高水位深基坑開挖及降水施工技術(shù)

張園園

（山西小浪底引黃水務(wù)集團(tuán)有限公司，山西 運(yùn)城 043800）

1 工程概況

山西省小浪底引黃工程位于山西省運(yùn)城市，工程總體走勢(shì)為東南～西北向，是自黃河干流上的小浪底水利樞紐工程庫區(qū)，向山西省涑水河流域調(diào)水的大型引調(diào)水工程，由引水干線、灌區(qū)工程、工業(yè)和城鎮(zhèn)供水工程三部分組成。

山西省小浪底引黃工程（引水干線部分）呂莊水庫出水池及地基處理施工，位于2 號(hào)隧洞末端的呂莊水庫庫岸邊，包括出水建筑物群及地基處理兩部分。其中出水建筑物群順?biāo)鞣较颍来斡上浜?、進(jìn)水閘、前池、出水池、連通閘和控制閘組成，分為土建工程、金屬結(jié)構(gòu)及啟閉設(shè)備的制造及安裝、電氣設(shè)備的采購及安裝三部分內(nèi)容。地基處理工程由出水建筑物基礎(chǔ)土方開挖及水泥攪拌樁地基處理組成。

2 地質(zhì)條件

2.1 水文地質(zhì)條件

庫區(qū)地下水類型相對(duì)簡單，均為松散巖類孔隙水。地下水補(bǔ)給主要來源為大氣降水及庫區(qū)側(cè)臺(tái)地的側(cè)向補(bǔ)給，其次為地表水入滲補(bǔ)給。地下水總的徑流方向?yàn)殇乘酉掠巍?/p>

據(jù)附近水井調(diào)查，地下水埋深一般在40～50 m。據(jù)勘察探井揭露，勘察區(qū)域范圍內(nèi)上部存在一層上層滯水，埋深3.8～4.0 m，水位埋深遠(yuǎn)離河谷逐漸變深，主要為原河道水和庫區(qū)耕地灌溉水下滲形成的上層滯水。

2.2 地質(zhì)條件

本區(qū)出露地層主要為第四系地層，現(xiàn)述如下：

（1）中更新統(tǒng)洪積物（Q2pl）。巖性主要為淺紅色低液限黏土夾低液限粉土，含較多小礫石及鈣質(zhì)結(jié)核，結(jié)構(gòu)較密實(shí)，厚度＞10 m，可視為相對(duì)隔水層。

（2）上更新統(tǒng)坡洪積物（Q3dpl）。巖性為淡黃色、灰黃色夾淺紅色低液限黏土、低液限粉土，結(jié)構(gòu)較松散，孔隙發(fā)育，厚度0～30m，主要分布于出水池南部岸坡上。

（3）新統(tǒng)晚期洪沖積物（Q42Pal）。巖性為淡黃、淡紅色低液限黏土夾低液限粉土，局部夾薄層級(jí)配不良砂，含小礫石，結(jié)構(gòu)較松散，土質(zhì)不均，厚度2.8～6.0 m，分布于呂莊水庫河谷表層。

（4）全新統(tǒng)早期洪沖積物（Q41Pal）。巖性為青灰、灰黃色低液限黏土、低液限粉土，局部夾級(jí)配不良砂，含小礫石，結(jié)構(gòu)較松散，厚度15～30 m，分布于呂莊水庫河谷中部。

3 基坑開挖及降水施工

3.1 基坑開挖

出水建筑物群開挖基坑呈長條形，周長214.32 m，面積2 007.63 m2，平均開挖深度6.85 m，設(shè)計(jì)邊坡基坑為臨時(shí)基坑，施工完成后回填?；娱_挖平面布置見圖1。

圖1 基坑開挖平面布置圖

基坑開挖分兩級(jí)完成[1]，兩次開挖以水位線為劃分界限，自上而下，分層開挖。在水位線處設(shè)一馬道（原地面以下2 m 處），馬道寬2 m，馬道以上開挖邊坡坡比1∶1，馬道以下開挖邊坡坡比1∶1.5。

3.2 管井降水

地下水埋深在40～50 m，上部存在一層上層滯水，埋深3.8～4 m，水位埋深遠(yuǎn)離河谷逐漸變深。根據(jù)初步確定的施工降排水方法，進(jìn)行了現(xiàn)場管井降水試驗(yàn)[2]。在基坑中線打設(shè)管井2 口，基坑邊線外2 m 打設(shè)管井2 口，呈方形布置，在4 口井形成的方形中心開挖一水位觀察坑，每井配置1.5 kW 的水泵不停地抽排水，記錄日降水水位，根據(jù)觀察及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，日平均降水量約52～60 cm，管井降水效果較好。基坑局部及雨季形成的積水采用明排法進(jìn)行降排水，根據(jù)相關(guān)工程類似經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場管井降排水試驗(yàn)，確定施工降水采用管井降水結(jié)合明排法施工。

3.3 降水井的結(jié)構(gòu)及布置

3.3.1 降水井布置

管井布置采用坑外和坑內(nèi)共同布置，坑外環(huán)形布置，降水井距出水池邊線外2 m，間距10 m；坑內(nèi)中間位置布置1 排，間距15 m，井深11 m。降水管井平面布置圖見圖2。

圖2 降水管井平面布置圖

開挖期間及基礎(chǔ)碎石墊層施工期間，地下水應(yīng)降低至基底0.5 m 以下，為防止施工過程中因地下水浮力作用，使出水建筑物基礎(chǔ)發(fā)生不均勻沉降，坑外環(huán)形管井在施工過程中持續(xù)進(jìn)行降水作業(yè)，出水建筑物周邊回填作業(yè)時(shí)，同步恢復(fù)降水管井至設(shè)計(jì)地面高程后，采用C25 混凝土封堵降水管井。降水應(yīng)用管道將水排至場地四周的明渠內(nèi)，通過排水渠將水排入場外河道或排水渠內(nèi)。

3.3.2 管井結(jié)構(gòu)

管井成孔采用回轉(zhuǎn)鉆孔，泥漿護(hù)壁，鉆孔至設(shè)計(jì)高程后，采用吊筒反復(fù)上下取出泥渣洗井，然后下放無砂混凝土管，成孔直徑600 mm，管內(nèi)徑300 mm，管壁厚度40 mm，井管與土壁間回填厚度110 mm，采用5 mm 濾料（碎石）進(jìn)行回填。頂部1 m 采用粘土封口。管井結(jié)構(gòu)圖見圖3。

圖3 管井結(jié)構(gòu)圖（單位：m）

4 安全保證措施

4.1 邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算

基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算按照承載能力極限狀態(tài)考慮，水、土壓力計(jì)算原則參照《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 120-2017），采用水土合算法；基坑整體穩(wěn)定性分析方法按照《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范》（YB 9258—1997）坡率法的整體穩(wěn)定性采用圓弧滑動(dòng)條分法[3]進(jìn)行驗(yàn)算，結(jié)果見表1。

表1 天然放坡計(jì)算結(jié)果

4.2 邊坡安全防護(hù)措施

坡腳保護(hù)：為了抵抗邊坡下滑，保護(hù)坡腳不受雨水侵蝕，在邊坡坡腳處用砂袋壘筑護(hù)腳擋墻作為護(hù)腳保護(hù)結(jié)構(gòu)[4]。

坡面保護(hù)：為了防止基坑邊坡坡面土石坍落和遭受雨水沖刷，在坡頂堆填黏土截水墻，底寬1.2 m，頂寬0.6 m，高度0.6 m，兩側(cè)邊坡壘堆砂袋，坡度為1∶0.5，開挖坡面鋪設(shè)塑料薄膜。截水墻具體斷面尺寸見圖4。

排水系統(tǒng)：為了防止雨水進(jìn)入基坑和開挖過程中存在基坑積水，在基坑坡腳四周設(shè)置排水溝，每20 m設(shè)置一集水坑，以便雨季將基坑積水及時(shí)排出。

抗滑結(jié)構(gòu)：根據(jù)開挖過程實(shí)際情況，在局部邊坡打入土釘，提高邊坡的穩(wěn)定性。

圖4 截水墻斷面圖（單位：m）

4.3 監(jiān)測監(jiān)控措施

監(jiān)測的部位包括開挖結(jié)構(gòu)面、邊坡和開口線上部土體，監(jiān)測內(nèi)容包括邊坡是否出現(xiàn)裂縫，裂縫的深度以及寬度變化情況、有無掉渣或掉塊現(xiàn)象，坡表有無隆起或下陷，坡表滲水量是否正常等。

由于沿基坑周邊基本無其他構(gòu)筑物，距基坑周邊布置位移觀測點(diǎn)，觀測點(diǎn)按圖5 埋設(shè)。

圖5 位移觀測點(diǎn)（單位：m）

5 結(jié)語

基坑開挖施工難度較大，危險(xiǎn)性較強(qiáng)，必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)方案和技術(shù)交底施工，嚴(yán)格控制基坑開挖坡度。施工降排水采用管井降水結(jié)合明排法進(jìn)行，經(jīng)穩(wěn)定性驗(yàn)算，開挖邊坡穩(wěn)定，滿足深基坑開挖要求。該技術(shù)方案的實(shí)施大大縮短了工期，節(jié)約了成本，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，為類似施工提供了經(jīng)驗(yàn)。