船閘深基坑開挖支護與降水施工分析

◎朱啟 安徽省引江濟淮集團有限公司

深基坑開挖是船閘工程施工的重點和難點。尤其是在臨水條件下的基坑開挖，所在地質條件更加復雜，不確定因素也更多，往往導致施工難度加大。在船閘工程施工中，基坑開挖需要綜合考慮水文地質條件、基坑大小、周圍建筑物等。再選擇出有針對性的基坑支護方法和降水技術，可以為船閘工程施工創造一個安全的施工環境，從而更好的保障施工質量[1]。本文結合東淝河船閘工程，開展船閘深基坑開挖支護與降水施工的分析研究。

1.工程概述

東淝河船閘工程是引江濟淮東淝河樞紐的重要組成部分，樞紐為引江濟淮八大樞紐之一。東淝河船閘位于安徽省淮南市，緊鄰淮河。船閘設計最大船舶噸級為2000t級，閘室有效尺度280×34×5.6m（長×寬×門檻水深）。主要工程內容包括閘室、上下閘首、引航道、導航墻、靠船結構物等。本工程深基坑施工主要包括截滲、支護、降排水和基坑開挖。基坑挖方量約52.6萬m3，開挖深度最深約20m，屬于超過一定規模危險性較大的深基坑。

2.截滲施工技術應用

船閘主體基坑開挖深度最大約20m，主要為粉砂和粉土，顆粒較細，滲透性相對較強，易發生流土和管涌現象，特別當復線船閘通水通航時，對于基坑穩定的影響更大。因此在基坑開挖前采取截滲墻施工技術，截滲墻采用C30素混凝土作為船閘主體垂直防滲設施，全長1462m，墻厚80cm，面積約21930m2。頂標高設置在高程19.64m馬道上，其中上下游導航墻處頂標高根據實際情況略作調整，采用四面包圍布置；底標高根據現場實際情況，穿透砂層與強風化巖入中風化巖1.5m，平均深度15m，見圖1。

圖1 截滲墻結構示意圖

2.1 導墻施工

導墻采用現澆鋼筋混凝土結構，單側寬度1.0m，墻深1.8m。平面位置的容許偏差為±10mm，導墻內表面之間的凈距根據截滲墻設計厚度采取外墻各外移加大50mm的做法，即采用900mm寬度，導墻內壁面允許偏差為0.5%。導墻內表面之間的凈距根據截滲墻設計厚度采取外墻各外移加大50mm的做法，即采用900mm寬度，導墻內壁面允許偏差為0.5%。

導墻外側應采用粘土回填，土方回填采用挖掘機回填，人工配合的方法，分層回填厚度每層回填虛土不得大于350mm。回填時，要求混凝土強度達到設計強度的75%。回填過程中，采用電動振動沖擊夯進行夯實，每層夯實遍數不得低于3遍，壓實系數不得低于0.94。

2.2 泥漿制備

根據經驗及周邊的地質情況，將采用優質鈉基膨潤土進行預水化后加以制備。施工期間，控制槽內泥漿面在導墻下20cm，并高出地下水位0.5m，以防造成槽壁坍塌。在容易產生泥漿滲漏的土層中施工時，適當提高泥漿粘度（可摻入適量的鈉羧甲基纖維素），增加泥漿儲備量，并備有堵漏材料[2]。

2.3 成槽施工

成槽施工采用雙輪銑槽機成槽和抓斗機成槽兩種方法。成槽施工前，根據現場施工需要及設計圖紙對單元槽段進行劃分，按規范要求[3]，單元槽段的長度可為4m～8m。本項目單元槽段劃分按7m一段，根據重新劃分的槽段進行成槽施工。

2.4 導管安裝

吊放澆筑架，接導管，采用兩根導管，導管口距孔底約為30～50cm，不宜過大或過小。在導管內放入隔水球膽，球徑為Φ250mm。導管采用Φ250管，單根Φ250管澆筑范圍為4～4.5m。在槽口吊放泥漿泵，接好泥漿回收管路，直通泥漿箱。

2.5 混凝土施工

混凝土型號為C30素混凝土，坍落度為180～220mm。導管埋深應控制在2m～6m，當導管有4.5m左右埋管值時，應拆除一節導管，拆除的導管在指定位置沖洗干凈，堆放整齊，當砼不暢通時，可將導管上下提動，提動幅度在30cm左右。墻頂面混凝土高于設計標高0.5m。砼澆筑應連續進行，因故中斷時，不得超過30min。槽孔砼上升速度不得小于2m/h。澆筑過程中，后續砼應徐徐進入導管內，以避免把空氣帶入砼內，形成高壓氣囊。

3.支護施工技術的應用

3.1 雙排樁支護

上閘首南側、下閘首南側采用φ1.4m雙排鉆孔灌注樁支護，支護頂高程為17.0m。前排樁間距為1.6m，樁間布置φ0.8m水泥攪拌樁；后排樁間距為3.2m，排間距7m，樁頂設置一道1.4×9m（高×寬）冠梁，見圖2。

圖2 雙排樁結構圖

3.2 單排支護樁

閘室南側采用φ1.0m單排鉆孔灌注樁支護，支護頂高程為10.64m。樁間距為1.2m，樁間布置φ0.6m水泥攪拌樁，樁頂設置一道1.0×1.2m（高×寬）冠梁，見圖3。

圖3 單排樁結構圖

3.3 施工方法

鉆孔灌注樁采用旋挖鉆成孔，鋼筋籠在后場采用滾焊機制作，運輸車運至現場，采用吊車安裝鋼筋籠，導管法灌注水下混凝土。水泥攪拌樁采用三軸攪拌樁機施工，與鉆孔灌注樁樁咬合20cm共同支護。冠梁鋼筋在現場綁扎，模板采用組合鋼模板，由泵車泵送混凝土。

成樁時攪拌機鉆進速度一般控制在0.4～0.7m/min。攪拌機鉆頭提升速率按設計要求進行;當設計無要求時，則提升速率一般按0.5～1.0m/min進行控制。當提升至離整平高程0.25m或規定的標高處時停止噴漿。經常檢查輸漿管，防止泄漏及堵塞，管道長度以不大于50m進行控制。定期檢查使用的鉆頭，其直徑磨耗量控制在1cm內。

在一個區域內先將四周施工完成，再逐漸往中心打設。詳細記錄攪拌機每米下沉或提升的時間、灌漿停漿的時間;記錄時，深度誤差不得大于5cm，時間誤差不得大于5s。噴漿提升時若發生斷漿，則在輸漿管暢通后，在斷漿處往下0.5米位置重新噴漿提升。樁頂標高以下1米噴漿攪拌提升宜用慢速，且在樁頂標高處宜停止提升，攪拌數秒（一般控制在10秒左右），以保障樁頭密實。

鉆孔時，先緩慢進尺，當鉆頭全部進入土層后，方可全速鉆進。鉆進時時刻注意孔內水頭、泥漿指標的變化，并在加桿以及鉆進時提取鉆渣觀察、分析地層情況，以用于指導鉆進工作。鉆機宜采用快轉慢進的方式鉆進，對于淤泥質地質則可復鉆二三次防止縮徑。鉆進過程中，及時檢查鉆頭磨損情況，鉆頭尺寸不能滿足施工要求時應及時修補磨損鉆頭。鉆孔達到設計深度時，即可進行清孔，清孔以新鮮泥漿置換孔內漿液。清孔時不能直接往孔內加清水，防止直接沖刷孔壁引起坍孔。

4.降排水施工技術的應用

本工程基坑施工的降水工作主要采用降水井降水，排水采用明溝匯集至集水井集中排水。

4.1 降水井施工

4.1.1 鉆進成孔

首先進行鉆進成孔，鉆進中保持泥漿比重在1.15～1.20，鉆進中對地層要分層描述，確定降水含水層的確切層位和巖性。終孔深度達到后，即可清孔換漿，慢慢將泥漿調整到不大于1.05。

4.1.2 井管下放

井管應平穩入孔，完整無隙確保連接強度，以免脫落，為了保證井管不靠在井壁上和井管外有一定的填礫厚度，在濾水管上下各加兩組扶正器，保證環狀填礫間隙厚度大于150mm，過濾器應刷洗干凈，縫隙清楚，過濾器縫隙均勻。

4.1.3 填料清孔

按設計要求沿井壁四周回填濾料，下入鉆桿至離沉淀管底50cm，進行換漿，逐步調整泥漿比重到1.05左右時邊填邊測，一邊填一邊開小泵量泥漿循環。填料達到要求深度后停止。為了防止上部泥漿及降水直接滲入濾料內影響成井質量，填料結束20分鐘后，上部填土封閉井管外側。

4.1.4 洗井試抽

濾料回填后，應在8h內用潛水泵洗井，直至井水洗清達到規范要求為止。洗井時若出現井水中含有濾料，應停止洗井，檢查原因，及時進行處理[4]。試抽三個小時，測定井內水位及觀測孔水位變化，安裝水表測流量，預估降水試驗運行途徑，等水位恢復后積極配合抽水試驗。

4.2 排水系統施工

基坑排水主要是施工棄水和降雨積水，排水系統主要有排水溝、截水溝、集水井、排水泵等組成。

船閘基坑坡頂設寬0.3 m，深0.3m環形截水溝，溝底縱坡宜控制在1‰～2‰。與場地原有溝渠連通。防止地表大氣降水進入基坑，截水溝采用水泥砂漿抹面，防止沖刷破壞。

坑底設寬0.3m，深0.3m環形排水溝，溝底縱坡不小于1‰～2‰，每30～50m間距設集水井，同時隨土方開挖同步下移；每層土方開挖前先形成明排系統，將基坑內的水匯集于集水井后抽排至圍堰外。在開挖過程中隨時監測地下水位的變化。發現異常及時處理。如遇到大的地下水出露應及時采用排水、堵水措施，確保施工期間的基坑穩定。施工期間地下水位應降低至底板底高程0.5m以下，降水作業應持續至回填完畢。

排水溝底面應比挖土面低0.3m～0.4m，集水井底面應比溝底面低0.5m以上。為防止開挖排水溝和集水井導致基坑邊部變形增大，靠近基坑邊部的排水溝和集水井應與基坑邊部保持一定距離。

5.船閘基坑開挖的的方法

5.1 開挖方法

閘首區域按2m～2.5m/層，分層開挖至基底基坑土方按2m/層進行開挖，閘首區域分別由2#、14#閘室向閘首方向開挖，分層開挖至設計標高；閘室區域由兩端向中間開挖，開挖至標高10.64m時，底層預留4m，待各段閘室底板施工前分2層開挖至坑底。

5.2 土方開挖

基坑開挖首先開挖表土，一部分運至棄土區單獨堆放，以備棄土區覆蓋之用，一部分符合回填土質量要求的土方擇地臨時堆放，作為主體工程回填土表面鋪設之用。

基坑開挖時，在基底設計高程以上應保留不少于50cm的保護層土，在底板砼施工前再予以挖除。開挖完成后，即進行基槽檢驗，隨即進行基礎處理和墊層的澆筑。保護層土方采用人工開挖，避免地基發生擾動，開挖工作在下道工序準備工作完畢后突擊進行，采用人工開挖成堆，自卸車運輸的方法進行[5]。保護層土挖除后，立即進行墊層或基礎的施工，以防止雨水沖刷。

開挖棄土及時外運或按指定地點進行堆填，棄土堆筑時保持均勻上升，相鄰段高差不大于0.8m。棄土堆成規則形狀，邊坡不陡于1：1.5，堆高3～4m，頂面平整度不大于20cm，并設置不小于2%的橫坡。

5.3 邊坡防護

基坑開挖后土坡采用植物纖維毯護坡，巖坡面采用噴射砼護坡，厚度6cm。

5.3.1 植物纖維毯護坡

土方開挖后為防止邊坡坍塌，在邊坡成形后及時在坡面土層面施工植物纖維毯護坡，未成形邊坡采取覆蓋土工布或塑料薄膜等臨時防護措施。

植物植物纖維毯由5層結構組成，從上至下分別為定型網、天然植物纖維（秸稈與椰棕纖維）、草灌混合種子及輔料、專用紙、定型網。邊坡成型后，按上述結構依次進行植物纖維毯的施作。

5.3.2 噴射砼護坡

噴射砼護坡由錨桿、鋼筋網片、噴射砼作用組成。邊坡成型后人工使用鉆機鉆孔，孔位沿坡面按300mm×300mm進行布置，鉆孔完成后插入50cm長的錨桿，并注水泥漿，待注漿終凝后在錨桿上掛設直徑6mm雙向鋼筋網，與錨桿連接牢固。

噴射混凝土的順序為：自下而上，噴頭與受噴面距離控制在0.8～1.5m范圍內，射流方向垂直指向噴射面，為保證噴射混凝土厚度達到規定值，可在邊壁上垂直插入短鋼筋作為標志，在噴射混凝土初凝2h后方可進行下一道工序，此后連續噴水養護5～7d。

6.結語

目前引東淝河船閘工程深基坑開挖已基本完成，施工過程中沒有發生塌方、涌水等問題，基坑運行情況良好。綜上所述，文章結合東淝河船閘工程實例，分析了其基坑開挖支護與降水施工，分析得出，船閘深基坑危險性較大，施工難度高，為保證施工的進度安全，項目實施單位需要結合工程特性充分考慮基坑施工的要點和難點，做好截滲、支護、降排水和基坑開挖工序間的協調配合，此外基坑開挖中同時要注意做好基坑的安全監測工作，才能更好的保障施工質量。