水利樞紐船閘工程深基坑施工技術

◎ 魯昀 中交四航局第三工程有限公司

深基坑施工作為水利樞紐建設項目工程中的重要工序，其施工質量與整個工程的整體質量與運行安全具有直接關系。相比于其他建設工程，船閘工程所處區段的地質條件較為特殊，周邊構筑物結構復雜，且存在很多例如開挖深度、支護結構及降排水等影響因素，這些均會加大施工難度與延長施工期。為此，在水利樞紐船閘工程的建設中，需要綜合考慮各方面的影響因素，結合實際施工條件，設計深基坑施工工藝，從而高質量地完成深基坑施工流程。根據以上分析，文中基于西津水利樞紐二線船閘工程，開展深基坑施工技術的研究，為工程中的施工項目的順利進行與工程質量提供保障。

1.工程概況

西津水利樞紐二線船閘工程地處廣西橫縣，樞紐橫跨兩島三江，根據建筑物等級劃分標準，該工程屬于一級建筑類別，最大船舶等級按照3000 t 設計，通航船型多為貨船與大質量集裝箱船舶，頂推船隊最大為4x4500 t 級，中央船閘體積為280x34x5.8m，上游最高與最低通航分別為26.3m和18.4m。二線與三線船閘屬于二級建筑物類別，洪水設計與洪水校核設計分別為100與3000年一遇。上下閘首、閘室設計尺寸為230x23x4m，采用分離式設計結構，閘首兩側的邊墩以船閘為中心線呈對稱布置。

由于建設的船閘位置位于華南加里東地槽褶皺系的西南部地區，這一地帶屬于容易被水力、風力與重力侵蝕的地形地貌，受人為影響比較大。根據一線船閘開挖資料顯示，工程擬建場地多分布于斷層破碎帶，包括碎裂巖、風化巖與泥質白云巖組成，按產狀延伸至閘首東北角。船閘本體段區域巖體呈裂隙發育，巖體向流域兩岸延伸，最大厚度為10.2m，陡壁傾斜角為12.3°，巖層產狀，整體走向為由西南向東北。因為該工程地處亞熱帶區域，故地下水水位較高，平均為-45.8m，且為管道水，建基面位于地下水位-24.3m處，發育狀況良好。

對于該工程項目來說，建設工程中需要進行的施工工序較多且復雜，并存在多個項目同時施作的情況，另外，數據庫開挖深度較大，開挖工程量較重，根據地質勘察顯示，整個施工期需要開挖土石方總量為609萬m3，主要工程數量多達二十幾個，對施工人員的技術水平提出了要求。因此，需要嚴格根據施工要求與設計標準制定深基坑施工工藝，根據方案開展施工流程，最大限度提高工程安全性。

2.施工準備

2.1 基準點布設

基準點位置的設置在很大程度上決定了施工進度。施工前，要求專業施工人員根據工程要求測量基準點。一般情況下，布置基準點最適宜的位置為船閘的兩側，這樣既不會影響后續施工的進行，也便于施工過程中的質量監測[1]。施工人員應根據閘室的具體位置，對基準點進行測量放線，并統計每次的放線位置，最終參照設計圖確定基準點位置，之后由專業人員進行檢查并驗收，驗收無誤后，即可布置所有基準點。在施工過程中，還應定期對基準點位置進行調整，保證在整個作業期間，基準點都能保證觀測的準確性。為便于識別基準點，以避免對其造成損壞，需要在基準點位置設立標識牌，進而保障施工效率。

2.2 土石方調配

參照建設目標，整個過程在深基坑開挖施工中對于土石方的開挖工程量較大，使得后期填土與棄土的質量較多，故有必要對土石方的開挖與運移進行合理調配[2]。設計深基坑開挖工程量表，如表1所示。

表1 深基坑開挖工程量表

工程中首次開挖出的土方，根據駐地填筑要求，利用運輸小車運至攪拌站進行回填處理，之后開挖的土方根據調配計算表分批次運至駐地及攪拌站。運往不同地點的土方質量不應相差過大，同時要隨時關注土方的松動情況。主基坑開挖，要嚴格控制開挖速度，保證其與船閘施工進度一致。

3.深基坑施工工藝流程

考慮到主體段施工區域內容多、工作量大，為保證施工過程中的安全和深基坑支護的穩定性，根據現場地質條件和船閘結構，本工程擬采用混凝土網格護坡的聯合支護形式。深基坑施工示意圖如圖1所示。

圖1 深基坑施工示意圖

整個船閘工程開挖土方量為609m3，其中船閘主體中段的土方量為總量的1/3，該部分需要開挖的土地面積較大，故采用挖掘卡車等施工器械進行開挖工作；相比之下，砂石部分的開挖土方量為總量的1/6，工程量較小，采用自卸車進行開挖[3]。在施工過程中，為加強深基坑組合支護的安全性和工程所在區域原有邊坡的穩定性，同時防止在開挖過程中出現水土流失情況，工程的深基坑施工技術采用高壓旋噴樁加固，并在坡腳設置護腳。工藝流程包括纜索吊裝布置、錨桿施工、連續墻挖槽、降排水施工和深基坑開挖施工，具體工藝流程描述如下。

3.1 巖土爆破

根據現場地質勘查結果，項目所在區域存在大面積的強風化巖層，占總量的90.1%，其中摻雜少量弱風化巖層，因此，工程巖土爆破主要針對強風化巖與弱風化巖進行。為加快爆破效率，采用“孔內同段，孔外微差”的網絡連接方式，逐孔起爆。考慮到爆破振動容易對周圍施工人員及構筑物的影響，將爆破振速控制在2.0 cm/s以內[4]。選用直徑為70mm、單管藥量為3000克的二號巖石乳化炸藥，使用專用導爆管器進行起爆。分別在邊坡開挖線沿線及河岸內側沿線布置一排預裂爆破孔，孔間間距根據現場邊坡效果減小適當調整，采用微差起爆方式進行引爆，爆破結束后應將預留巖體和基坑底部渣料全部運出。

3.2 基坑開挖

該工程深基坑開挖工序包括船閘主體段開挖、下游引航道開挖與下游門口區開挖，具體施工流程如下。

船閘主體開挖。左側開挖預留坎的上游面為一線船閘上游引航道開挖的右側邊坡，背面為二線船閘進水口和主通航墻開挖的左側邊坡。進水口開挖左側邊坡為滿足建筑物開挖和圍堰擋水要求，需采用高壓旋噴樁加固，樁徑0.8m，排距1.2m，開挖坡比1:1.3。由于預留底坎的擋水和邊坡穩定性問題，需要開挖兩次。二次開挖預留底坎的擋水水位可降至正常水位62.12 m。

下游引航道開挖。為縮短圍堰填筑邊坡長度，提高圍堰穩定性，在上游面堆放鋼筋石籠，采用壓載土填筑，下游面填筑坡比為1:1.75。為最大限度減少圍堰填筑對一線船閘閘室側墻的影響，船下樁號0+275.00～0+420閘首開挖邊坡采用高壓旋噴樁加固，樁徑0.8m，排距1.2m，開挖坡比1:1.3。10#～14#主通航墻由于預留底坎擋水和邊坡穩定性問題，需要二次開挖，1#～3#靠船墩由于主斷面下游橫向預留底坎的壓力同樣需要二次挖掘。

下游門口區開挖。開挖坡比為1:2.0，土石圍堰采用開挖的土石混合料填筑，上下游水面填筑坡比為1:2，頂寬6.0m，縱向填筑段圍堰軸線長約662m。上游側坡腳采用鋼筋石籠和大型石壓腳，下游側堰腳處開槽。模板袋混凝土埋在槽內，并設置混凝土壓腳。由于汛期基坑溢流，圍堰縱斷面樁號1+675.00～1+725.00處設置50 m 長的充水間隙，缺口頂部高程為45.0 m，高程為45.0 m～47.5m，用袋裝粘土填充。

3.3 混凝土網格護坡施工

本工程屬于大體積混凝土施工部位較多的項目，因此對混凝土終凝后的抗壓強度和噴射厚度的控制具有較高要求。混凝土施工選用C25混凝土網格混凝土作為主要原料，主要設備為1座HL240-2S3000L型強制式攪拌樓和1座HZ120-2S2000L型強制式攪拌站，根據設計要求，混凝土外加劑參量參照膠凝材料的0.7%計算，減水劑配液濃度按照20%計算，減水劑為粉狀的袋裝原材料。匯聚項目施工要求，采用合理配比對混凝土進行攪拌，拌制完成后進行混凝土澆筑工作[5]。

混凝土泵布置在需要澆筑混凝土的渠道伴渠路路頂，從拌和機口經攪拌車運輸送入混凝土泵機口然后直接泵壓送至灌注口，必須及時攤鋪模袋后使混凝土連續注入，灌注壓力不小于0.4Mpa。可借助模袋充填自下而上進行充灌，若一次充灌不滿，打開備灌口補充。混凝土施工過程隨時用探針檢測混凝土厚度，保證混凝土終凝后的厚度符合設計要求。另外，為防止充灌時產生爆袋事故，應安排人員對排體進行釬插檢查，確保充灌質量。

3.4 降排水施工

考慮到工程地下水水位埋藏較深，對深基坑的開挖存在不利影響，因此，在基坑開挖之前，應做好工程深基坑的降水排水工作，將水位控制在設計范圍內。本工程的基坑降排水主要采用導溝排水方法，將土層水、降水與工程廢水引入基坑周邊的導流溝中，并利用高壓水泵泵送至集水井內。在導流溝開挖過程中，要嚴格控制開挖深度，保證其始終在開挖面以下，且寬度不得超過1.5m，高度不得高于2.0m，管溝的坡度與工程自然邊坡一致，集水井的深度在1.5～2.5m之間為宜。

為提高集水井的抗壓強度，管溝開挖完成后，在坑底鋪設粒徑在0.35mm左右的粗礫石，平均厚度大約為25cm。在每個集水井井口處配置1～2臺6英寸的泥漿泵。當管溝中的水抽到集水井中時，安排專業人員對地下水位的變化進行監測，當水位控制在1.00～1.20m后，即可進行深基坑開挖。

4.施工效果分析

水利樞紐船閘工程深基坑施工全面完成后，為檢查施工效果是否達到預期要求，對數據庫支護質量進行監測，監測內容主要為深基坑變形情況。根據前文基準點布設要求與原則，采用自動化便攜式探測儀對深基坑各個觀測點進行監測，記錄深基坑在施工過程中的沉降值。根據施工方案設計要求，施工觀測期內的深基坑沉降量的控制標準，以此為監測指標，分析該施工技術的可行性。監測結果見圖2。

圖2 深基坑沉降量監測結果

如圖2所示，對深基坑施工進行為期13d的觀測可以發現，深基坑在施工前7d內其沉降速率逐漸變大，在第7d后達到穩定值，其中最大沉降值為12.4mm，在工程設計的控制目標內。施工監測結果表明，設計的深基坑施工技術應用于水利樞紐船閘工程建設中是合理可行的。

5.結束語

本文設計的施工方案，針對水利樞紐船閘工程基坑開挖深度大、地下水位高、工程量大等特殊施工條件，能夠有效降低地下水位、保證基坑邊坡穩定性。該施工技術施工流程簡單、效率高，經基坑沉降監測表明，此方法在水利樞紐船閘工程深基坑施工做的應用效果良好，滿足實際應用需求。