter well construction is suggested in design.

open well； water table； basis； sand flow；permeable；construction

2016-09-04;

2016-09-30

韋祖紅(1980)，男，本科，工程師，從事水文工程建設(shè)管理和水文監(jiān)測工作。

TU753.6

B

1008-0112(2016)09-0032-03