水利工程基礎(chǔ)施工技術(shù)研究

蔣羅標(biāo)

（廣東順?biāo)こ探ㄔO(shè)監(jiān)理有限公司，廣東 佛山 528000）

高明區(qū)大沙二站重建工程建設(shè)地點位于高明區(qū)楊和鎮(zhèn)大沙圍內(nèi)。主要為拆除原泵站，重新擴(kuò)建大沙二站及相關(guān)配套設(shè)施。工程設(shè)計排澇流量為26.85m3/s，泵站規(guī)模為中型，等級為Ⅲ等；主要建筑物為3級，次要建筑物為4級，臨時性建筑物為5級。根據(jù)實測資料統(tǒng)計，多年平均降雨量為1656mm，最大降雨量為2001年的2527.8mm，最小年降雨量為1991年的944mm，兩者相差2.68倍，其中，24小時最大降雨量為220.9mm，出現(xiàn)于1980年。經(jīng)過總體評價，該場地地質(zhì)構(gòu)造和地基相對穩(wěn)定，工程地質(zhì)條件較差、較復(fù)雜，在充分考慮不良地質(zhì)因素前提下采取相應(yīng)的措施后，適宜該工程建設(shè)。

1 圍堰施工技術(shù)

為滿足施工期現(xiàn)狀大沙二站正常開機(jī)運行的要求，該導(dǎo)流明渠設(shè)計流量取值與原大沙二站設(shè)計排澇流量相同，即12.1m3/s。采用分期分段導(dǎo)流。一期上游圍堰須保證現(xiàn)狀大沙二站正常開機(jī)運行的要求，以現(xiàn)狀大沙二站澇區(qū)最高控制水位2.00m為堰前水位。一期上游圍堰總長207m，為減少對導(dǎo)流明渠過流斷面的侵占，場區(qū)西側(cè)采用鋼板樁圍堰（長度約80m），其余段采用土石圍堰。如圖1所示。

圖1 一期內(nèi)涌圍堰橫剖面示意（1∶100）（單位：cm）

一期上游鋼板樁圍堰采用雙排鋼板樁中間填筑黏土圍堰方案，圍堰堰頂寬3.5m，堰前水位2.0m，圍堰頂部高程2.5m，迎水面及背水面采用拉森Ⅲ型鋼板樁，樁長9m，圍堰堰芯采用土方回填至高程2.0m。一期上游土石圍堰堰體采用開挖土填筑，下設(shè)1m厚拋石擠淤，迎水面采用塊石防護(hù)防沖，堰頂寬度為3.5m，堰前水位2.0m，堰頂高程2.5m，平均堰高2.9m。迎水面坡比1∶1.5，背水面坡比1∶1.5，圍堰采用土工膜防滲[1]。

大沙二站處高明河枯水期最高水位為3.43m，則一期外江圍堰堰前水位采用3.43m。堰體采用鋼板樁混合圍堰，圍堰軸線長150m，堰體主體采用土方填筑，為少占河道及減少土方用量，堰頂沿水面?zhèn)仍O(shè)置一排9m長拉森Ⅲ型鋼板樁，鋼板樁外露1m。考慮施工期道路通行，堰頂寬度采用5.0m，堰頂高程4.43m，平均堰高5.11m（含鋼板樁外露長度）。迎水面坡比1∶2.0，背水面坡比1∶2.0，圍堰采用土工膜防滲，迎水面設(shè)拋石護(hù)腳及干砌石護(hù)坡。

二期上游鋼板樁圍堰采用雙排鋼板樁中間填筑黏土圍堰方案，圍堰斷面形式同一期上游鋼板樁圍堰，圍堰軸線長30m。二期外江圍堰堰體采用鋼板樁混合圍堰，斷面形式同一期外江圍堰，圍堰軸線長74m。土石圍堰填筑采用1m3挖掘機(jī)配10t自卸汽車運輸填筑，端進(jìn)方式卸料，推土機(jī)鋪料，水上部分采用9t～16t輪胎碾碾壓密實。

2 基坑施工技術(shù)

2.1 土方開挖

土方采用分層分段模式，開挖過程須保持對稱，安排專人從旁監(jiān)管，嚴(yán)格遵守相關(guān)要求施工。當(dāng)開挖接近基礎(chǔ)底板位置時，由人工配合機(jī)械完成最后的清槽和抄平，應(yīng)采取妥善措施對邊坡處進(jìn)行修整和加固，排除坍塌隱患?？拥兹斯ら_挖范圍為25cm～30cm，清理的土體由挖機(jī)快速帶離至妥善位置。基坑內(nèi)土方開挖的分段范圍控制在15m～20m，單層開挖厚度在5m內(nèi)，分3層開挖，如下所述：第一層上邊坡為表面卸土和大堤開挖至高程4.0m；第二層為出水涵閘段開挖至高程0.0m；第三層為上游圍堰基坑內(nèi)排水后，開挖泵房基坑至高程-5.0m。當(dāng)開挖至基底上15～25cm時停止機(jī)械挖掘，改為人工開挖，在基礎(chǔ)墊層施工前，須由人工快速挖除，確認(rèn)無誤后及時進(jìn)行后續(xù)作業(yè)[2]。

基坑邊坡采用分層臺階式放坡處理辦法，放坡系數(shù)控制為1∶2。每級馬道平臺寬度為2m，單級臺階高度為5m～8m。當(dāng)深度超過5m的土石方開挖時，使用多臺反鏟挖掘機(jī)配合開挖，將土石方及時從基坑中清除，并由場地旁的重型運輸車送到指定棄土場。在開挖過程中須對邊坡系數(shù)、邊坡穩(wěn)定度等進(jìn)行監(jiān)測，并嚴(yán)格要求人工與機(jī)械配合開挖和修坡，避免出現(xiàn)質(zhì)量問題。碎石置換基礎(chǔ)預(yù)留厚20～30cm的保護(hù)層，復(fù)合地基預(yù)留50～100cm設(shè)置樁機(jī)施工平臺。

如果開挖土石方采用臨時堆土和回填土預(yù)留的方式，應(yīng)根據(jù)開挖深度、邊坡位置、邊坡規(guī)模以及棄土成分控制堆土至基坑距離，干燥密實土的距離≥4m，松軟土的距離≥5m且堆土高度不宜過高。開挖完成后，及時對坑底進(jìn)行抄平和修整，進(jìn)行下一工序，減少坑底暴露時長。如果需要延長下一工序的作業(yè)間隔時間，坑底須預(yù)留20cm～35cm土層進(jìn)行覆蓋，待需要進(jìn)行下一道工序時再挖除?；又苓厬?yīng)減少使用重型設(shè)備，減少周邊對基坑的擾動且坑外周邊荷載應(yīng)控制在15kPa內(nèi)，坑邊排水槽旁設(shè)40cm土堆用于擋水，其用途是阻擋雨水，防止其進(jìn)入坑內(nèi)，在薄弱的邊坡處可以使用彩帶布來進(jìn)行保護(hù)，圍堰位置同步進(jìn)行加固防護(hù)，減少雨水沖刷。

2.2 基坑排水

初期排水主要是開挖范圍內(nèi)的水塘積水及內(nèi)涌內(nèi)的明水，在基坑開挖前，利用配置的3臺110m3/h潛污泵將積水抽排至內(nèi)河。

施工期經(jīng)常性排水包括基坑范圍內(nèi)雨水、基坑滲水以及地基深層降水等，采用明溝排水的方式進(jìn)行排除。采用在基坑底形成集水溝、在集水溝兩端挖掘集水井的方法，具體尺寸如下：集水溝呈倒梯形，上口寬500mm，下口寬300mm，低于坑底0.5m。集水坑低于底標(biāo)高1.0m，分別在下游出水口、上游進(jìn)水口左右兩側(cè)各設(shè)置1000mm×1000mm×1000mm集水坑。每處集水坑放置1.1kW、12m3/h污水潛水泵一臺，集水后用潛水泵排出基坑上口外。

為保證基坑排水順利進(jìn)行，配備2臺潛水泵和獨立專用電纜，在每期開挖段旁同時配備2個以上的獨立配電箱，保證潛水泵獨立運行。由專人對現(xiàn)場進(jìn)行不間斷巡視，保證潛水泵運行正常。由于基坑滲水情況尚不明確，因此暫定5臺（含2臺備用）12m3/h小型潛污泵。

2.3 基礎(chǔ)處理

拉森鋼板樁定位架采用焊接桁架式結(jié)構(gòu)，安放在2根錨樁之間。2根錨樁均采用300mm×300mm槽鋼，定位架主橫梁采用45#工字鋼加工，通過定位架上的導(dǎo)向限位滑輪控制鋼管樁的沉樁位置。導(dǎo)向橫撐采用20#工字鋼，橫撐上均焊接限位滑輪?；嗇S可在預(yù)留卡槽中移動，調(diào)節(jié)滾輪和鋼板樁間的距離。限位滑輪保證鋼板樁在沉樁時不會產(chǎn)生較大扭動，并直接決定了沉樁的垂直度。采用屏風(fēng)法插打鋼板樁時，應(yīng)根據(jù)鋼板樁高度分幾次打入，第一次由8m高插打至4m，第二次由4m高插打至1m，第三次插打至導(dǎo)梁高度，待導(dǎo)架拆除后，第四次插打至設(shè)計標(biāo)高位置，注意插打至設(shè)計標(biāo)高上40cm時放緩速度，謹(jǐn)慎插打，以免插打過頭。

由于大部分建筑物基礎(chǔ)因地基承載力、沉降、沉降差、穩(wěn)定和地基應(yīng)力不均勻系數(shù)等不滿足規(guī)范的要求，因此根據(jù)不同部位采用不同的基礎(chǔ)處理方式?；A(chǔ)處理在土方開挖后進(jìn)行。

水泥攪拌樁基礎(chǔ)施工順序如下：樁位放樣→鉆機(jī)就位→檢驗、調(diào)整鉆機(jī)→正循環(huán)鉆進(jìn)至設(shè)計深度→打開高壓注漿泵→反循環(huán)提鉆并噴水泥漿→至工作基準(zhǔn)面以下0.3m→重復(fù)攪拌下鉆至設(shè)計深度→反循環(huán)提鉆并噴水泥漿至地表→成樁結(jié)束→施工下一根樁[3]。CFG樁基礎(chǔ)：采用長螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混和料成樁施工工藝，CFG樁施工工序如下：鉆機(jī)就位→混和料攪拌→鉆進(jìn)成孔→灌注及拔管→移機(jī)→下一根樁。

2.4 基坑支護(hù)系統(tǒng)荷載計算

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)在開挖后主要受外側(cè)水和土體壓力影響，具體的支護(hù)形式、位移以及入土深度等會左右外側(cè)壓力的影響情況。因此，在實際工程中，需要充分考慮拉伸鋼板樁復(fù)雜位移情況及應(yīng)力重分部情況，對支護(hù)系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行綜合計算，以保證基坑內(nèi)穩(wěn)定性。

基于彈性支點法的樁身變形與內(nèi)力計算如公式（1）所示。

式中：EI為鋼板樁抗彎剛度；y為鋼板樁在計算點位的水平位移；z為樁身長度；p（z）為鋼板樁所受外荷載強(qiáng)度和。

求取水平地基反力系數(shù)反證支護(hù)結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)度如公式（2）所示。

式中：K為水平地基反力系數(shù)；k為比例系數(shù)；z為計算深度；n為地基返利系數(shù)在深度變化下的指數(shù)；C為水平地基初始反力系數(shù)，通常視為0。

采用常規(guī)“m法”完成彈性支點最終計算，m值經(jīng)現(xiàn)場樁基水平靜荷載試驗并用公式（3）進(jìn)行計算。

式中：Hcr為水平臨界荷載；Xcr為水平臨界荷載作用下支護(hù)樁的臨界水平位移值；VX為樁頂位移系數(shù)；b0為計算寬度；E為鋼板樁抗彎剛度。

現(xiàn)場情況特殊，m取值見表1。

表1 常見土體m值取值范圍

2.5 土方回填

在建筑物達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后進(jìn)行土方回填，填土自下而上分層填筑壓實，每層填土的松土厚度盡量控制在30cm～40cm，利用自卸汽車將黏土料運至堤身填筑面，用履帶式推土機(jī)攤平。鋪料方式、鋪料厚度、碾壓機(jī)械類型及質(zhì)量、碾壓遍數(shù)和土料最優(yōu)含水量等應(yīng)通過試驗確定，每層松土層厚應(yīng)大致相等，一般不大于40cm，夯實后填筑土壓實度按規(guī)范要求控制。當(dāng)分段填筑時，段與段接合坡度不大于1∶2，段間或段與山坡間應(yīng)視實際情況設(shè)數(shù)道接合槽。堤身填筑后以人工修平堤坡，坡面鋪植草皮。

原大沙二站壓力涵管待導(dǎo)流完成后，破堤拆除，施工時采用明挖法進(jìn)行堤身開挖，開挖斷面底寬6.5m，開挖邊坡邊坡1∶2，堤頂處最大開挖高度約6.6m。在施工過程中堤防開挖可能對上、下游堤段產(chǎn)生擾動，為保障堤防安全，在新老堤結(jié)合部位應(yīng)階梯狀開挖，并對土層回填密實。原壓力涵管拆除完畢后，對堤身回填恢復(fù)。

根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》（GB 50286—2013），筑堤土料宜選用黏性土，黏粒含量為10%～5%，塑性指數(shù)為7～20，不含植物根莖、磚瓦垃圾等雜質(zhì)；填筑土料含水率與最優(yōu)含水率的允許偏差為±3%，滲透系數(shù)≤1×10-4cm/s；黏性土的填筑標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按壓實度確定，壓實度達(dá)到設(shè)計要求。

土方填筑應(yīng)分段、分層進(jìn)行回填，鋪料方向與堤圍軸線平行。當(dāng)填筑時，邊坡超填30cm，填筑完成后按設(shè)計體型和坡比進(jìn)行整修。土方填筑采用施工準(zhǔn)備、底基處理、分層鋪料、攤鋪整平、灑水、機(jī)械碾壓、檢驗簽證以及邊坡修整循環(huán)作業(yè)的方法施工[4]。

拋填石料塊質(zhì)量為40kg～100kg，當(dāng)拋填時應(yīng)按照大小搭配。要求塊石石質(zhì)堅硬，遇水不易破碎及水解，飽和抗壓強(qiáng)度不小于400MPa；不允許使用薄片、條狀以及尖角等開頭的塊石和風(fēng)化石泥巖；塊石理砌質(zhì)量做到表面基本平整，輪廓明顯，無松動現(xiàn)象。頂面標(biāo)高誤差控制在+10cm～-5cm；寬度誤差控制在+10cm～-5cm；平整度控制在+20cm～-10cm。

3 混凝土施工技術(shù)

在振搗過程中，使用的振搗工具為手持式振搗棒，振搗棒與模板間的間隔為有效半徑的0.5倍以上，相鄰振搗點間的間隔小于有效半徑的1.5倍。應(yīng)嚴(yán)格按照上述要求，保證振搗后的混凝土性狀密實，結(jié)合效果較好。應(yīng)避免澆入倉內(nèi)的混凝土出現(xiàn)堆積的情況。如果進(jìn)入倉內(nèi)的粗骨料出現(xiàn)堆積，就應(yīng)將其均勻鋪散，同時避免水泥砂漿覆蓋鋪散后的粗骨料，以免澆筑后的水泥內(nèi)部出現(xiàn)孔洞。在振搗過程中，應(yīng)避免過度振搗或振搗不足。

在澆筑混凝土前，需要先在倉內(nèi)設(shè)置倉面收倉線，相鄰收倉線間的間距為3m；可以采用在上下游面模板上設(shè)置壓條的方式來控制收面高程。在收面過程中，應(yīng)使用抹具抹平澆筑時留下的腳印等痕跡，同時埋設(shè)下一層混凝土澆筑所需的插筋等。在混凝土澆筑完成后，應(yīng)視情況進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)的時間一般為澆筑完成后的12h～18h?；炷聊坛潭冗_(dá)到標(biāo)準(zhǔn)前，應(yīng)保持倉面濕潤，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行拆模，當(dāng)拆模時應(yīng)注意保護(hù)邊角。

在降雨天氣中進(jìn)行露天混凝土的開倉澆筑應(yīng)注意以下事項。首先，露天混凝土的開倉澆筑應(yīng)在降水強(qiáng)度小于2mm/h的環(huán)境條件中進(jìn)行，在澆筑過程中的降水強(qiáng)度大于2mm/h，應(yīng)立即停止?jié)仓鳂I(yè)，并對已入倉的混凝凈土使用防水材料進(jìn)行覆蓋，以防止雨水沖刷或稀釋混凝土。當(dāng)降水情況滿足澆筑條件時，進(jìn)行排水操作后，繼續(xù)進(jìn)行澆筑作業(yè)。如果表面混凝土尚未初凝，就應(yīng)對混凝土表面進(jìn)行適當(dāng)處理，再進(jìn)行澆筑作業(yè)。

4 結(jié)語

水利工程中的基礎(chǔ)環(huán)境復(fù)雜且工程要求較高，往往需要采用復(fù)雜的技術(shù)手段進(jìn)行基礎(chǔ)強(qiáng)化處理。根據(jù)既有工程的建設(shè)經(jīng)驗，基礎(chǔ)施工的關(guān)鍵是排水處理、基坑施工與混凝土澆筑，施工人員在施工作業(yè)時，需要準(zhǔn)確了解設(shè)計要求，按照相關(guān)的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)完成操作，并根據(jù)工程實際情況采取質(zhì)量風(fēng)險防范措施，保證工程質(zhì)量，延長水利工程壽命。