淺談基坑支護在水利工程中的應用

王可可 李夢雅

一、引言

隨著我國水利工程建設的快速發展，基坑的開挖深度和規模也在不斷增大，一些大型水閘、泵站、水電站等工程的施工都會涉及到深基坑的開挖問題，施工過程中往往會受限于周邊建筑物或者地形而無法進行大開挖，這時就要借助基坑支護的手段來解決這類難題。近年來，基坑支護技術也取得了長足發展，從早期的放坡開挖發展了多種支護方式。本文以具體的水利工程為例，分析不同基坑支護形式在技術上的可行性和經濟上的合理性，以期為施工難題提供一個有效的解決思路。

二、基坑支護形式

基坑支護的形式主要包括放坡開挖及簡易支護、自立式支護、擋墻式支護及其他形式支護等。其中，擋墻式支護形式在實際工程中應用最為廣泛，以下簡要介紹幾種常見的擋墻式支護形式。

（一）型鋼水泥土攪拌墻

型鋼水泥土攪拌墻是一種復合擋土、截水結構，主要是在連續套打形成的水泥土攪拌墻中插入型鋼，以增強水泥土墻的承載力和剛度。其優點是既能擋土又能止水，適用土層范圍更廣，工序簡單，一般情況下較為經濟，但是位移及厚度相對較大。

（二）柱列式排樁

柱列式排樁的各單樁之間存在空隙，不能傳遞剪力以及橫向彎矩，需要通過腰梁和冠梁來進行橫向聯系，如果基坑較深或者對支護結構位移控制較為嚴格時，也可在排樁腰梁處加設錨桿，當地下水位較淺時，還需要增設截水帷幕輔助基坑施工。柱列式排樁支護具有支護剛度大、承載力高、變形小、穩定性好的特點，但是樁間存在空隙，必要時要增加截水帷幕，施工工序較為繁瑣。

（三）地下連續墻

地下連續墻主要是通過特定的施工機械施工成一定深度和寬度的槽后，然后澆筑混凝土形成單元槽段，各槽段互相搭接，最終形成一個連續的墻體，并且可根據需要在混凝土澆筑時加設鋼筋籠或型鋼，增加墻體的剛度和強度。地下連續墻剛度大，可以承受較大荷載，也可以止水，是一種常用的支護結構，但其施工較為復雜，工期較長，施工水平要求較高，且工程造價也較高。

三、工程案例

南四湖湖區某節制閘因不滿足正常運行需要拆除重建，該節制閘地面高程37.0～39.0m，建基面高程27.1m，基坑土層主要為兩層結構，上部為礫質重粉質壤土，下部為粉砂巖。由于歷史的原因，該節制閘兩側房屋眾多，且緊臨閘室施工空間有限，如采用放坡開挖，拆遷量大，移民費用過高，且拆遷困難，為減少對周圍建筑物的影響，盡量減少拆遷工程量，同時保證基坑穩定，考慮采取基坑支護的手段來輔助工程施工。

通過對工程閘址處的地質情況以及周邊的建筑情況進行分析，選擇了兩種支護形式進行比選，一種是灌注樁+錨桿，外側布置水泥土攪拌樁截滲墻的支護形式；另一種是地下連續墻+錨桿的支護形式。地質條件及計算參數如表1 所示。

表1 閘址處土層參數表

（一）方案一：灌注樁方案

灌注樁樁徑為0.6m，樁長10～12m，其中插入下部砂巖9.0m，樁底部高程低于建基面4m，水泥攪拌樁樁徑0.5m，樁長5～7m，樁距為350mm，錨桿間距為2.0m，傾角α=150°，自由段7m，錨固段13m，灌注樁頂部和中部分別設置冠梁和腰梁。其布置見圖1。

圖1 灌注樁支護斷面示意圖

（二）方案二：地下連續墻支護方案

地下連續墻厚度為0.6m，墻高16m，其中插入下部砂巖9.0m，底部高程低于建基面4m，錨桿間距為2.0m，傾角α=150°，自由段7m，錨固段13m，地下連續墻頂部和中部分別設置冠梁和腰梁。其布置見圖2。

圖2 地下連續墻支護斷面示意圖

針對兩種支護形式均采用理正深基坑支護設計軟件計算，方案一位移最大值為21.78mm，均小于北京、深圳、湖北等地方標準關于支護結構頂部最大水平位移允許值；整體穩定安全系數Ks=2.58，抗傾覆穩定系數為2.09，嵌固深度取值為4.0m，均滿足規范要求；方案二位移最大值為16.65mm，均小于北京、深圳、湖北等地方標準關于支護結構頂部最大水平位移允許值；整體穩定安全系數Ks=2.37，抗傾覆穩定系數為1.83，嵌固深度取值為4.0m，均滿足規范要求。

因此，兩種支護形式在結構計算上均是可行的，結合現場情況其施工工藝上也是可行的，故兩種方案在技術上均可行。

根據兩種方案支護形式的布置情況，計算出兩種支護方案的相應工程量，以及整個支護方案對應的總價和各自的單價，如表2 所示。

表2 基坑支護方案投資對比表

由上述計算可知，在技術上均可行的情況下，地下連續墻方案投資高于灌注樁方案，雖然地下連續墻整體性較好，安全性較高，但施工較灌注樁繁瑣復雜；灌注樁整體性及安全性也較好，且施工較為方便，需要的空間相對更小。考慮到該節制閘附近房屋較多，距離基坑較近，地下連續墻需要的施工工作面相較灌注樁大，施工機械進場困難，施工機械進場投資占比較大，經濟性較差。綜合考慮，本工程推薦采用方案一“灌注樁+錨桿”，外側布置水泥土攪拌樁截滲墻的支護形式。

四、結語

基坑支護技術在水利工程中得到了廣泛運用，但在實際施工過程中，由于基坑支護屬于臨時工程，施工費用較高，對整個工程的造價影響較大，需要因地制宜，根據不同的工程條件選擇合適的基坑支護形式，使之具有技術可行性和經濟合理性。同時必須重視對基坑支護結構施工全過程的控制，保證施工條件與設計條件一致，及時檢驗施工質量，加強后期監測，以保障水利工程的施工整體質量