浅谈基坑支护在水利工程中的应用

王可可 李梦雅

一、引言

随着我国水利工程建设的快速发展，基坑的开挖深度和规模也在不断增大，一些大型水闸、泵站、水电站等工程的施工都会涉及到深基坑的开挖问题，施工过程中往往会受限于周边建筑物或者地形而无法进行大开挖，这时就要借助基坑支护的手段来解决这类难题。近年来，基坑支护技术也取得了长足发展，从早期的放坡开挖发展了多种支护方式。本文以具体的水利工程为例，分析不同基坑支护形式在技术上的可行性和经济上的合理性，以期为施工难题提供一个有效的解决思路。

二、基坑支护形式

基坑支护的形式主要包括放坡开挖及简易支护、自立式支护、挡墙式支护及其他形式支护等。其中，挡墙式支护形式在实际工程中应用最为广泛，以下简要介绍几种常见的挡墙式支护形式。

（一）型钢水泥土搅拌墙

型钢水泥土搅拌墙是一种复合挡土、截水结构，主要是在连续套打形成的水泥土搅拌墙中插入型钢，以增强水泥土墙的承载力和刚度。其优点是既能挡土又能止水，适用土层范围更广，工序简单，一般情况下较为经济，但是位移及厚度相对较大。

（二）柱列式排桩

柱列式排桩的各单桩之间存在空隙，不能传递剪力以及横向弯矩，需要通过腰梁和冠梁来进行横向联系，如果基坑较深或者对支护结构位移控制较为严格时，也可在排桩腰梁处加设锚杆，当地下水位较浅时，还需要增设截水帷幕辅助基坑施工。柱列式排桩支护具有支护刚度大、承载力高、变形小、稳定性好的特点，但是桩间存在空隙，必要时要增加截水帷幕，施工工序较为繁琐。

（三）地下连续墙

地下连续墙主要是通过特定的施工机械施工成一定深度和宽度的槽后，然后浇筑混凝土形成单元槽段，各槽段互相搭接，最终形成一个连续的墙体，并且可根据需要在混凝土浇筑时加设钢筋笼或型钢，增加墙体的刚度和强度。地下连续墙刚度大，可以承受较大荷载，也可以止水，是一种常用的支护结构，但其施工较为复杂，工期较长，施工水平要求较高，且工程造价也较高。

三、工程案例

南四湖湖区某节制闸因不满足正常运行需要拆除重建，该节制闸地面高程37.0～39.0m，建基面高程27.1m，基坑土层主要为两层结构，上部为砾质重粉质壤土，下部为粉砂岩。由于历史的原因，该节制闸两侧房屋众多，且紧临闸室施工空间有限，如采用放坡开挖，拆迁量大，移民费用过高，且拆迁困难，为减少对周围建筑物的影响，尽量减少拆迁工程量，同时保证基坑稳定，考虑采取基坑支护的手段来辅助工程施工。

通过对工程闸址处的地质情况以及周边的建筑情况进行分析，选择了两种支护形式进行比选，一种是灌注桩+锚杆，外侧布置水泥土搅拌桩截渗墙的支护形式；另一种是地下连续墙+锚杆的支护形式。地质条件及计算参数如表1 所示。

表1 闸址处土层参数表

（一）方案一：灌注桩方案

灌注桩桩径为0.6m，桩长10～12m，其中插入下部砂岩9.0m，桩底部高程低于建基面4m，水泥搅拌桩桩径0.5m，桩长5～7m，桩距为350mm，锚杆间距为2.0m，倾角α=150°，自由段7m，锚固段13m，灌注桩顶部和中部分别设置冠梁和腰梁。其布置见图1。

图1 灌注桩支护断面示意图

（二）方案二：地下连续墙支护方案

地下连续墙厚度为0.6m，墙高16m，其中插入下部砂岩9.0m，底部高程低于建基面4m，锚杆间距为2.0m，倾角α=150°，自由段7m，锚固段13m，地下连续墙顶部和中部分别设置冠梁和腰梁。其布置见图2。

图2 地下连续墙支护断面示意图

针对两种支护形式均采用理正深基坑支护设计软件计算，方案一位移最大值为21.78mm，均小于北京、深圳、湖北等地方标准关于支护结构顶部最大水平位移允许值；整体稳定安全系数Ks=2.58，抗倾覆稳定系数为2.09，嵌固深度取值为4.0m，均满足规范要求；方案二位移最大值为16.65mm，均小于北京、深圳、湖北等地方标准关于支护结构顶部最大水平位移允许值；整体稳定安全系数Ks=2.37，抗倾覆稳定系数为1.83，嵌固深度取值为4.0m，均满足规范要求。

因此，两种支护形式在结构计算上均是可行的，结合现场情况其施工工艺上也是可行的，故两种方案在技术上均可行。

根据两种方案支护形式的布置情况，计算出两种支护方案的相应工程量，以及整个支护方案对应的总价和各自的单价，如表2 所示。

表2 基坑支护方案投资对比表

由上述计算可知，在技术上均可行的情况下，地下连续墙方案投资高于灌注桩方案，虽然地下连续墙整体性较好，安全性较高，但施工较灌注桩繁琐复杂；灌注桩整体性及安全性也较好，且施工较为方便，需要的空间相对更小。考虑到该节制闸附近房屋较多，距离基坑较近，地下连续墙需要的施工工作面相较灌注桩大，施工机械进场困难，施工机械进场投资占比较大，经济性较差。综合考虑，本工程推荐采用方案一“灌注桩+锚杆”，外侧布置水泥土搅拌桩截渗墙的支护形式。

四、结语

基坑支护技术在水利工程中得到了广泛运用，但在实际施工过程中，由于基坑支护属于临时工程，施工费用较高，对整个工程的造价影响较大，需要因地制宜，根据不同的工程条件选择合适的基坑支护形式，使之具有技术可行性和经济合理性。同时必须重视对基坑支护结构施工全过程的控制，保证施工条件与设计条件一致，及时检验施工质量，加强后期监测，以保障水利工程的施工整体质量