水利水電工程中基坑開挖與支護技術的創新與應用

雒貴亮

（浙江省第一水電建設集團股份有限公司，浙江 杭州 310000）

在水利水電工程中，基坑開挖及支護是重要的工作內容，開挖與支護水平可直接影響到工程建設全過程的經濟效益、安全效益。由于施工現場地質環境較為復雜，在基坑開挖及支護環節應結合實際情況完善技術方案內容，做好前期技術調研工作，避免設計方案及現場存在較大沖突。加強基坑開挖與支護期間管控力度，構建高素質施工團隊，規范化操作施工設施，將施工期間的風險問題控制在源頭。

1 工程概況

本文以某地區一水庫泵站工程為例，該泵站安裝了三臺潛水排污泵，泵體的揚程值分別為50m、70m、75m，功率分別為132kW、85kW 與220kW。施工現場地面絕對標高值為163m，基坑墊底底面的相對標高值為-13m，總開挖高度為-13m。施工現場地形較為平緩，整體呈現出南高北低的特征，平均高程值為163m。由于基坑施工范圍較大，在開挖環節需使用長臂挖掘機，基坑內設置鋼管橫撐，分兩次澆筑混凝土。在澆筑到適宜高程后回填基坑土方，拆除鋼管橫撐并再次澆筑混凝土結構。

2 水利水電工程基坑開挖與支護特征

水利水電工程基坑施工工作會受地形地貌、周邊環境等因素影響，難以進行大規模開挖，開挖及支護環節面臨的風險因素較多。第一，基坑開挖支護屬于臨時結構，建設期間存在較大風險。基坑施工全過程應采用必要監測手段，由施工單位上傳應急處理預案，將安全事故影響范圍控制在最小。第二，坑開挖支護的區域性強，因建設現場地質環境存在一定的差異，具體施工期間應遵循因地制宜原則，結合實際情況選擇合理支護手段，確保支護工作始終處于有序實施狀態。第三，基坑開挖支護的關聯性較強，在施工環節會對周邊建筑物、地下管線造成一定的影響[1]。因此，在制定開挖與支護方案期間，管理部門應遵循相鄰建筑物安全管理規范，對施工技術方案進行進一步完善。第四，基坑開挖支護的綜合性強，工程實施與管理全過程涉及結構力學、土力學、水利工程結構等內容，對施工及管理人員的專業技能要求更高，應在工程實施環節開展人員專業培訓工作，構建專業施工團隊，保障施工工作順利開展。第五，基坑開挖與支護工作的造價高、施工周期長。基坑施工技術相對復雜，涉及工程面廣，在質量及安全管理工作環節需投入大量的人力與物力資源，應在制定施工技術方案環節比選方案內容的經濟適用性。基坑開挖與支護需經過基礎開挖、隱蔽工程驗收、基坑回填等流程，花費的時間更多，施工環節會面臨降雨、周邊堆載、震動等情況，安全事故常具備突發性。

3 水利水電工程基坑開挖及支護準備工作

3.1 現場準備

在水利水電工程設計工作開展過程中，需要對現場水文、地質與地下管線情況進行詳細勘察，結合基坑支護結構數據分析結果，選擇適宜的地基基礎結構。施工單位負責嚴格審核施工圖樣，明確施工現場標高數據以及結構位置，對施工圖紙進行不斷優化，派遣專業人員研究場地管線。綜合分析調研報告內容，在審批通過后，才可進入正式施工環節。對場地進行供水及供電線路的設計，合理安排施工材料及設備進場路線。結合工程實施環節的用水需求、天氣因素等針對性完善方案內容，保障工程施工工作有序開展。

3.2 人員準備

在水利水電工程基坑施工過程中，施工人員專業水平也是項目管理的重要內容，需要明確施工期間的責任、技術及安全管理規范，通過協調各成員工作關系，確保施工期間的各項職責及任務能夠更好地落實。深化施工檢測機制，保障基坑施工工作高質高效開展。

3.3 技術準備

了解基坑開挖技術實施概況，確定工程施工技術規程及質量要求。了解圖紙并掌握規范內容，將制定的施工方案報監理審批，作為后續工程施工重要依據[2]。由管理人員做好書面安全、技術交底工作，對基礎內容進行簽認。標定基坑開挖邊線，確定土方堆放場地及運土路線。

3.4 材料及物資準備

結合施工組織設計與預算供貨計劃進行材料及物資準備，配備基坑開挖支護所需的水泵、水管、電線及發電機等設備。建設完善的臨時防護設施，對設備進行認真布局，確保各項防護工作有序開展。對施工設備及材料進行認真檢查，不合格的材料應禁止進入施工現場。

4 水利水電工程基坑開挖

4.1 開挖方法

結合案例工程施工現場具體條件及施工要求，施工段開挖深度為13m，在開挖過程中應減少地表水的抽排量，避免邊坡受地表水過度侵蝕。由于現場存在土方、石方兩種結構，在開挖環節也需采用不同的施工手段，預留200mm 的保護層。

4.2 開挖原則

基坑開挖工作前，施工人員應做好定位、放線、基準點引測工作，確保開挖環節有序實施。在開挖過程中遵循分層分段、限時支護原則。將開挖期間的土地變形量控制在最小范圍內。基坑開挖應當遵照設計規程設置分層開挖深度，每區域開挖面的長度不得超過12m，自然放坡段的開挖深度不得超過2m。

4.3 土方開挖

土方開挖工作應由上至下分層開展，不得使用倒懸開挖手段。兩側邊坡應預留垂直的臨時路面邊坡保護層。在保護層開挖環節使用240 挖掘機與20 噸自卸車。借助反鏟削坡、人工輔助房產整修邊坡的方式，確保邊坡始終處于平整狀態，增強邊坡的穩定性。邊坡明挖過程中，如出現裂縫、滑動情況應立即停止，要求施工人員快速撤離現場，結合邊坡開裂情況制定應急處理方案。

4.4 石方開挖

石方開挖多使用自下而上分層開挖、噴錨支護、梯段爆破等手段。逐層爆破開挖工作應結合設計規范及具體施工要求，配合使用分層開挖、梯段支護方式，梯段的開挖高度應控制在6m～10m。結合工程地質情況，發現邊坡結構為薄層順下坡，局部可降低梯段高度并減少爆破藥量。在支護工作沒完成，受開挖卸荷、爆破振動及巖層切腳作用力影響，導致巖體局部不穩定時可以使用臺階分層爆破開挖。

5 水利水電工程基坑支護技術手段

5.1 鉆孔灌注樁支護技術

（1）要求應用在水利水電工程鉆孔灌注樁施工期間的測量設備均需要經過檢測單位鑒定以及認證，在施工前結合建設單位提供的控制網展開同等級復測，認真做好施工測量環節的檢查及復測。（2）鋼護筒埋設后應使用GPS 測量技術對鋼護筒進行平面測量，鋼護筒的項口處均勻測量三點，利用三點共圓原理計算出鋼護筒中心位置，與設計樁位坐標比較，確定樁位平面偏差。（3）設置鉆樁平臺時應當首先確定樁位點，鋪設枕木、鉆架平臺以及鉆架。鉆架到位后設置平面位置，做好垂直度的定位檢測，將檢測數據記錄在案。（4）護筒埋設前需要根據業主方提供的控制點精準測量出樁位，在鉆孔周邊設定4 個定位樁矯正樁位[3]。將定位樁埋設在鉆孔中心位置，應當使用挖填方式，配合使用人工挖孔手段，在預定裝備掘進到指定深度后才可以埋設護筒。護筒的埋設深度應當結合樁位的水文地質情況確定。（5）循環泥漿在泥漿池中還需要對泥漿的指標進行檢測，泥漿應每隔三個小時檢測一次，主要檢測泥漿池回流泥漿指標。結合泥漿檢測情況以及鉆孔情況，可以適當加入羧甲基纖維素或者膨脹劑。（6）清孔工作應當在鉆孔完畢實施。配合使用清孔手段，將鉆進設備提升至距離孔底適當距離處空轉，使泥漿能夠實現正常循環，去除密度較大的泥漿與鉆渣，確保泥漿指標與設計要求相符。（7）鋼筋籠環節還需要結合鉆孔灌注樁的施工特征，分段制作鋼架結構，在鋼筋籠安裝過程中還需要著重考慮到吊裝條件，盡量減少分段的段數。（8）壓漿環節應當配合使用超聲波檢測技術手段，做好孔道準備工作，對壓漿進行控制。壓漿環節需要實施壓漿量以及壓力雙控，分三批連續從壓漿壓入。

5.2 高壓旋噴樁

（1）高壓旋噴樁主要就是利用高壓旋轉噴嘴設施，將水泥漿液噴入土層中，與土體結構充分混合，在基礎結構處生成連續搭接的水泥加固體。相較于其他基坑支護結構而言，高壓旋噴樁施工期間的占地面積較小、噪聲低，建設成本相對較高。（2）高壓旋噴注漿材料主要為水泥、水等，在必要情況下還是要加入少量的外加劑。高壓噴射注漿水泥品種與水泥標號應該結合施工環境及工程需求確定，通常為硬度等級是42.5級的普通硅酸鹽水泥。水泥應當符合嚴格的質量標準，運輸到施工現場后縮短存放時間，不得使用過期或受潮結塊的水泥。（3）高壓懸噴樁施工前應當整平場地，清理地面及地下可移動障礙，避免出現施工機械設備失穩情況。設置施工臨時設施、臨時房屋及材料庫，配備廢水、廢漿處理與回收系統[4]。（4）高壓旋噴注漿需要首先分排孔進行，每排孔應分工序施工。在單孔噴射不會影響鄰孔的情況下，可依次進行施工。鉆機的主鉆桿需要對準孔位，用水平尺測量機體水平值、立軸垂直度，將鉆機墊平牢固。

5.3 SMW 工法樁

為避免水利水電工程施工期間出現邊坡松散、滑塌、溜坡等問題，還可以使用SMW 工法樁。SMW 工法樁需使用多軸型鉆掘攪拌機，對現場進行鉆掘。利用鉆頭處噴出的水泥強化劑與地基土進行反復攪拌，在各施工環節使用重復大跌方式。將H 型板或者鋼板插入沒有凝固的水泥土中，作為應力補強材料，形成具有一定強度、剛度、連續完整的地下墻體。SMW 工法樁需首先開挖導溝，放置導軌，設置施工標識。正式施工時開展鉆掘與重復攪拌。在沒有充分凝結的水泥材料中插入并固定應力補強材。相較于其他基坑支護方式而言，SMW 工法樁不會影響到周邊土體，避免基坑開挖產生臨近地面沉降、房屋傾斜、道路裂損以及地下設施位移等情況。SMW 工法樁的施工工期較短，施工期間的廢土外運量比其他工法更少。

5.4 基坑降排水

基坑開挖工作開展前需要根據地質勘查結果控制地下水位，使用排水固結方式使基坑結構強度達標，增強基坑整體的水平抗力，避免基坑結構出現變形問題。保障基坑結構的穩定性能，控制基坑底部隆起情況。基坑降水環節還需要增加滲井，檢查鄰近建筑工程與地下管線，做好灌水處理工作[5]。基坑開挖工作實施環節，在開挖面低于地下水位基坑或者溝槽的情況下，地下含水層被切斷，地下水會不斷滲入坑中。基坑排水期間的工具主要包括電動水泵、機動水泵、真空及虹吸泵等。在選擇水泵種類的情況下，水泵的排水量需要為提供流水量的1.5～2 倍。在基坑涌水量較小的情況下，也可以使用提水桶、水龍車或者水搖泵。基坑、溝槽開挖時的地下水位下降方式較多，常見方式為開設明溝、設置集水井。

6 水利水電工程基坑開挖與支護監測技術

6.1 基坑監測

借助永久及臨時結合方式，對內部變形監測進行斷面布置。判斷錨桿應力變化情況、高程值變化情況，分析周邊結構的位移量。監測爆破振動量，依照衰減規律經驗公式、爆破振動速度傳播速率，獲得爆破振動衰減規律，為開挖爆破工作提供重要技術指導。

6.2 物探檢測

在邊坡開挖環節設置長觀孔、變模孔與聲波孔，作為物探檢測對象。全部檢測孔的全孔段聲波為4000m/s～6000m/s，基建面下方3m為邊坡爆破松弛破壞的集中地，巖體結構的完整性差，容易出現巖體破碎及裂縫發育問題。其他孔段的掩體完整性較好，孔壁光滑。借助物探檢測方式，能夠對開挖期間的數據進行進一步優化，有效改善開挖工藝。

7 總結

在水利水電工程基坑開挖支護工作開展過程中，管理部門應積極引進先進技術手段，結合施工現場具體情況完善方案內容。做好基坑開挖支護期間的監管工作，制定切實可行的應急預案，確保基坑開挖與支護工作始終處于有序實施狀態，增強水利水電工程建設全過程的綜合效益。