水利工程中基坑支护的施工——以浙东引水萧山枢纽工程为例

刘 源

(浙江省水利水电建筑监理公司,浙江 杭州 310020)

1 工程概况

浙东引水萧山枢纽是浙东水资源优化配置格局中关键性工程,是浙东引水系统工程的龙头。工程位于钱塘江、富春江、浦阳江三江汇合口义桥镇附近,供水对象为萧、绍、宁、舟地区的一般工业用水及农业灌溉用水。

工程主要由外江侧闸站上游段、闸站、内河侧闸站下游段、闸站后输水河道及跨河桥梁等组成。其中闸站段由左岸引水闸、主泵房、右岸引水闸3部分组成,左岸引水闸上设安装间,副厂房布置在主泵房靠内河侧。引水闸为2孔×10 m,水泵为双向,设计流量50 m3/s,下游输水河道长1.53 km,与杭甬运河连接。设计多年平均引水量为8.9亿m3。本枢纽工程确定为1等工程,泵站、引水闸及上游连接堤为1级建筑物。

2 闸站工程地质情况

闸站基础属钱塘江冲海积平原,地面高程7.0 m左右(浦阳江防洪堤顶高程10.05 m左右)。勘查资料显示,地基土划分为9个工程地质层,17个工程地质亚层及2个夹层。土体为多元结构,土层分布不均匀,基础承载力低。主要土层:粉质黏土、砂质粉土、粉砂夹淤泥质土,层厚1.3～5.7 m;淤泥质土层厚变化较大,层厚0.80～17.7 m,为高含水率,中等高-压缩性土,力学性质较差,受震动易液化,动水条件下易产生流砂现象。流纹质玻屑凝灰岩分布较广,部分地段埋深浅,全风化厚度小于2 m,以下强风化～弱风化是良好的天然地基持力层,但基岩起伏较大,需要进行基岩开挖。

地下水位埋深较浅,为地表以下0.3～2.0 m,黏质粉土渗透系数达4.2×10-4～5.6×10-4cm/s,由于基础开挖较深,容易发生渗透破坏。

3 枢纽工程基础处理施工方案的选择

闸站基坑施工方案原初设为大面积开挖,采用1∶3大边坡开挖,并结合井点排水降低地下水位;闸站基础、翼墙基础采用C25混凝土灌注桩处理。

经过工程补充勘察,进一步发现该区域地质条件复杂,除含有大量Ⅱ2层黏质粉土和Ⅲ层淤泥质土外,闸站位置还存在石方需要爆破,因此,枢纽工程基础设计要求建在基岩上。同时,基坑西侧为浦阳江1级堤防,南北两侧农居房、管理设施、生活用房及施工临时设施的距离很近。软土地区基坑开挖深度大于8 m时,基坑工程属一级基坑工程,因此按原方案开挖,需要重新征地,政策处理和施工工期都难以满足要求。

综合以上征地、防洪堤安全和地质条件、施工场地等因素,为确保基坑施工期安全,闸站进行专项支护设计。

4 枢纽建筑物基坑支护的施工

4.1 基坑支护工程内容

图1 支护结构剖面图

根据设计要求基坑开挖尺寸长133 m×宽115 m,开挖面积约为15 295 m2,开挖深度达6.95～9.10 m。支护结构为钻孔灌注桩+止水帷幕结合内支撑形式。地面至5.50 m高程按1∶1放坡处理,坡面喷射挂钢筋网混凝土;5.50 m高程下设φ 800@1 100钻孔灌注桩;设计在4.65m高程设混凝土支撑和压顶梁,支撑及压顶梁分3大块,基坑上游两端设置三角斜撑,面积为4 000 m2,下游两端设置相连支撑,面积为5 000m2,支撑尺寸为850 cm×850 cm和700 cm×700 cm;钻孔桩插入深度为10.5 m,钻孔桩外侧用旋喷桩φ 800@600止水。坑内设置排水沟和集水井排水。具体基坑支护结构见图1所示。

4.2 施工程序

施工程序影响支护工程的顺利进行和安全施工,根据工程特点,施工顺序如下:围护桩、旋喷桩→挖土至5.5 m高程、喷射坡面混凝土→压顶圈梁、支撑梁→分层开挖至设计底高程→闸室、上下游进水口施工→拆除下游对称支撑系统 (下游翼墙施工到高程4.5 m后)→堤防具备破堤条件时,拆除上游角撑系统 (上游翼墙施工到高程4.5 m后)→回填土方。

4.3 主要部位施工质量控制

4.3.1 土石方开挖(石方爆破)

4.3.1.1 土方开挖

遵循先撑后挖,分层开挖,严禁超挖的原则。支护后,留给挖机活动的区域极为狭小,给机械设备的布置、施工进退路线等增加了很大难度,采用大小挖机配合,传递式挖土。

分3个阶段。第1阶段,从地面开挖至支撑梁底标高4.65m,开挖深度约2.2 m,浇筑支撑梁、压顶梁;第2阶段,开挖至标高0m,开挖深度约4.65 m,待支撑梁、压顶梁混凝土达到设计强度80%时,继续向下挖土;第3阶段,开挖至设计底高程,开挖深度约3.35 m,该阶段最关键,要求分层、分区进行,严禁超挖,基础地质情况复杂,基岩面起伏较大,且设计底高程不同。土方开挖分层见图2所示。

图2 土方开挖分层剖面图

4.3.1.2 石方开挖

由于基坑西侧即为浦阳江1级提防,南北两侧农居房建设管理、生活用房及施工临时设施距离很近,因此石方爆破严格控制爆破参数,采用控制性浅孔微差松动分层控制爆破,同时为了减轻爆破震动影响,在爆破区域、围护桩边缘和钢格构立柱四周布置双排密排减震孔,以减弱爆破地震效应对支护、临近建筑的影响。

4.3.2 钢筋混凝土灌注桩

围护桩采用 Ф 1 000@1 200、Ф 800@1 100,最大桩长15.75m,共布桩361根,钢筋笼伸入压顶梁锚固长度按30 d控制,垂直度不大于1%,桩径偏差在+5～3 cm,混凝土等级为C25,形成一道连续水泥土墙,创造一个良好基坑开挖条件。

4.3.3 高压旋喷桩

在围护桩外侧施工一排高压旋喷桩Ф 800@600,三重管法施工,空气压力0.7MPa,高压清水压力25 MPa,浆液压力1 MPa,水灰比0.6,提升速度控制在16 cm/min,搭接套打,桩入土深度5.3～8.1 m,共布孔643根,总长4 782.6 m。通过高压水、气、浆三管同时喷射,利用高压水气切割搅拌地层,水泥浆充填置换,使软土硬结成具有整体性和一定强度的桩体,主要起到止水帷幕作用,避免渗透水和地下水渗入基坑内。

4.3.4 混凝土浇筑

压顶圈梁及支撑采用现浇混凝土结构,压顶梁断面尺寸为1 200 mm×850 mm和1 000 mm×850 mm,平支撑断面尺寸为850 mm×850 mm、700 mm×700 mm,混凝土等级为C25,在坑内形成3道支撑体系。为保证支撑体系的整体性,整个基坑的支撑及压顶梁分3大块浇筑,3大块内的支撑及压顶梁需同时浇捣,混凝土采用混凝土泵车入仓。

4.3.5 基坑排水

在基坑四周设400 mm×500 mm排水明沟,间隔30m设集水井1 000 mm×1 000 mm×800 mm。坑外采用井点降水方案,西江堤侧基坑外处设置3组井点。轻型井点管间距1m,长度为6 m,其中滤管长1.2 m,每组井点控制在40 m左右。

4.3.6 立 柱

立柱上部为钢结构格构柱,下部为钻孔灌注桩,钢格构450 mm×100 mm×10 mm,立柱伸入桩内2 000 mm,伸入支撑梁内350 mm,立柱与压顶圈梁、支撑梁、围护桩组成基坑工程的整体支护体系。

由于闸站基岩分布较复杂,根据实际开挖情况,现场有2个钢格构立柱座落在弱风化岩面埋深较浅,立柱基础高程比闸站底板底高,需要临时进行立柱置换。立柱置换部位,严格实施分序开挖,先挖置换立柱部位岩石,后挖立柱部位岩石,做到先布换撑立柱,再拆除原有立柱。

4.3.7 围护工程施工期监测

业主委托专业监测单位在开挖期间严格按设计要求做好位移、沉降、应力等的监测工作。随着基坑开挖,各监测项目相续展开,各项监测值都在设计允许范围以内。

5 效 果

施工过程中,通过采取有效措施严格控制基坑支护的施工质量,确保了基坑四周建筑物和道路、提防等安全。在基础施工期间,没有发生变形、沉降、塌陷等位移事故,满足了基坑支护的要求。

6 结 语

基坑开挖与支护技术复杂,必须制定完善的基坑支护施工方案。基坑支护工程为临时性工程,他与勘测、设计、开挖作业、施工质量、检测等因素有密切联系,同时又对工程工期,造价等有重要影响。水利工地大多处于山区,得不到建设方的重视,也不愿投入资金,因此水利工程应用较少。总结几点体会:

(1)基坑开挖复杂性,决定了在确保施工质量的同时,必须进行变形和位移连续监测,从土方开挖开始至拆除、土方回填为止。

(2)基坑支护对构筑物施工操作、开挖土石方有所干扰,支撑梁下土方需要多台小挖机进行倒运,施工难度增加。

(3)加强对基坑运行期间的管理。控制闸站施工运输车辆荷载,基坑周边10 m范围内禁止堆载。以免造成基坑失稳事故。