水利工程中深基坑施工技术

喻 刚

摘要:深基坑支护技术是由于在施工中不允许放坡而只能采用支护结构保护下进行垂直开挖的设计方法和施工技术,其在水利工程有着广泛的应用。本文介绍了深基坑支护的设计与施工内容,重点对用于地下连续墙施工工艺进行了探讨。

关键词:深基坑支护;水利工程;地下连续墙

1 引言

深基坑支护技术是由于建筑物放在较深的地下空间,基坑需要开挖,但基坑平面以外没有足够的空间供放坡之用或此空间内存在邻近建筑物、地下管线、运输道路等不允许放坡而只能采用支护结构保护下进行垂直开挖的设计方法和施工技术。对于水利工程建设,特别是江浙一带的水利建设,经过一段时间开发建设后,电站建设已不多,更多的可能是供水泵站、排涝泵站、水闸等工程的建设。一般来说,这些工程的施工现场大多不宜进行放坡开挖,需要采用基坑支护。因此,从事水利工程施工的工作者对深基坑施工技术进行研究有着重要的现实意义。

2 深基坑支护型式选择与施工内容

2.1 支护型式选择

深基坑采用何种支护型式,一方面要深刻认识支护型式的特点,另一方面要根据工程周围环境、主体工程地下结构型式、工程地质,本着经济合理、安全可靠的原则进行选择。

一般初选两个以上方案进行费用估算,从技术经济角度综合考虑,最终选定安全可靠、经济合理的支护形式。由于深基坑施工的特殊性,施工过程中存在大量的不可预见因素,这些因素都从不同的角度对基坑的施工设计提出较高的要求,从而增加基坑工程的施工措施,影响基坑工程的费用,因此选择支护形式时应综合考虑以下几个方面:

第一,基坑工程的设计施工首先要求确保安全,方便施工,同时尽可能降低工程费用。基坑支护是基础施工中一项临时措施,不是永久性设施,因此设计的安全度不同于永久工程。但另一方面,深基坑施工和土方开挖,其难度和风险都很大,如无足够的安全保证,其后果较为复杂和严重。因此设计安全度的选用对基坑工程的技术经济效果有很重要的影响。设计中应按基坑工程的安全等级,选用相应的重要性参数,使基坑安全可靠、经济合理。

第二,基坑支护是为基础施工服务的,因此在满足安全原则下,又要强调尽量方便土方开挖和地下室工程施工,使综合施工费用最低。要解决好这个问题,关键是选择好支护方案,设计前应进行多方案比较,在安全和现场条件允许下,仅可能采用自立式支护、拉锚式支护、水平拱圈支护、锚杆支护或以上支护与内支撑结合等方案,避免采用井格式支撑等密布复杂的支撑形式。

2.2 基坑支护的设计与施工内容

基坑支护设计中首要任务就是选择合适支护型式,然后进行支护结构的计算分析,根据计算分析进行支护结构的设计,包括结构截面、支撑或锚杆尺寸、入土深度等。基坑支护设计一般包括以下内容:①支护的方案比较和选型②支护结构的强度和变形计算③基坑内外土体的稳定性验算④围护墙的抗渗验算⑤降排水要求和降排水方案⑥确定挖土的工况以及挖土、运土的主要措施⑦监测的内容基坑支护施工,是根据设计要求,选择正确的施工方法,采用相应的施工机械进行施工,关键是保证支护结构的质量,它关系到基坑支护的成败。

基坑支护施工一般包括以下内容:①支护结构施工;②降低地下水;③基坑土方开挖。

3 地下连续墙施工工艺

水利工程深基坑施工主要包括降低地下水位与土方开挖施工、支护结构施工两部分,目前采用的降水方法一般分为两类:一是表面排水,二是井点降水,表面排水主要适用于渗水量不大的土,井点降水根据土的种类、地下水位高程,基坑壁支护方式等选用轻型井点、喷射井点、管井井点、深井井点排水方法。地下连续墙是水利工程基坑支护应用较多的挡土、挡水结构,其施工是深基坑支护成功与否的关键。

3.1 地下连续墙的分类与特点

按成墙方式的可分为:桩排式、槽板式、组合式;按墙的用途可分为:防渗墙、临时挡土墙、永久挡土(承重)墙、作为基础用的地下连续墙。按强体材料可分为:钢筋混凝土墙、塑性混凝土墙、泥浆槽墙、钢制地下连续墙。

地下连续墙的优点:施工时振动小,嗓音低,非常适于在城市施工;墙体刚度大,用于基坑开挖时,极少发生地基沉降或塌方事故:防渗性能好;可用作刚性基础;工效高,工期短,质量可靠,经济效益高。

地下连续墙的缺点主要有:在一些特殊的地质条件下(如很软的淤泥质土,含漂石的冲积层和超硬岩石等)施工难度很大;如果施工方法不当或地质条件特殊,可能出现相邻槽段不能对齐和漏水的问题;地下连续墙如果用作临时的挡土结构,比其它方法的费用要高些;在城市施工时,废泥浆处理比较麻烦。

3.2 主要施工方法

地下连续墙的施工过程为导墙施工、钢筋笼制作、泥浆制作、成槽放样、成槽、下锁口管、钢筋笼吊放和下钢筋笼、下拔混凝土导管浇筑混凝土、拔锁口管。

导墙施工

导墙一般采用C20混凝土,高出地面l Ocm左右,以防止地面水流入槽内;施工工序

平整场地——测量定位——挖槽及处理弃土——绑扎钢筋一支模板——浇筑砼——拆模——导墙外侧回填土。

泥浆拌制。泥浆的主要材料有:粘土、纯碱、梭甲基纤维素(CMC)、水,用泥浆拌制设备进行制备,先将水加到1/3,再把CMC粉撒入,然后用软轴搅拌器将大块CMC搅成小颗粒,继续加水搅拌。一般情况下泥浆搅拌后应静止24h使用。

挖槽。挖槽是地下连续墙施工的主要工序,占整个施工工期的一半,提高挖槽施工效率是缩短工期的关键。控制槽孔的形状和垂直度,是保证地下连续墙质量的关键。挖槽施工主要考虑单元槽段划分。槽段划分就是确定整个地下墙的每一个施工的单元长度,一般为4-8m,槽段长度的确定应综合考虑以下因素。

地质条件当土层下稳定时,为防止槽壁倒坍,应减少单元槽段的长度,以缩短挖槽时间和减少槽壁在泥浆中暴露面。

地面荷载邻近有较大的地面荷载时,为了保证槽壁的稳定,亦应缩短单元槽段的长度。

起重机起重能力槽段的钢筋笼多为整体吊装,应根据起重机起重能力估算钢筋笼的重量和尺寸,以此推算单元槽段的长度。

单位时间内混凝土的供应能力一般情况下一个单元槽段内的硅,宜在4h内浇筑完毕,所以单元槽段长度=4h硷的最大供应量/(墙厚X墙深)。

泥浆池的容积一般情况下,泥浆池的容积,应不小于每一单元槽段挖土量的两倍,故泥浆池的容积亦影响单元槽段的长度。

清底。单元槽段开挖到设计标高后,要清除槽底淤泥和沉渣,一般采用压缩空气升液法、砂石吸力泵,排泥及潜水泵排泥等三种方式。常在槽段挖完后继续进行泥浆的反循环作业,即用"换浆法"清底,也有的待土渣基本沉淀到槽底后再进行清底。

3.3 施工中要注意的问题

导墙的内墙面与地下连续墙的轴线不平行问题。由于导墙本身的不垂直,造成整幅墙的垂直度不理想。解决的措施主要是在进行导墙设计时要保证内外导墙面的净距应等于地下连续墙的设计宽度加50mm。

导管拆卸的问题。在浇筑混凝土时,要根据计算逐步拆卸导管,但由于有些导管拆不下来或需要很多的时间拆卸,严重的影响了混凝土灌注。其解决方法为只要每次混凝土灌注完毕把每节导管拆卸一遍,螺丝口涂黄油润滑。还应注意在使用导管时,防止导管碰撞变形,难以拆卸。

刷壁次数的问题。刷壁要求在铁刷上没有泥才可停止,一般需要刷2O次,确保接头面的新老砼接合紧密,若达不到要求,可能造成两幅墙之间夹有泥土,产生严重的渗漏,对地下连续墙的整体性也有很大影响。

参考文献

[1]广东省标准.建筑基坑支护工程技术规程,(DBJ/TI5-20-97)1998.

[2]余志成,深基坑支护设计与施工,北京:中国建筑工业出版社,1996.

[3]杨光华,深基坑支护结构的实用计算方法及其应用,北京:地质出版社,2004.