發電廠房基坑支護及基坑降排水措施

摘 要:本文以某樞紐工程的發電廠房為例，針對該工程水文地質的特點，簡要介紹廠房的深基坑支護和降排水施工技術措施。

關鍵詞:發電廠房深基坑支護降排水施工技術

中圖分類號:TM6文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)08(b)-0121-02

1 概況

某供水樞紐工程是合理調配水資源、為城鎮及工農業用水創造條件，結合發電，兼顧航運和改善水環境保護等綜合利用的樞紐工程，工程等級為Ⅱ等，主要建筑物級別為3級。樞紐工程由攔河閘、發電廠房、船閘、土壩等建筑物組成。左右岸各布置12孔攔河水閘，右岸及左岸各布置一座廠房，裝機容量分別為12MW和18MW，船閘布置在右岸，采用均質土壩連接。地震設防烈度為8度。

2 重點難點分析

(1)基坑工程的時空效應。基坑的平面形狀，開挖深度，周圍環境與荷載條件，暴露時間長短，都對其受力與變形有重要影響。支撐的安裝和拆除順序必須與支護結構的設計工況相符合，并與土方開挖和主體工程施工順序密切配合。

(2)基坑的變形控制。主要通過信息化施工，進行現場監測掌握、控制支護結構的變形量。如發現問題可及時采取措施，以保證基坑支護結構的安全。

(3)基坑工程技術復雜，涉及范圍廣，變化因素多，是建筑工程中最具有挑戰性的技術上的難點。

(4)巖土性質千變萬化，地質埋藏條件和水文地質條件的復雜性、不均勻性，往往造成勘察所的數據離散性很大，難以代表土層的總體情況，并且精確度較低，給基坑工程施工增加難度。

(5)在軟土、高水位及其他復雜條件下開挖基坑，很容易產生土體滑移、基坑失穩、地下連續墻墻體變形、支護結構嚴重漏水。

(6)基坑工程施工周期長，從開挖到完成地面以下的全部隱蔽工程，其安全度的隨機性較大，事故的發生往往具有突發性。

3 基坑支護

基坑開挖，采用在砼地下連續墻+鋼支撐支護保護下施工方案。砼地下連續墻壁厚0.75m，深29.4m，左、右側墻長160.85m，左右側墻間距36m。墻頂高程▽0.5m，開挖底面高程▽-16.3m。兩墻之間采用φ600mm鋼撐桿支撐，共有鋼撐桿376根，合計重約1322.78t。φ600mm立柱鋼管樁71根，240.2t。

采用Ф600壁厚10～14mm的鋼管作支撐，共計376根，水平間距為4.0m。其中水平支撐從上至下設五道鋼管支撐。第一、第二層鋼管支撐為1Ф600＠4.0，第三、第四、第五層鋼管采用2Ф600＠4.0。水平聯系鋼管為1Ф600壁厚12mm。中間鋼管立柱為2Ф600＠4.0壁厚12mm，(其中一根頂高程▽－1.3，另一根頂高程▽－7.80)，內灌C25砼，共計70根。支撐的鋼支架采用角鋼和焊接鋼板組合，角鋼型鋼規格為∠200×18mm，重約25.78t;焊接鋼板規格為б=12mm，重約26.78t。

3.1 鋼支撐結構施工

根據設計要求，當開挖到第一層支撐的支托最低點以下50cm時，先安裝第一層支撐，待第一層支撐安裝完畢后，再開挖至第二層支撐的支托最低點以下50cm，依此類推，直到開挖至設計高程。施工過程按照“分層開挖，先撐后挖”的開挖原則，確保基坑開挖安全。

3.2 鋼管支撐安裝

鋼管柱由無縫鋼管制成，樁徑Ф600mm，壁厚12mm，樁長分別為27.6m和21.1m。在施工過程中，根據地質差異和施工反饋信息，對打入地下的深度進行調整。采用50t履帶吊機掛10t振動錘將鋼管柱振動沉入，到位后水氣聯合掏洗清空管內泥土，下導管澆筑水下砼，形成鋼管砼樁柱。

支撐Ф600鋼管有三種規格，分別為δ=10mm、δ=12mm、δ=14mm組成，單根長為18.6m。鋼管支撐每根重約3.04～3.84T，在加工廠集中加工焊接至設計長度，同時焊好加力頂托，再整體吊裝。施工時，用50t履帶吊將鋼支撐吊放到基坑內，先吊放至支架上，并調整位置，經反復核對中心線后，根據設計要求施加預應力，然后與鋼立柱連成整體支撐。鋼支撐體系由鋼管砼立柱、無縫鋼管、連續墻預埋鋼板、托架組成。每道支撐形成一個平面支承系統，平衡基坑開挖后基坑外土體施加于地下連續墻的水平力。

鋼支撐系統安設程序:①挖土前按設計位置打下無縫鋼管立柱。②沿基坑開挖出縱向鋼支撐位置，露出無縫鋼管立柱。③在無縫鋼管立柱上放樣并焊上三角托架，焊接立柱的接頭，安裝縱向聯系鋼管。④沿連續墻內側，開挖出溝槽，露出預埋鋼板位置，測量放樣后，鑿除表面砼，露出鋼板，焊上三角托架。⑤開挖出每一道橫向鋼支撐位置后，安裝橫向鋼管支撐。安裝時先將橫向鋼管支撐吊放在托架上，調整好鋼管的位置，然后將一端與連續墻面預埋鋼板固定，另一端施加預應力，達到設計要求時，將其固定在連續墻預埋鋼板上，之后，再進行立柱與支撐鋼管焊接施工，如圖1示。

支撐安裝和開挖施工同時交叉進行，二者必須相互配合，現場狹小時，組織協調工作尤其重要。

3.3 支撐更換與拆除

支撐更換采用先撐后換的施工方法。

(1)底層支撐更換:在下層混凝土澆筑時預埋換撐鋼板，當下層砼強度達到設計要求后，用斜撐進行支護，拆去待澆層支撐。

(2)中部支撐更換:中部換撐根據混凝土澆筑層的厚度進行換撐工作，采用先支撐后拆除的方法，在混凝土澆筑后一定強度時進行支撐，并對支撐施加預應力，然后拆去待澆層支撐。

(3)支撐系統拆除:用吊機分節吊出基坑，其拆除程序如下:起吊鋼絲繩將支撐扣扎并收緊→安放千斤頂施加頂力→撬松及拆除鋼楔→解除預頂力→拆除鋼支撐→拆除鋼圍檁及托架→分批吊出基坑。

3.4 基坑支護監測

(1)連續墻頂位移測點的布設及監測方法

為了監測在基坑開挖過程中連續墻頂位移的變化情況，在基坑長度方向廠房兩側的連續墻頂按設計要求設置位移觀測點。每組監測點在基坑開挖前事先測點偏移初設值的變化來確定墻頂位移的。我們設監測點向基坑內偏移為“+”，向基坑外偏移為“-”。

(2)鋼支撐軸力計布設及監測方法

根據設計要求安裝支撐反力計，對鋼支撐所受軸力進行測定。支撐的軸力監測是通過振弦讀數儀測出反力的頻率變化量，而后換算反力計所受的軸力。因反力計一端與連續墻相接觸，另一端與支撐梁相接觸，所以反力計所受軸力即為支撐所受的軸力。

(3)鋼支撐斷面應力觀測點布設與監測

鋼筋應力計通過電焊使其固定在支撐梁跨中斷面的觀測點上，支撐梁跨中斷面的應力監測也是使用振弦讀數儀測出鋼筋應力計的頻率變化量后換算出支撐梁跨中相應點所受的應力。

4 基坑降排水措施

4.1 基坑排水措施

排水包括開工前與施工中場地地面水的排除及從基坑開挖到基坑混凝土施工前基坑涌水、積水的排除。施工前做好施工場區內的排水溝，沿基坑四周布置，在出渣道路外側，距連續墻14m。排水溝斷面為1m×1m。

基坑底部排水溝沿連續墻邊和廠房進出口坡腳處布置，集水井布置在進口段和出口段離開邊坡腳不小于0.3m的地方。基坑四角或每隔20～40m設置一個集水井，井底面比排水溝底面低1m以上;排水溝底面比挖土底面低0.5m，保證縱向排水坡度不小于2‰;排水溝與集水井截面根據基坑涌水量Q和排水量V確定，并且V≥1.5Q;廠房基坑采用分層開挖，采用分層排水措施。

4.2 廠房基坑降水措施

廠房屬于深基坑開挖，基礎土層為淤泥質粘土，滲透系數小，進行深層降水時，采用深井泵結合真空泵降水。共布置60個排水減壓井，單井深約23m，外徑1000mm，內徑400mm，井內側為Ф400PVC排水花管，外側為反濾料。配備2套真空吸水泵系統，每井布1根φ42mm真空吸管。根據地質條件擬采用鋼護筒鉆孔，如采用泥漿護壁在井壁易形成板結弱透水區，影響透水效果。采用真空深井井點降水，變重力集水為真空集水，使滲透系數較小的淤泥質粘土釋水能力大大提高，降水效果穩定可靠。

(1)施工順序

井位放樣，定位→安設鋼護筒→振沉鋼護筒、洗孔→回填井底砂墊層→吊放Ф400PVC排水花管→回填管壁與孔壁間的反濾層→拔除鋼護筒→洗井→安裝抽水設備及控制電路→試抽水→進行正常降水作業→降水完畢石渣封井。

(2)減壓井施工

根據設計圖紙要求進行測量定位，用振動錘將Ф1000mm的鋼護筒振沉至設計深度。使用脈沖水，反循環法清洗孔內泥沙。減壓井的濾水管采用Ф400mmPVC花管，成孔后立即安裝花管，花管整體吊裝。花管與鋼護筒填充粒徑大于濾網孔徑的砂濾料。填筑砂濾料利用Ф80鋼導管下料，一次連續完成，從底填到井口下1m左右，上部采用粘土封口。PVC管花管、反濾料施工成后，用振動錘振抜出鋼護筒。安裝真空吸水系統，安裝完畢后進行試抽，一切滿足要求后轉入正常工作。

5 結語

實施深基坑降排水的工程項目，不管其降排水方案多么周密、完善，在基坑土方開挖與支護的過程中，出現局部地質變異性大、局部流沙或涌水、積水現象也是在所難免的，應先充分考慮相應的應急預案或處理措施也是很有必要的。因此，各個工程的具體降排施工方案，必須依其水文地質資料和周圍環境情況，進行深入細致地分析論證和設計，方可得出合理、可行的深基坑降排水施工技術方案或措施。