水利工程基礎施工技術研究

蔣羅標

（廣東順水工程建設監理有限公司，廣東 佛山 528000）

高明區大沙二站重建工程建設地點位于高明區楊和鎮大沙圍內。主要為拆除原泵站，重新擴建大沙二站及相關配套設施。工程設計排澇流量為26.85m3/s，泵站規模為中型，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。根據實測資料統計，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，出現于1980年。經過總體評價，該場地地質構造和地基相對穩定，工程地質條件較差、較復雜，在充分考慮不良地質因素前提下采取相應的措施后，適宜該工程建設。

1 圍堰施工技術

為滿足施工期現狀大沙二站正常開機運行的要求，該導流明渠設計流量取值與原大沙二站設計排澇流量相同，即12.1m3/s。采用分期分段導流。一期上游圍堰須保證現狀大沙二站正常開機運行的要求，以現狀大沙二站澇區最高控制水位2.00m為堰前水位。一期上游圍堰總長207m，為減少對導流明渠過流斷面的侵占，場區西側采用鋼板樁圍堰（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1m厚拋石擠淤，迎水面采用塊石防護防沖，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，堰頂沿水面側設置一排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，迎水面設拋石護腳及干砌石護坡。

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挖掘機配10t自卸汽車運輸填筑，端進方式卸料，推土機鋪料，水上部分采用9t～16t輪胎碾碾壓密實。

2 基坑施工技術

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，安排專人從旁監管，嚴格遵守相關要求施工。當開挖接近基礎底板位置時，由人工配合機械完成最后的清槽和抄平，應采取妥善措施對邊坡處進行修整和加固，排除坍塌隱患。坑底人工開挖范圍為25cm～30cm，清理的土體由挖機快速帶離至妥善位置。基坑內土方開挖的分段范圍控制在15m～20m，單層開挖厚度在5m內，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排水后，開挖泵房基坑至高程-5.0m。當開挖至基底上15～25cm時停止機械挖掘，改為人工開挖，在基礎墊層施工前，須由人工快速挖除，確認無誤后及時進行后續作業[2]。

基坑邊坡采用分層臺階式放坡處理辦法，放坡系數控制為1∶2。每級馬道平臺寬度為2m，單級臺階高度為5m～8m。當深度超過5m的土石方開挖時，使用多臺反鏟挖掘機配合開挖，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、邊坡穩定度等進行監測，并嚴格要求人工與機械配合開挖和修坡，避免出現質量問題。碎石置換基礎預留厚20～30cm的保護層，復合地基預留50～100cm設置樁機施工平臺。

如果開挖土石方采用臨時堆土和回填土預留的方式，應根據開挖深度、邊坡位置、邊坡規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，及時對坑底進行抄平和修整，進行下一工序，減少坑底暴露時長。如果需要延長下一工序的作業間隔時間，坑底須預留20cm～35cm土層進行覆蓋，待需要進行下一道工序時再挖除。基坑周邊應減少使用重型設備，減少周邊對基坑的擾動且坑外周邊荷載應控制在15kPa內，坑邊排水槽旁設40cm土堆用于擋水，其用途是阻擋雨水，防止其進入坑內，在薄弱的邊坡處可以使用彩帶布來進行保護，圍堰位置同步進行加固防護，減少雨水沖刷。

2.2 基坑排水

初期排水主要是開挖范圍內的水塘積水及內涌內的明水，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河。

施工期經常性排水包括基坑范圍內雨水、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。集水坑低于底標高1.0m，分別在下游出水口、上游進水口左右兩側各設置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。由專人對現場進行不間斷巡視，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 基礎處理

拉森鋼板樁定位架采用焊接桁架式結構，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，通過定位架上的導向限位滑輪控制鋼管樁的沉樁位置。導向橫撐采用20#工字鋼，橫撐上均焊接限位滑輪。滑輪軸可在預留卡槽中移動，調節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生較大扭動，并直接決定了沉樁的垂直度。采用屏風法插打鋼板樁時，應根據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，第三次插打至導梁高度，待導架拆除后，第四次插打至設計標高位置，注意插打至設計標高上40cm時放緩速度，謹慎插打，以免插打過頭。

由于大部分建筑物基礎因地基承載力、沉降、沉降差、穩定和地基應力不均勻系數等不滿足規范的要求，因此根據不同部位采用不同的基礎處理方式。基礎處理在土方開挖后進行。

水泥攪拌樁基礎施工順序如下：樁位放樣→鉆機就位→檢驗、調整鉆機→正循環鉆進至設計深度→打開高壓注漿泵→反循環提鉆并噴水泥漿→至工作基準面以下0.3m→重復攪拌下鉆至設計深度→反循環提鉆并噴水泥漿至地表→成樁結束→施工下一根樁[3]。CFG樁基礎：采用長螺旋鉆孔、管內泵壓混和料成樁施工工藝，CFG樁施工工序如下：鉆機就位→混和料攪拌→鉆進成孔→灌注及拔管→移機→下一根樁。

2.4 基坑支護系統荷載計算

基坑支護結構在開挖后主要受外側水和土體壓力影響，具體的支護形式、位移以及入土深度等會左右外側壓力的影響情況。因此，在實際工程中，需要充分考慮拉伸鋼板樁復雜位移情況及應力重分部情況，對支護系統的參數進行綜合計算，以保證基坑內穩定性。

基于彈性支點法的樁身變形與內力計算如公式（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度和。

求取水平地基反力系數反證支護結構的精準度如公式（2）所示。

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

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

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

現場情況特殊，m取值見表1。

表1 常見土體m值取值范圍

2.5 土方回填

在建筑物達到設計強度后進行土方回填，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，用履帶式推土機攤平。鋪料方式、鋪料厚度、碾壓機械類型及質量、碾壓遍數和土料最優含水量等應通過試驗確定，每層松土層厚應大致相等，一般不大于40cm，夯實后填筑土壓實度按規范要求控制。當分段填筑時，段與段接合坡度不大于1∶2，段間或段與山坡間應視實際情況設數道接合槽。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流完成后，破堤拆除，施工時采用明挖法進行堤身開挖，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、下游堤段產生擾動，為保障堤防安全，在新老堤結合部位應階梯狀開挖，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。

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

土方填筑應分段、分層進行回填，鋪料方向與堤圍軸線平行。當填筑時，邊坡超填30cm，填筑完成后按設計體型和坡比進行整修。土方填筑采用施工準備、底基處理、分層鋪料、攤鋪整平、灑水、機械碾壓、檢驗簽證以及邊坡修整循環作業的方法施工[4]。

拋填石料塊質量為40kg～100kg，當拋填時應按照大小搭配。要求塊石石質堅硬，遇水不易破碎及水解，飽和抗壓強度不小于400MPa；不允許使用薄片、條狀以及尖角等開頭的塊石和風化石泥巖；塊石理砌質量做到表面基本平整，輪廓明顯，無松動現象。頂面標高誤差控制在+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

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。應嚴格按照上述要求，保證振搗后的混凝土性狀密實，結合效果較好。應避免澆入倉內的混凝土出現堆積的情況。如果進入倉內的粗骨料出現堆積，就應將其均勻鋪散，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部出現孔洞。在振搗過程中，應避免過度振搗或振搗不足。

在澆筑混凝土前，需要先在倉內設置倉面收倉線，相鄰收倉線間的間距為3m；可以采用在上下游面模板上設置壓條的方式來控制收面高程。在收面過程中，應使用抹具抹平澆筑時留下的腳印等痕跡，同時埋設下一層混凝土澆筑所需的插筋等。在混凝土澆筑完成后，應視情況進行灑水養護，養護的時間一般為澆筑完成后的12h～18h。混凝土凝固程度達到標準前，應保持倉面濕潤，達到標準后進行拆模，當拆模時應注意保護邊角。

在降雨天氣中進行露天混凝土的開倉澆筑應注意以下事項。首先，露天混凝土的開倉澆筑應在降水強度小于2mm/h的環境條件中進行，在澆筑過程中的降水強度大于2mm/h，應立即停止澆筑作業，并對已入倉的混凝凈土使用防水材料進行覆蓋，以防止雨水沖刷或稀釋混凝土。當降水情況滿足澆筑條件時，進行排水操作后，繼續進行澆筑作業。如果表面混凝土尚未初凝，就應對混凝土表面進行適當處理，再進行澆筑作業。

4 結語

水利工程中的基礎環境復雜且工程要求較高，往往需要采用復雜的技術手段進行基礎強化處理。根據既有工程的建設經驗，基礎施工的關鍵是排水處理、基坑施工與混凝土澆筑，施工人員在施工作業時，需要準確了解設計要求，按照相關的規定和標準完成操作，并根據工程實際情況采取質量風險防范措施，保證工程質量，延長水利工程壽命。