水利工程深基坑支護(hù)方案的選擇

楊 磊

基坑工程支護(hù)方案的選擇和優(yōu)化是一項(xiàng)關(guān)系到結(jié)構(gòu)安全和工程成本的工作。在水利水電工程施工中，水電站、供水泵站、排澇泵站、船閘、水閘等經(jīng)常遇到深基坑問題，這類問題需要應(yīng)用深基坑支護(hù)技術(shù)解決，需要認(rèn)識(shí)各類支護(hù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件和地質(zhì)條件，選擇合適的基坑支護(hù)方案，以便結(jié)構(gòu)主體施工能夠得以快速、高質(zhì)量地進(jìn)行。

1. 常用深基坑結(jié)構(gòu)支護(hù)類型

基坑開挖的施工工藝一般有兩種，放坡開挖和在支護(hù)結(jié)構(gòu)保護(hù)下開挖。深基坑的開挖，當(dāng)施工現(xiàn)場(chǎng)不具備放坡條件，或者放坡無(wú)法保證施工安全，通過放坡及加設(shè)臨時(shí)支撐已經(jīng)不能滿足施工需要時(shí)，一般采用支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行臨時(shí)支擋，以保證基坑的土壁穩(wěn)定，下面介紹幾種常用的支護(hù)類型。

1.1 土釘墻支護(hù)

土釘墻由被加固的土體、錨固在土體中的土釘群和面板所組成，形成類似重力式的擋土墻，土釘和土體構(gòu)成復(fù)合體，以此來抵擋由墻后傳來的土壓力或者其它附加的外力，從而保護(hù)好開挖面的穩(wěn)定；而土釘間的變形則依靠鋼筋網(wǎng)噴射混凝土面層來加以約束，屬于邊坡穩(wěn)定式的支護(hù)型式。土釘墻支護(hù)是用于土體開挖和邊坡穩(wěn)定的一種新的擋土技術(shù)，由于經(jīng)濟(jì)、可靠且施工快速簡(jiǎn)便，成本費(fèi)用低已在我國(guó)得到迅速推廣。

不足之處：這主要因?yàn)橥玲攭κ窍抻诘叵滤陨匣蚪?jīng)過人工降水后的土體，從施工角度來看作為土釘墻支護(hù)的土體必須具有一定臨時(shí)自穩(wěn)能力，以便給出時(shí)間進(jìn)行土釘墻的施工。土釘墻適用范圍：一般適用于地下水位以上或經(jīng)人工降水后的人工填土、粘性土和弱結(jié)砂土的基坑支護(hù)或邊坡加固；土釘墻不宜用于含水豐富的粉細(xì)砂層、砂礫卵石層和淤泥質(zhì)土；當(dāng)基坑深度超過12m或?qū)幼冃我髧?yán)格的時(shí)候不宜單獨(dú)采用。

1.2 鋼板樁支護(hù)

在我國(guó)使用鋼板樁支護(hù)的時(shí)間是比較長(zhǎng)而且比較簡(jiǎn)單，它的主要形式是有U、H、Z型和直線型、組合型、冷壓薄板型等形式，常常是結(jié)合外拉錨墊板或內(nèi)支撐型鋼來構(gòu)成的圍護(hù)支護(hù)。鋼板樁支護(hù)除了強(qiáng)耐久性、而且鋼板還具有重復(fù)使用、工期較短且簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，而此支護(hù)的短處在于投入的資金較大，沒有擋水和阻隔微小土粒的作用，而且對(duì)于地下水水位較高的地區(qū)需要做隔水措施，支護(hù)剛度低和開挖之后的變形較大，使用此支護(hù)前也該慎重考慮。

不足之處：鋼板樁的施工可能會(huì)引起相鄰地基的變形和產(chǎn)生噪聲振動(dòng)對(duì)周圍環(huán)境影響較大，因此在人口密集、建筑密度很大的地區(qū)，其使用常常會(huì)受到限制。鋼板樁使用范圍：鋼板樁一般適合安全等級(jí)為二級(jí)、三級(jí)，淤泥、淤泥質(zhì)土、飽和軟土及地下水位較高的深基坑支護(hù)；鋼板樁本身柔性較大，如支撐或錨拉系統(tǒng)設(shè)置不當(dāng)，其變形會(huì)很大，所以當(dāng)基坑支護(hù)深度大于7m時(shí)，不宜采用。

1.3 深層攪拌水泥樁支護(hù)

深層攪拌水泥圍護(hù)墻是用深層攪拌機(jī)，以水泥作為原材料，因?yàn)樗嗑哂泄袒饔茫缓笥密浲羷┖退酀{均勻攪拌，最后形成塔接式的水泥土柱狀和擋墻狀，此支護(hù)除了可以擋土和止水，還可以降低污染，防止振動(dòng)，并且無(wú)噪音，操作簡(jiǎn)便，成樁工期較短，擠土輕微，在鬧市區(qū)施工有較強(qiáng)的優(yōu)越性。

不足之處：厚度大(約為 0.6h～0.8h，h為基坑深)，占用建筑紅線內(nèi)一定面積，墻身水平位移較大等，尤其需要注意對(duì)周邊環(huán)境帶來的負(fù)面影響。深層攪拌樁適用范圍：適用于基坑安全等級(jí)為二、三級(jí)，建筑紅線允許，基坑周圍環(huán)境要求不高，開挖深度不大于6m情況下。深層攪拌樁在軟土，地下水位較高的地區(qū)常和土釘墻支護(hù)、排樁支護(hù)等聯(lián)合使用，充當(dāng)止水帷幕作用。

1.4 地下連續(xù)墻的支護(hù)

地下連續(xù)墻是指專用設(shè)備沿著深基礎(chǔ)或地下構(gòu)筑周邊采用泥漿護(hù)壁開挖出一條具有一定寬度與深度的溝槽，在槽內(nèi)設(shè)置鋼筋籠，采用導(dǎo)管法在泥漿中澆筑混凝土，筑成一單元墻段，依次順序施工，以某種接頭方法連接成的一道連續(xù)的地下鋼筋混凝土墻，以便基坑開挖時(shí)防滲、擋土，作為鄰近建筑物基礎(chǔ)的支護(hù)以及成為承受直接荷載的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的一部分。地下連續(xù)墻的支護(hù)式的優(yōu)點(diǎn)在于它不會(huì)對(duì)鄰近建筑物及其基礎(chǔ)造成影響，比較適合用于在建筑物比較密集的地區(qū)施工，而且支護(hù)的剛度比較大，有較強(qiáng)的側(cè)壓承受能力，開挖之后它的變形也比較少、地面沉降也比較小，在大型基坑中已被廣泛采用，目前已使用在開挖深度超過36m的深基坑工程中。

不足之處：地下連續(xù)墻造價(jià)高、施工較慢、施工工藝技術(shù)要求高，在城市施工時(shí)，廢泥漿的處理比較麻煩。適用范圍：一般情況下當(dāng)基坑開挖深度不小于12m、地下水位較高、軟土地區(qū)、場(chǎng)地特別狹窄且環(huán)境要求很高等情況下才考慮使用。

1.5 排樁支護(hù)

排樁支護(hù)是指柱列式間隔布置鋼筋混凝土挖孔、鉆 (沖)孔灌注樁作為主要擋土結(jié)構(gòu)的一種支護(hù)形式。這種支護(hù)特點(diǎn)是剛度大，抗彎強(qiáng)度高，變形小，適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)工作場(chǎng)地要求不高，振動(dòng)小。

不足之處：造價(jià)較高，止水能力較差且工期較長(zhǎng)，當(dāng)?shù)叵滤惠^高時(shí)，使用排樁時(shí)要加止水帷幕。適用范圍：大多數(shù)情況下，懸臂式柱列樁適用于二級(jí)和三級(jí)基坑，基坑深度不大于7m；支錨式柱列樁適合于一、二級(jí)基坑工程，當(dāng)基坑深h=8m～14m，對(duì)周圍環(huán)境要求不十分嚴(yán)格時(shí)，多考慮采用支錨式排樁支護(hù)。當(dāng)排樁支護(hù)不能采用懸臂式，地質(zhì)條件允許情況下優(yōu)選樁錨式結(jié)構(gòu)，這種形式造價(jià)相對(duì)便宜，施工速度相對(duì)較快，但當(dāng)在有機(jī)質(zhì)土、液限大于50%的粘性土層或相對(duì)密度小 0.3的砂土，或?qū)χёo(hù)變形要求嚴(yán)格時(shí)，不宜采用錨桿支撐，應(yīng)采用排樁加內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)形式。

2. 影響水利工程深基坑支護(hù)方案選擇的因素

水利工程的深基坑工程施工包括各種支護(hù)結(jié)構(gòu)、隔滲設(shè)施、降水井及抽排水和土方開挖的實(shí)施，深基坑采用何種支護(hù)型式，一方面要深刻認(rèn)識(shí)上述支護(hù)型式的特點(diǎn)，包括其合理性、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，另一方面要根據(jù)工程周圍環(huán)境、主體工程地下結(jié)構(gòu)型式、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況，本著經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的原則進(jìn)行選擇。主要考慮到以下幾個(gè)因素：工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件、基礎(chǔ)類型、基坑開挖深度、降排水條件、周邊環(huán)境對(duì)基坑側(cè)壁位移的要求、基坑周邊荷載；施工季節(jié)、支護(hù)結(jié)構(gòu)使用期限以及其它因素，比如工期進(jìn)度要求等。

3. 工程實(shí)例

3.1 工程概況和地質(zhì)條件

擬建工程為一水泵房施工，該工程地下埋深為－8.1m，工程長(zhǎng)25.27m，寬22.7m，基礎(chǔ)為鋼筋砼箱形基礎(chǔ)，工程地處河流沖擊扇，地下水位較高，地下水位埋深－3.0m，水量大，局部有泉眼，地下土質(zhì)不好，地質(zhì)勘察報(bào)告顯示土層由上向下分布情況為耕土層±0.000～－0.6m，粉質(zhì)黏土層－0.6m～－3.1m，圓礫層－3.1m及其以下。

3.2 支護(hù)方案選擇

針對(duì)該工程的地質(zhì)水文條件，在基坑開挖時(shí)需要考慮基坑較深，要預(yù)防塌方，基坑要降水便于施工，還要考慮旁邊高大建筑物基礎(chǔ)的穩(wěn)定和防止基礎(chǔ)施工階段箱基上浮，經(jīng)過方案比選，決定對(duì)基坑施工進(jìn)行土釘墻支護(hù)。

在施工前采用井點(diǎn)降水，集水明排方法，有效減少或消除作用于面層的靜水壓力，水位降至－8.7m后，進(jìn)行基坑開挖，共分四層進(jìn)行，每層約2.2m深，開挖一層，土釘支護(hù)一層，并自開工起堅(jiān)持做好支護(hù)位移的量測(cè)、坑邊地表開裂狀態(tài)的觀察、附近冷卻塔基礎(chǔ)的沉降測(cè)量和裂縫觀測(cè)和基坑滲漏水和基坑內(nèi)外的地下水位變化，一旦發(fā)現(xiàn)不利于施工的情況，立即采取措施。

水泵房基坑土釘墻施工從開始挖坑至基礎(chǔ)施工完畢，共計(jì)工期77d，由于方案得當(dāng)，施工期間基坑無(wú)塌方、滲水等現(xiàn)象發(fā)生，為保證循環(huán)水泵基礎(chǔ)施工及其安全越冬贏得了時(shí)間，取得了良好效果。