水利施工過程中深基坑支護(hù)設(shè)計技術(shù)應(yīng)用研究

摘要：深基坑支護(hù)設(shè)計是水利工程施工中一項重要的技術(shù)環(huán)節(jié)，涉及基坑開挖過程中的土體穩(wěn)定性保障和對周邊環(huán)境的保護(hù)。對此，探討水利施工過程中的深基坑支護(hù)設(shè)計技術(shù)，主要分析數(shù)值模擬技術(shù)、智能監(jiān)測與信息化管理、環(huán)境友好型支護(hù)材料與施工方法、自動化與智能化施工等技術(shù)在支護(hù)設(shè)計中的應(yīng)用，并結(jié)合實際案例進(jìn)行深入分析，提出針對水利工程深基坑支護(hù)設(shè)計的技術(shù)改進(jìn)與創(chuàng)新策略。

關(guān)鍵詞：水利施工" 深基坑" 支護(hù)設(shè)計" 技術(shù)研究

Study on Design Technology of Deep Foundation Pit Support During Water Conservancy Construction Process

WEI Zhouhua

Yongdeng County Irrigation Area Field Engineering Construction Management Office， Lanzhou， Gansu Province， 730300 China

Abstract： The design of deep foundation pit support is an important technical link in hydraulic engineering construction， involving the guarantee of soil stability during excavation and the protection of the surrounding environment. This article explores the design technology of deep foundation pit support in the process of water conservancy construction， mainly analyzing the application of numerical simulation technology， intelligent monitoring and information management， environmentally friendly support materials and construction methods， automation and intelligent construction technology in support design. Combined with practical cases for in-depth analysis， technical improvement and innovation strategies for deep foundation pit support design in water conservancy engineering are proposed.

Key Words： Water conservancy construction; Deep foundation pit; Support design; Technical study

在水利工程建設(shè)中，深基坑支護(hù)設(shè)計是關(guān)鍵技術(shù)之一，承擔(dān)著保障基坑開挖過程中土體穩(wěn)定、周邊環(huán)境安全與施工順利開展的重要任務(wù)。隨著地下水位變化復(fù)雜、土壤條件不均勻的區(qū)域，深基坑支護(hù)的設(shè)計面臨著日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。深基坑支護(hù)不僅要求具備高效的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，還需要兼顧施工安全、環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟可行性。因此，如何在不同土層、復(fù)雜水文條件下，優(yōu)化支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工與監(jiān)測，已經(jīng)成為當(dāng)前水利工程領(lǐng)域的重要研究課題。

1支護(hù)方法[2]"與類型

1.1支護(hù)方法選擇

在水利工程施工中，深基坑支護(hù)技術(shù)的選擇是確保施工安全和工程質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。支護(hù)方法的選擇應(yīng)基于地質(zhì)條件、基坑深度、周邊環(huán)境和經(jīng)濟技術(shù)條件的綜合評估。常見的支護(hù)技術(shù)包括懸掛式支護(hù)、內(nèi)支撐、圍護(hù)結(jié)構(gòu)等。在地質(zhì)條件較差或基坑較深的情況下，懸掛式支護(hù)可以提供較強的側(cè)向穩(wěn)定性，而內(nèi)支撐系統(tǒng)適用于鄰近建筑物密集或地下設(shè)施復(fù)雜的城市區(qū)域，能夠有效控制基坑的側(cè)向位移和底部隆起。此外，圍護(hù)結(jié)構(gòu)如鋼板樁、混凝土擋墻等，具有良好的防水性和穩(wěn)定性，適合于水位較高的地區(qū)。在技術(shù)選型時，還需要考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工工藝與步驟，如鋼支撐安裝、梁板結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑等，以確保整個支護(hù)體系的安全性和功能性。1.2深基坑支護(hù)技術(shù)分類

在水利工程施工中，深基坑支護(hù)技術(shù)的選擇是確保施工安全和工程質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。支護(hù)方法的選擇應(yīng)基于地質(zhì)條件、基坑深度、周邊環(huán)境和經(jīng)濟技術(shù)條件的綜合評估。常見的支護(hù)技術(shù)包括懸掛式支護(hù)、內(nèi)支撐、圍護(hù)結(jié)構(gòu)等。在地質(zhì)條件較差或基坑較深的情況下，懸掛式支護(hù)可以提供較強的側(cè)向穩(wěn)定性，而內(nèi)支撐系統(tǒng)適用于鄰近建筑物密集或地下設(shè)施復(fù)雜的城市區(qū)域，能夠有效控制基坑的側(cè)向位移和底部隆起^[1]。此外，圍護(hù)結(jié)構(gòu)如鋼板樁、混凝土擋墻等，具有良好的防水性和穩(wěn)定性，適合于水位較高的地區(qū)。在技術(shù)選型時，還需要考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工工藝與步驟，如鋼支撐安裝、梁板結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑等，以確保整個支護(hù)體系的安全性和功能性。此外，對于特定的工程環(huán)境和施工條件，現(xiàn)代化的支護(hù)方法如滑模技術(shù)和噴射混凝土支護(hù)也是不可或缺的選項。通過精確地評估支護(hù)需求并選擇最合適的支護(hù)技術(shù)，可以在保障施工安全的同時，優(yōu)化工程成本與施工周期，確保工程項目的順利進(jìn)行。1.3混凝土噴射技術(shù)

混凝土噴射技術(shù)，又稱噴錨技術(shù)，是深基坑支護(hù)中常用的一種先進(jìn)方法，具有施工快速、適應(yīng)性強、成本效益高等特點。該技術(shù)主要包括濕噴法和干噴法兩種方式，其中濕噴法因其材料使用效率高和粉塵少、低污染等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。在深基坑支護(hù)工程中，噴射混凝土不僅用作臨時或永久的支護(hù)結(jié)構(gòu)，還能夠有效地控制地下水滲流和提高基坑壁的穩(wěn)定性。技術(shù)操作中，首先將混凝土與必要的加固材料（如鋼纖維或合成纖維）混合后輸送至噴射機，然后通過壓力將混凝土噴射到基坑的指定位置。在噴射過程中，可以根據(jù)需要添加各種添加劑，以改善混凝土的流動性和初期凝固時間，從而提升施工效率和支護(hù)質(zhì)量。噴射混凝土的厚度和強度根據(jù)基坑的深度、土壤條件和周邊環(huán)境的影響進(jìn)行設(shè)計，以確保足夠的支護(hù)強度和耐久性^[2]。1.4土釘墻技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

土釘墻技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)涉及土釘?shù)脑O(shè)計、材料選擇、施工過程、質(zhì)量控制等多個方面。首先，土釘?shù)脑O(shè)計必須考慮地質(zhì)條件、土釘?shù)拈L度、直徑、間距及其布置角度，以及土釘與土體之間的摩擦抗力。土釘通常由鋼筋或高強度鋼材制成，以提供足夠的抗拉強度和耐久性。此外，土釘?shù)姆栏幚硪膊豢珊鲆暎绕涫窃诘叵滤惠^高或化學(xué)侵蝕環(huán)境中，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)姆栏牧虾图夹g(shù)。在施工過程中，正確的土釘安裝對于確保整個支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性至關(guān)重要。施工標(biāo)準(zhǔn)要求先進(jìn)行鉆孔，然后將土釘插入孔中，并用水泥漿進(jìn)行灌注固定，確保土釘與周圍土體良好地粘結(jié)。土釘頭部需要與鋼筋網(wǎng)或噴射混凝土面層錨固，以形成堅固的支護(hù)結(jié)構(gòu)。監(jiān)控和檢測是土釘墻技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的重要組成部分，包括但不限于土釘?shù)睦y試、土體位移監(jiān)測和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性評估，這些都是為了及時發(fā)現(xiàn)并處理潛在的問題。

2水利施工過程深基坑支護(hù)設(shè)計技術(shù)應(yīng)用

2.1數(shù)值模擬技術(shù)在支護(hù)設(shè)計中的應(yīng)用

在水利施工過程中，采用數(shù)值模擬技術(shù)，通過有限元分析、邊界元分析、離散元方法等數(shù)值模擬手段，對基坑周圍土體、支護(hù)結(jié)構(gòu)和地下水的相互作用進(jìn)行全面的數(shù)值仿真，從而準(zhǔn)確評估支護(hù)系統(tǒng)在不同施工階段的受力狀態(tài)、變形特征和潛在風(fēng)險。在數(shù)值模擬中，基于土體的非線性力學(xué)行為和支護(hù)結(jié)構(gòu)的彈塑性響應(yīng)，結(jié)合土-結(jié)構(gòu)相互作用模型，可以細(xì)致地模擬基坑開挖過程中土體應(yīng)力場和變形場的演化過程，并考慮地下水滲流的影響，全面反映基坑支護(hù)系統(tǒng)的力學(xué)響應(yīng)與穩(wěn)定性。例如[A3]"：在基坑開挖初期，通過數(shù)值模擬分析土體卸荷后對支護(hù)結(jié)構(gòu)的沖擊作用，可以優(yōu)化支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計參數(shù)，確保支護(hù)系統(tǒng)在開挖過程中的安全性與穩(wěn)定性。在施工過程中，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形、沉降、傾斜等動態(tài)特征也可通過數(shù)值模擬技術(shù)進(jìn)行實時預(yù)測，指導(dǎo)施工方案的調(diào)整與優(yōu)化^[3]。

2.2智能監(jiān)測技術(shù)與信息化管理

智能監(jiān)測技術(shù)包括位移傳感器、應(yīng)變計、壓力傳感器、孔隙水壓力計、溫度傳感器等設(shè)備，對基坑邊坡、支護(hù)結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)地層等的變形、應(yīng)力、地下水位等進(jìn)行多維度、多層次的監(jiān)測，確保基坑施工中的安全性。在基坑支護(hù)過程中，尤其是在開挖階段，監(jiān)測數(shù)據(jù)通過智能分析系統(tǒng)可實時評估支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)與變形情況，對比預(yù)設(shè)安全閾值進(jìn)行動態(tài)預(yù)警，及時發(fā)現(xiàn)潛在的風(fēng)險隱患。此外，信息化管理平臺整合了從設(shè)計、施工到監(jiān)測的全過程數(shù)據(jù)，運用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對施工進(jìn)度、資源配置、安全管理等進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度，為施工管理提供決策支持，確保施工的安全、進(jìn)度與質(zhì)量。

2.3環(huán)境友好型支護(hù)材料與施工方法

近年來，復(fù)合材料、生態(tài)混凝土、生物降解材料等新型環(huán)保材料在深基坑支護(hù)中得到了廣泛關(guān)注和應(yīng)用，這些材料不僅具備較高的力學(xué)性能和抗?jié)B性，還具有更低的環(huán)境影響。以生態(tài)混凝土為例，該材料通過添加天然礦物質(zhì)和可再生資源，不僅減少了水泥的使用量，降低了碳排放，還能夠在使用過程中提高材料的穩(wěn)定性與抗侵蝕性，特別適用于水利工程中的濕潤環(huán)境下使用^[4]。在支護(hù)結(jié)構(gòu)施工方法方面，環(huán)保型施工方法主要包括采用低噪聲、低污染的施工設(shè)備，減少施工過程中的粉塵和廢氣排放；同時，采用非開挖技術(shù)、微型樁支護(hù)等手段，減少了對土體和周圍環(huán)境的擾動。3水利施工中的實際案例分析

3.1案例分析

在本次案例中，由于地質(zhì)條件復(fù)雜且地下水位較高，傳統(tǒng)的手工操作與非自動化施工設(shè)備使施工進(jìn)度緩慢，并且存在較高的安全隱患。特別是在開挖深度達(dá)到22 m的情況下，基坑邊坡變形較大，并且土壤含水量變化劇烈，增加了支護(hù)系統(tǒng)受力不均的風(fēng)險。針對這些問題，項目部決定引入自動化與智能化施工技術(shù)，

具體改進(jìn)措施包括以下幾個方面。（1）引入自動化施工設(shè)備。引入全自動化鉆孔機、智能樁打入系統(tǒng)、自動化鋼筋綁扎機等設(shè)備，能夠根據(jù)預(yù)設(shè)的施工參數(shù)，自動完成樁基打入、鋼筋綁扎等作業(yè)，減少人工操作的誤差與安全風(fēng)險。（2）部署智能化監(jiān)測系統(tǒng)。在基坑周圍安裝多種智能傳感器，包括土體壓力傳感器、位移傳感器、地下水壓力計和溫度傳感器，實時監(jiān)測基坑周圍土體與支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形、應(yīng)力、地下水位等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。（3）動化控制系統(tǒng)與大數(shù)據(jù)分析。基于智能化監(jiān)測系統(tǒng)實時反饋的施工數(shù)據(jù)，自動化控制系統(tǒng)對施工進(jìn)度、資源配置、設(shè)備使用效率等進(jìn)行動態(tài)調(diào)度，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析進(jìn)行風(fēng)險評估和預(yù)警，確保基坑支護(hù)施工中的各項操作精確無誤。[A4]"3.2實施效果

通過全自動化鉆孔機和智能樁打入系統(tǒng)，施工周期縮短了35 d，極大地提高了施工效率。支護(hù)樁打入精度從±5 cm提升到±1 cm，確保了支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并顯著降低了基坑位移的最大值，減小了土體的不均勻變形和基坑邊坡滑移的風(fēng)險。智能監(jiān)測系統(tǒng)通過實時跟蹤基坑土體壓力、應(yīng)力狀態(tài)和地下水位變化，為支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全運行提供了有效的數(shù)據(jù)支撐，使支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力峰值減少了30%。同時，施工過程中的安全事故率為0，得益于智能化施工調(diào)度系統(tǒng)對潛在風(fēng)險的及時識別和處理。在工人工作時長方面，由于自動化施工設(shè)備的引入，大大減少了人工操作的強度，工人工作時長從[A5]"10 h/d減少到8 h/d，提升了工作的效率和安全性^[5]。

4結(jié)語

深基坑支護(hù)設(shè)計技術(shù)的研究不僅是水利工程施工中解決安全與環(huán)境問題的迫切需求，也是推動現(xiàn)代水利工程技術(shù)進(jìn)步、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。通過對現(xiàn)有設(shè)計技術(shù)的優(yōu)化與創(chuàng)新，能夠?qū)崿F(xiàn)對復(fù)雜施工環(huán)境和不確定因素的有效應(yīng)對，確保基坑支護(hù)系統(tǒng)在整個施工周期中的穩(wěn)定性與安全性，并為未來的水利工程項目提供更為高效、經(jīng)濟與環(huán)保的支護(hù)設(shè)計方案。此外，深基坑支護(hù)技術(shù)的研究還具有顯著的社會價值和經(jīng)濟價值，不僅能夠促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的突破和工程質(zhì)量的提升，還能夠為水利工程施工提供先進(jìn)的技術(shù)支持，推動我國水利建設(shè)事業(yè)向更加智能、綠色、高效的方向發(fā)展。

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