论某电站厂房基坑开挖技术

1 工程概况

某供水枢纽工程电站厂房基坑开挖是整个枢纽工程建设的难点和重点。东、西溪厂房的地质条件基本相似, 均为第四系淤泥、淤泥质粉细砂、沙层, 基坑底以下3m~5m下卧砂卵石层为承压水层, 连续分布, 与距厂址上游3km处有一长1km、宽600m的溃缺区相连, 江水与基坑底下层强透水层直接相通, 水力联系密切。东、西溪厂房分别为:149.95m×35m和161.75m×38m;两厂址处高程为▽+3.0m, 东、西溪厂房的最大开挖深度分别为:19.5m和21.5m, 基坑淤泥质土方开挖量共为16.0万m3。厂址处基坑外侧一边为已施工的水闸, 一侧为▽+10.0m江东洲。基坑开挖支护采用“地下连续墙+无缝钢管内支撑”的结构型式, 基坑底部承压水的浮力采用“旋喷桩局部封底+减压井降低地下水头压力”的支护方案。

2 厂房基坑开挖支护设计及其优化

厂房基坑开挖设计采用地下连续墙内支撑的结构型式, 即地下连续墙+无缝钢管的结构型式。支护采用800mm厚地下连续墙, 基坑内根据开挖深度的不同分别设置1~5层钢管内支撑, 上面两层支撑每道采用单条Φ600无缝钢管, 3~5层每道采用两条Φ600无缝钢管, 支撑的竖向间距为2.5m, 水平方向为3.8m或4.0m (每个连续墙槽段设置一道支撑) , 支撑长度为36.4m (西溪) 和33.4m (东溪) , 采用1000钻孔灌注桩作为钢支撑中间立柱。

在施工前期, 为保证工期、降低造价为出发点, 在不降低施工安全的基础上对原设计的钢支撑方案进行改进, 由原来的无缝钢管改为等强度代换的焊接钢箱梁, 再由钢箱梁支撑方案提出混凝土支撑梁的设想。优化方案是:根据开挖深度的不同分别采用1~4道混凝土内支撑, 支撑和围檩的截面尺寸为600×600mm或800×800mm, 支撑的竖向间距为3.0m~4.5m, 水平间距为12m (为3段连续墙槽段的长度) , 仍采用原1000钻孔灌注桩作为支撑中间立柱。

3 厂房基坑开挖施工

3.1 土方开挖施工

(1) 西溪厂房基坑支护、开挖遵循“分层开挖、先撑后挖、严禁超挖”的原则进行, 与支撑梁施工、减压井降排水及开挖道路填筑等工序相交叉, 主要采用反铲挖掘机开挖, 自卸汽车出碴, 建基面以上30cm保护层人工开挖。

(2) 厂房根据开挖深度的不同分别采用1~4层混凝土内支撑, 竖向间距为3.0m~4.5m, 通过对支撑的优化, 从根本上解决了空间不足机械无法进入工作面进行开挖施工的技术难题。每一层开挖时, 按上、下游和左、右岸分为四个工作面, 开挖施工时左右两个工作面同时向上游或向下游进行, 遵从对称开挖的原则, 以利于支撑梁和连续墙均衡受力。

(3) 根据基坑情况, 厂房地面高程为▽3.00m左右, 上下游各布置了一条出入基坑的出渣施工道路与基坑外的施工道路连接到一起, 基坑内的道路随开挖面的下降而改变下基坑道路的坡度, 直止开挖完成。大部分土方开挖利用反铲挖掘机开挖装车, 自卸汽车运输, 狭窄的部位或建基面以上的30cm的淤泥质土分别用小型反铲或人工开挖完成。

3.2 支撑梁施工

由于支撑梁施工与开挖是穿插进行, 既要提高早期强度又要保证质量, 缩短支撑梁施工工期, 加快开挖进度, 同时加强质量管理, 确保基坑开挖的安全。 (1) 通过优化配合比, 添加早强剂, 使砼强度在3天内达到C25; (2) 支撑梁钢筋笼的预制, 支撑梁的钢筋先在钢筋场内预制, 待钢筋绑扎时运到现场安装, (3) 集中资源进行支撑梁的施工, 工作面具备施工时, 2天内完成支撑梁的钢筋制安、模板安装和砼浇筑, 5天内拆模清理完成。

3.3 基坑降排水

厂房基坑开挖的允许高程要受到基坑内承压水位的制约。减压井降排水能否达到设计要求, 直接关系着厂房开挖的难度、进度和安全。因此减压井的降水效果是基坑能否安全开挖的决定要素。这就要求减压井在开挖时有较大的出水量, 以便能较快降低地下水位达到设计要求。所以在减压井的施工过程主要对成井质量进行控制, 施工前对减压井的施工工艺、反滤料、滤网、井管开孔和封边进行试验, 并对出水量进行估算, 以便能满足设计要求;开挖过程中尽可能降低井口高程。

3.4 基坑开挖监测

在基坑开挖过程中, 主要对连续墙体的位移、支撑梁的轴力和挠度、地下水压力、周围重要建筑物和大型设备的基础进行监测。掌握基坑支护体系及附近建筑物的受力及变形情况是否在设计值范围内, 若发现监测值发生异常或超过设计值时, 要根据预案采取措施;在施工过程中, 对支护体系、地下水以及附近建筑物进行了实施监测, 从而正确地指导基坑开挖施工。

4 开挖要点及技术问题的处理

施工道路填筑必须在支撑梁砼强度达到C25后进行, 填筑前用, 砂回填至梁面上10cm~20cm, 上覆埋厚铁板来避免支撑梁面直接受力。

每一层土方开挖前关键准备工作有: (1) 必须根据开挖高程与基坑内地下承压水水位对应关系进行对比, 地下水水压达到设计要求, 允许开挖;没有达到设计要求严禁开挖。 (2) 严格根据支撑梁的设计技术要求进行检查, 强度满足开挖要求后才准许开挖, 否则严禁开挖, 同时开挖严格遵循分层对称开挖、严禁超挖的原则。

西溪厂房基坑地质条件差, 覆盖层深厚, 基坑上游段有大片区域粉细砂与地下承压水相连, 水力联系密切。因此在厂房基坑上游段开挖过程中, 大面积呈现冒水涌砂现象。对冒水涌砂的处理步骤是: (1) 在冒水涌砂处覆盖粗砂碎石起过滤作用, 以免涌水带出砂造成基础较大的破坏, 使地下水出流稳定。 (2) 根据现场的具体情况挖排水沟与集水井, 把涌出的水用潜水泵抽排至基坑外。 (3) 根据设计要求, 深基坑开挖一块, 验收一块, 浇筑一块砼的原则, 设施工缝分块进行厂房底板砼的施工, 对混凝土仓面冒水较小的点用小管引出, 待浇筑一层混凝土后再将水管封闭;涌水较大处先挖深形成集水井, 集水井四面用钢模封闭, 顶部埋排水管, 排水管内放潜水泵抽水, 将水引到施工工作面以外, 以进行结构底板砼施工。 (4) 待底板砼浇筑完成并达到强度后, 对底板内预留的集水井进行回填灌浆。 (5) 开挖过程中, 加强对减压井的保护, 以免减压井破坏后的流水破坏开挖工作面。

5 结语

由于该厂房地质条件差, 地下水位高, 以及灌注桩的施工加剧了地基的软化, 空桩部分埋藏的水、泥浆丰富, 砼支撑多, 又有地基处理时高出建基面的钻孔桩影响, 同时四十个减压井随开挖时的降低井口及排水时的管路, 都给基坑开挖带来很大的干扰。为保证开挖的顺利进行, 必须对以下几方面进行控制: (1) 严格控制挖土程序、挖土速度, 并做好应急措施; (2) 在基坑开挖过程中, 建立工程监测系统, 做好对基坑支护体系的监测和控制; (3) 土方开挖前做好地下水的降压和基坑内的排水工作, 同时按设计要求检查混凝土支撑梁的强度能否满足开挖需要, 确保基坑开挖的安全; (4) 基面采取分块验收, 分块浇筑混凝土, 及时覆盖, 有利于基坑的安全和稳定。

摘要：本文针对工程实例, 提出了厂房基坑开挖支护设计优化方案, 主要论述厂房的基坑开挖技术, 对开挖要点及技术问题进行处理。

关键词：厂房,基坑开挖,技术