三線船閘基坑工程支護結構方案研究

水庫設計是一項高度安全的設計，包括許多緊密的環(huán)節(jié)，如支撐和支撐、滲透、降水和挖掘土壤。如果特定連接失敗，整個項目就會失敗。同時，技術事故的發(fā)病率很高。這些事故主要表現(xiàn)為支架結構的重大位移、支架結構的破壞、基礎坍塌和大規(guī)?；瑒?，以及與基質相鄰的地下設施（管道和電纜）的變形位置造成的破壞、相鄰建筑物的破壞和倒塌，給人民的生命財產(chǎn)造成嚴重損失。本文就施橋三線船閘工程基坑施工分別論述防滲帷幕、降排水體系、土方開挖、觀測與監(jiān)控等相關技術,為船閘工程基坑施工提供參考。1結構體系設計施橋三線船閘位于現(xiàn)有一線船閘西側,兩閘中心距為100m。三線船閘級別為II級通航建筑物,設計最大船舶t級為2000t。船閘規(guī)模(口門寬×閘室長×門檻水深)為23m×260m×5m。上閘首基坑開挖底高程為-7.67m,閘室開挖底高程為-7.57m,下閘首開挖底高程為-8.47m。主體基坑最大開挖深度為17m。開挖土方的土質多為砂質土、粉質粘土、粉砂及其互層,土層的透水性較強。綜合考慮到船閘主體幾何尺寸、地質條件、水文條件、相鄰既有結構物的情況并及何土方開挖方式、開挖邊坡等因素,施橋三線船閘基坑周長1000m,采用封閉式防滲帷幕形式,共分5段,分別采用混凝土地下連續(xù)墻結構、雙排多頭攪拌樁結構、雙排多頭攪拌樁結構與高壓擺噴組合、單排多頭攪拌樁結構以及單排多頭攪拌樁結構(底?-12.0m)。下面分別介紹幾種常見的防滲及支護結構。1.1地面試驗確定除上閘首因東鄰運河,采用混凝土地下連續(xù)墻結構外,閘室及下閘首防滲結構采用多頭小直徑攪噴式水泥土防滲墻(h<21m),樁徑390mm,搭接采用全孔套接法,排與排采用交接搭接,水泥摻量15%,水灰比由現(xiàn)場試驗確定;當深度超過21m時,采用多頭小直徑+高壓擺噴組合防滲。1.1.1防滲墻體壓驗(1)多頭小直徑攪噴式水泥土防滲墻布設成雙排樁,排與排錯開梅花形交接;樁體單元幅之間采用全孔套接搭接。(2)防滲墻軸線布置。總體布置在?5.6m作業(yè)平臺。(3)防滲墻墻底高程。閘室底標高?-12.0m、?-14.4m、?-19.0m,上閘首底標高?-12.0m,下閘首底標高?-14.4m、?-19.0m。防滲墻頂高程?5.6m。(4)多頭小直徑攪噴式水泥土防滲墻的滲透系數(shù)應小于k=A×10-6cm/s(1<A<10),90d齡期的試塊應不小于0.5MPa,28d抗壓強度不小于0.3MPa。(5)固化劑采用P.C.32.5級復合硅酸鹽水泥,水泥摻入量不小于15%。配合比在試驗中水泥按15%、17%摻入比進行,并測定各級摻入比的滲透系數(shù)?？箟涸囼炄?0d齡期的試塊并應不小于0.5MPa,28d抗壓強度不小于0.3MPa。通過試驗合理調整水泥摻入比。(6)水灰比通過現(xiàn)場施工試驗確定,一般要求不低于1.2。(7)雙排墻體的有效厚度不小于450mm;墻體的垂直度誤差不大于0.5%。1.1.2施工技術措施(1)抗?jié)B墻機械施工①規(guī)格參數(shù)。選用符合設計要求的多頭小直徑攪噴式水泥土防滲墻機械。單個攪拌頭直徑390mm,攪拌頭軸距325mm,雙排成墻最小厚度450mm,幅與幅之間采用連續(xù)施工。②防滲墻體形式。見圖1。1.1.3窗簾效果測試(1)窗簾部分完成28d后,可在合適部位進行現(xiàn)場注水試驗,檢驗墻體滲透系數(shù),進行防滲效果總體評價。(2)窗簾部分完成28d后,選擇合適部位開挖探坑進行側向注水試驗。(3)窗簾部分完成28d后,可在非關鍵部位進行現(xiàn)場鉆心取樣,檢測墻體深度、連續(xù)性,并可按照深度分布取心樣進行強度和滲透性試驗。1.2擺噴防滲法施工采用多頭小直徑+高壓擺噴組合防滲,即上部20m由多頭小直徑攪噴式施工至21m,下部通過采用擺噴防滲至設計深度,相互搭接1m。防滲體系上部20m范圍內多頭小直徑攪噴式水泥土防滲墻布置和施工同上述方案,孔距1.3m,施工軸線位于多頭小直徑外側。見圖2。1.2.1水泥增強墻體防滲墻體施工先利用鉆機引孔至設計深度后,將噴具下至設計深度,通過高壓漿液切割造槽,控制擺動速度、噴嘴擺角及提升速度,經(jīng)過高壓漿液切割、攪拌、升揚置換等作用,利用水泥漿液充填槽孔,形成水泥土固結體防滲墻,高噴在多頭攪防滲施工一周后進行施工。1.2.2墻體滲透系數(shù)k根據(jù)設計要求,由一套高噴機組在下閘首按設計工藝參數(shù)進行高壓擺噴及高壓擺噴的高噴工藝試驗,高壓噴射防滲墻軸線距閘塘內側2.0m左右。高壓擺噴擺角35°左右,漿液壓力30～35MPa,提升速度13～15cm/min,擺動速度約12次/min,水灰比0.8～1.0;防滲墻的墻體滲透系數(shù)K≤1×10-6cm/s,90d成墻凝結體抗壓強度不小于2.0MPa(28d成墻凝結體抗壓強度不小于1.0MPa)。試驗施工時可根據(jù)實際情況選用以上參數(shù)并適當調整,以使試驗段高噴防滲墻體厚度、抗壓強度、滲透性滿足設計要求。試驗結束后,進行現(xiàn)場開挖檢查,檢查擺噴樁厚度、連接質量、墻體質量及擺噴樁直徑、連接質量、墻體質量等,各樁體質量滿足設計要求,將選定布孔方式、孔距、孔深以及噴射流量、壓力、轉速和提升速度等施工工藝參數(shù)報監(jiān)理工程師批準后,用于正式高噴施工。1.3上閘首支護結構本工程地連墻墻體總長116m,厚度60cm,墻體混凝土強度等級為C30;地連墻分槽段進行施工,槽段之間采用鎖口管連接方式,槽段主要設有3種類型:首開段(凹凹型)、標準段(凹凸型)和閉合段(凸凸型),另外在轉角處設置拐角段。上閘首支護結構由2道合并為1道,采用鋼筋混凝土地下連續(xù)墻結構,混凝土等級C30,墻體厚度60cm,頂標高▽5.6m,底標高▽-12.0m;總長約100m?；炷恋叵逻B續(xù)墻起到擋土和防滲雙重效果。1.3.1連墻施工(1)水下混凝土澆筑法本次60cm厚地下連續(xù)墻施工采用SG-30液壓抓斗成槽機沿劃分好槽段(槽段長為6.0m)的導墻中抓取土體,同時注入優(yōu)質泥漿進行槽孔護壁,待槽段挖至設計深度后,下設鎖口管及鋼筋籠,然后用導管法進行水下混凝土澆筑成墻,在混凝土初凝后起拔鎖口管。墻體混凝土澆筑根據(jù)槽段的長度采用單導管澆筑或者雙導管澆筑。(2)導墻混凝土澆筑高度①導墻的結構與施工。導墻斷面見圖3,導墻凈間距為地連墻墻厚加5cm,即65cm,可以連續(xù)為整條不分縫,如果分縫,對面縫應錯開5～6m;導墻根據(jù)其結構圖進行施工,采用C20混凝土,鋼筋采用直徑12mm的螺紋鋼;導墻頂面應高于地面10cm以上,以防地表水流入槽內稀釋及污染泥漿;導墻拆模后,應每隔2～3m在槽內用木方上下錯開對撐。在導墻的混凝土達到設計強度之前,禁止任何重型機械和運輸設備在其上碾壓或旁邊行駛,以免引起變形。②導墻轉角處需向外延伸,以滿足最小開挖槽段的需要,見圖4。③間隔法分段作業(yè)。待導墻混凝土拆模后,根據(jù)施工圖紙的要求進行槽段劃分、編號,并用紅漆在導墻頂面作標記。一般槽段每幅長約6m,首開槽段需考慮接頭管的尺寸,根據(jù)現(xiàn)場情況和設計要求也可適當放寬或減小槽段尺寸。測得墻頂高程,以控制挖槽時的槽深,并作為吊放鎖口管、鋼筋籠、澆筑混凝土的高程控制依據(jù),以滿足設計要求。施工采用間隔法,分單元、分段施工。1.3.2邊坡變形控制(1)地下連續(xù)墻接縫滲水,查明滲水部位,采用高壓擺噴對接縫位置進行封堵補強,必要時在漿液中摻入適量速凝劑。(2)在基坑開挖之前,準備土袋和井點降水設備,以及應急機械設備和人員。(3)開挖過程中如果出現(xiàn)邊坡變形過大或變形發(fā)展速率過快時,應立即停止相應范圍的土方開挖,采取坡角被動區(qū)臨時壓重,或設置應急支撐,以控制邊坡的變形發(fā)展。(4)如果出現(xiàn)土方邊坡坍塌,應立即停止挖土,對坍塌土方進行人工清除,加強該區(qū)域的降水力度和減少放坡的坡度。(5)如果基坑內隆起大于設計許可值,應立即停止相關的挖土作業(yè),降水井抽排水,必要時進行回填。1.3.3高壓旋噴旋噴法焊接部位基坑防滲帷幕采用多頭攪水泥土及混凝土地下連續(xù)墻結構進行搭接;為防止搭接部位連接不牢靠,擬采用高壓旋噴進行處理,確保接頭不漏水。搭接結構見圖5。高壓旋噴漿液壓力大于30MPa,提升速度13～15cm/min,旋轉速度約12次/min,水灰比1.0左右,水泥用量不小于500kg/m。2井點降排水設備現(xiàn)場應用在標高?-3.47m所在位置上外沿閘塘四周封閉布置深管井,先行降水,避免邊坡開挖時塌坡等現(xiàn)象,輕型井點降排水設備作為預防措施備用,并對邊坡鋪設土工布和袋裝土加以防護?；优潘畱h離基坑,并在施工時應采取明排措施,確保干地施工和基坑安全。2.1施工期間，地下水位得到控制見表1。2.2深水管道技術2.2.1井底層滲透系數(shù)根據(jù)設計地質資料,結合地質報告各層滲透系數(shù)統(tǒng)計值和區(qū)域內各土層滲透系數(shù)經(jīng)驗值,閘區(qū)土層滲透系數(shù)K取5m/d。采用均質含水層完整井計算基坑涌水量,管井最終頂標高位于?-3.47m平臺,井底高程上下閘首為?-18.0m;閘室為?-16.5m。。2.2.2施工深入基層先下閘首、上閘首、閘室。施工時先進行深井的施工,然后進行正式施工。施工期間密切關注抽水變化情況及觀測井水位,根據(jù)現(xiàn)場抽水試驗調整井間距和井深。2.2.3井管與濾料層成井采用正循環(huán)回轉鉆機,降水井結構采用內徑340mm、外徑400mm、最大井深23.6m,井管為無砂混凝土管,井外包扎一層80目尼龍濾網(wǎng)布。管壁與孔壁之間填濾料層,濾料采用1～2mm砂礫料回填,作為過濾層。施工中嚴格控制泥漿濃度、濾砂級配和洗井等施工環(huán)節(jié),確保管井質量,避免管井堵塞失效。采用粘質土回填深井,上部1m人工夯實。2.3抗塌坡段降水施工根據(jù)地下水位情況和深井降水效果,必要時為避免塌坡等現(xiàn)象可在邊坡?1.53m標高處布置輕型井點降水,尤其在上、下閘首部位的閘塘開挖基底較深處,增設輕型井點降水配合降水以確保干地施工。2.4基坑離子束缺少船閘基坑頂部四周和底部兩側設排水溝,與場地原有溝渠連通,排放基坑棄水和防止地表大氣降水進入基坑,排水溝采用水泥砂漿抹面,防止沖刷破壞。2.5土壤防滲措施(1)嚴格控制基坑四周的用水點。(2)坑四周修筑截水溝,防止人工或雨水流入坑內。(3)妥善處理各種管道滲漏水。2.6圍護墻內滲流井底定面本工程先進行了上下閘首的施工,在四周封閉的防滲帷幕內共設置了43口降水管井,按每口單井每日減去干擾出水量后按300m3/d,能夠滿足基坑每日滲水總量9600m3,能夠保證承壓水控制在基槽以下1.5m,滿足基坑水位降深的要求,同時考慮到周圍建筑物的影響,還有9口井不同時工作,只是起到協(xié)調輔助作用。從整個基坑排水方案實施的效果來看,均滿足了基坑干地施工的設計要求,達到了預期值。3基坑開挖順序閘塘東側地面標高在8.83m左右,西側地面標高在6.0m左右,閘塘最大開挖底高程分別為:上閘首?-7.97m,下閘首?-8.77m,閘室?-7.87m,開挖深度大約在17.5m左右,上下閘首開挖土方量各約9萬m3,閘塘約35萬m3,根據(jù)閘塘開挖深度與土質情況,可分級向下開挖,根據(jù)目前地貌情況,開挖順序為:下閘首、上閘首、閘室主體?；娱_挖土方采用機械開挖,由挖掘機挖土、自卸車運土工藝進行施工,從上下閘首、閘室放坡外運土方。注意做好土方調配方案。4基坑支護監(jiān)測基坑工程不僅是建筑工程的一部分受到重視,更因為基坑工程的安全涉及公共安全,如周邊建(構)筑物、管線和道路的安全影響到社會安全與群眾生活;其次,坑內大面積的開挖,卸去坑內土體的自重,造成坑底和周邊土的回彈?；庸こ膛c其他結構工程相比,不安全因素較多,所以基坑工程除認真周到的設計外,工程施工和使用過程的監(jiān)測顯得十分重要,通過施工中準確及時的監(jiān)測信息,判斷工程的安全狀態(tài),可以指導基坑開挖和支護,有利于及時采取應急措施,避免或減少破壞性的后果?；又ёo監(jiān)測一般包括:監(jiān)控點高程和平面位移的測量;支護結構和被支護土體的側向位移測量;基坑坑底隆起測量;支護結構內外土壓力測量;支護結構內外孔隙水壓力測量;支護結構的內力測量;地下水位變化的測量;鄰近基坑建筑物和管線變形測量。通過對基坑的監(jiān)測,基本上可以了解基坑的穩(wěn)定情況。因降水有可能造成地面附加沉降,為安全起見,基坑四周地面設置14個觀測點(船閘主體兩側各3個觀測點,東側布置在垂直防滲帷幕和地連墻上,西側埋設混凝土樁和觀測點,上下閘首各布置4個觀測點),以對地面沉降和地下水位進行監(jiān)測,確?；蛹班徑痪€船閘安全及其正常運營。若監(jiān)測地面沉降量較大,則須及時采取有效的保護措施,如立即減少管井抽水量,必要時設置回灌井(三線船閘東側布置7口觀測及回灌井,間距40m,頂標高5.6m,底標高?-10.0m,西側設置5口回灌井,間距約60m,頂標高5.6m,底標高0.4m,直徑與降壓井相同,可以根據(jù)具體情況適當