水利枢纽船闸工程深基坑施工技术

2023-05-27鲁昀中交四航局第三工程有限公司

珠江水运 2023年9期

◎ 鲁昀中交四航局第三工程有限公司

深基坑施工作为水利枢纽建设项目工程中的重要工序，其施工质量与整个工程的整体质量与运行安全具有直接关系。相比于其他建设工程，船闸工程所处区段的地质条件较为特殊，周边构筑物结构复杂，且存在很多例如开挖深度、支护结构及降排水等影响因素，这些均会加大施工难度与延长施工期。为此，在水利枢纽船闸工程的建设中，需要综合考虑各方面的影响因素，结合实际施工条件，设计深基坑施工工艺，从而高质量地完成深基坑施工流程。根据以上分析，文中基于西津水利枢纽二线船闸工程，开展深基坑施工技术的研究，为工程中的施工项目的顺利进行与工程质量提供保障。

1.工程概况

西津水利枢纽二线船闸工程地处广西横县，枢纽横跨两岛三江，根据建筑物等级划分标准，该工程属于一级建筑类别，最大船舶等级按照3000 t 设计，通航船型多为货船与大质量集装箱船舶，顶推船队最大为4x4500 t 级，中央船闸体积为280x34x5.8m，上游最高与最低通航分别为26.3m和18.4m。二线与三线船闸属于二级建筑物类别，洪水设计与洪水校核设计分别为100与3000年一遇。上下闸首、闸室设计尺寸为230x23x4m，采用分离式设计结构，闸首两侧的边墩以船闸为中心线呈对称布置。

由于建设的船闸位置位于华南加里东地槽褶皱系的西南部地区，这一地带属于容易被水力、风力与重力侵蚀的地形地貌，受人为影响比较大。根据一线船闸开挖资料显示，工程拟建场地多分布于断层破碎带，包括碎裂岩、风化岩与泥质白云岩组成，按产状延伸至闸首东北角。船闸本体段区域岩体呈裂隙发育，岩体向流域两岸延伸，最大厚度为10.2m，陡壁倾斜角为12.3°，岩层产状，整体走向为由西南向东北。因为该工程地处亚热带区域，故地下水水位较高，平均为-45.8m，且为管道水，建基面位于地下水位-24.3m处，发育状况良好。

对于该工程项目来说，建设工程中需要进行的施工工序较多且复杂，并存在多个项目同时施作的情况，另外，数据库开挖深度较大，开挖工程量较重，根据地质勘察显示，整个施工期需要开挖土石方总量为609万m3，主要工程数量多达二十几个，对施工人员的技术水平提出了要求。因此，需要严格根据施工要求与设计标准制定深基坑施工工艺，根据方案开展施工流程，最大限度提高工程安全性。

2.施工准备

2.1 基准点布设

基准点位置的设置在很大程度上决定了施工进度。施工前，要求专业施工人员根据工程要求测量基准点。一般情况下，布置基准点最适宜的位置为船闸的两侧，这样既不会影响后续施工的进行，也便于施工过程中的质量监测[1]。施工人员应根据闸室的具体位置，对基准点进行测量放线，并统计每次的放线位置，最终参照设计图确定基准点位置，之后由专业人员进行检查并验收，验收无误后，即可布置所有基准点。在施工过程中，还应定期对基准点位置进行调整，保证在整个作业期间，基准点都能保证观测的准确性。为便于识别基准点，以避免对其造成损坏，需要在基准点位置设立标识牌，进而保障施工效率。

2.2 土石方调配

参照建设目标，整个过程在深基坑开挖施工中对于土石方的开挖工程量较大，使得后期填土与弃土的质量较多，故有必要对土石方的开挖与运移进行合理调配[2]。设计深基坑开挖工程量表，如表1所示。

表1 深基坑开挖工程量表

工程中首次开挖出的土方，根据驻地填筑要求，利用运输小车运至搅拌站进行回填处理，之后开挖的土方根据调配计算表分批次运至驻地及搅拌站。运往不同地点的土方质量不应相差过大，同时要随时关注土方的松动情况。主基坑开挖，要严格控制开挖速度，保证其与船闸施工进度一致。

3.深基坑施工工艺流程

考虑到主体段施工区域内容多、工作量大，为保证施工过程中的安全和深基坑支护的稳定性，根据现场地质条件和船闸结构，本工程拟采用混凝土网格护坡的联合支护形式。深基坑施工示意图如图1所示。

图1 深基坑施工示意图

整个船闸工程开挖土方量为609m3，其中船闸主体中段的土方量为总量的1/3，该部分需要开挖的土地面积较大，故采用挖掘卡车等施工器械进行开挖工作；相比之下，砂石部分的开挖土方量为总量的1/6，工程量较小，采用自卸车进行开挖[3]。在施工过程中，为加强深基坑组合支护的安全性和工程所在区域原有边坡的稳定性，同时防止在开挖过程中出现水土流失情况，工程的深基坑施工技术采用高压旋喷桩加固，并在坡脚设置护脚。工艺流程包括缆索吊装布置、锚杆施工、连续墙挖槽、降排水施工和深基坑开挖施工，具体工艺流程描述如下。

3.1 岩土爆破

根据现场地质勘查结果，项目所在区域存在大面积的强风化岩层，占总量的90.1%，其中掺杂少量弱风化岩层，因此，工程岩土爆破主要针对强风化岩与弱风化岩进行。为加快爆破效率，采用“孔内同段，孔外微差”的网络连接方式，逐孔起爆。考虑到爆破振动容易对周围施工人员及构筑物的影响，将爆破振速控制在2.0 cm/s以内[4]。选用直径为70mm、单管药量为3000克的二号岩石乳化炸药，使用专用导爆管器进行起爆。分别在边坡开挖线沿线及河岸内侧沿线布置一排预裂爆破孔，孔间间距根据现场边坡效果减小适当调整，采用微差起爆方式进行引爆，爆破结束后应将预留岩体和基坑底部渣料全部运出。

3.2 基坑开挖

该工程深基坑开挖工序包括船闸主体段开挖、下游引航道开挖与下游门口区开挖，具体施工流程如下。

船闸主体开挖。左侧开挖预留坎的上游面为一线船闸上游引航道开挖的右侧边坡，背面为二线船闸进水口和主通航墙开挖的左侧边坡。进水口开挖左侧边坡为满足建筑物开挖和围堰挡水要求，需采用高压旋喷桩加固，桩径0.8m，排距1.2m，开挖坡比1:1.3。由于预留底坎的挡水和边坡稳定性问题，需要开挖两次。二次开挖预留底坎的挡水水位可降至正常水位62.12 m。

下游引航道开挖。为缩短围堰填筑边坡长度，提高围堰稳定性，在上游面堆放钢筋石笼，采用压载土填筑，下游面填筑坡比为1:1.75。为最大限度减少围堰填筑对一线船闸闸室侧墙的影响，船下桩号0+275.00～0+420闸首开挖边坡采用高压旋喷桩加固，桩径0.8m，排距1.2m，开挖坡比1:1.3。10#～14#主通航墙由于预留底坎挡水和边坡稳定性问题，需要二次开挖，1#～3#靠船墩由于主断面下游横向预留底坎的压力同样需要二次挖掘。

下游门口区开挖。开挖坡比为1:2.0，土石围堰采用开挖的土石混合料填筑，上下游水面填筑坡比为1:2，顶宽6.0m，纵向填筑段围堰轴线长约662m。上游侧坡脚采用钢筋石笼和大型石压脚，下游侧堰脚处开槽。模板袋混凝土埋在槽内，并设置混凝土压脚。由于汛期基坑溢流，围堰纵断面桩号1+675.00～1+725.00处设置50 m 长的充水间隙，缺口顶部高程为45.0 m，高程为45.0 m～47.5m，用袋装粘土填充。

3.3 混凝土网格护坡施工

本工程属于大体积混凝土施工部位较多的项目，因此对混凝土终凝后的抗压强度和喷射厚度的控制具有较高要求。混凝土施工选用C25混凝土网格混凝土作为主要原料，主要设备为1座HL240-2S3000L型强制式搅拌楼和1座HZ120-2S2000L型强制式搅拌站，根据设计要求，混凝土外加剂参量参照胶凝材料的0.7%计算，减水剂配液浓度按照20%计算，减水剂为粉状的袋装原材料。汇聚项目施工要求，采用合理配比对混凝土进行搅拌，拌制完成后进行混凝土浇筑工作[5]。

混凝土泵布置在需要浇筑混凝土的渠道伴渠路路顶，从拌和机口经搅拌车运输送入混凝土泵机口然后直接泵压送至灌注口，必须及时摊铺模袋后使混凝土连续注入，灌注压力不小于0.4Mpa。可借助模袋充填自下而上进行充灌，若一次充灌不满，打开备灌口补充。混凝土施工过程随时用探针检测混凝土厚度，保证混凝土终凝后的厚度符合设计要求。另外，为防止充灌时产生爆袋事故，应安排人员对排体进行钎插检查，确保充灌质量。

3.4 降排水施工

考虑到工程地下水水位埋藏较深，对深基坑的开挖存在不利影响，因此，在基坑开挖之前，应做好工程深基坑的降水排水工作，将水位控制在设计范围内。本工程的基坑降排水主要采用导沟排水方法，将土层水、降水与工程废水引入基坑周边的导流沟中，并利用高压水泵泵送至集水井内。在导流沟开挖过程中，要严格控制开挖深度，保证其始终在开挖面以下，且宽度不得超过1.5m，高度不得高于2.0m，管沟的坡度与工程自然边坡一致，集水井的深度在1.5～2.5m之间为宜。

为提高集水井的抗压强度，管沟开挖完成后，在坑底铺设粒径在0.35mm左右的粗砾石，平均厚度大约为25cm。在每个集水井井口处配置1～2台6英寸的泥浆泵。当管沟中的水抽到集水井中时，安排专业人员对地下水位的变化进行监测，当水位控制在1.00～1.20m后，即可进行深基坑开挖。

4.施工效果分析

水利枢纽船闸工程深基坑施工全面完成后，为检查施工效果是否达到预期要求，对数据库支护质量进行监测，监测内容主要为深基坑变形情况。根据前文基准点布设要求与原则，采用自动化便携式探测仪对深基坑各个观测点进行监测，记录深基坑在施工过程中的沉降值。根据施工方案设计要求，施工观测期内的深基坑沉降量的控制标准，以此为监测指标，分析该施工技术的可行性。监测结果见图2。