廖維剛

【摘 要】隨著城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平的高速發(fā)展，在市政工程中深基坑工程的比重不斷增加，而大量隧道項(xiàng)目和地下項(xiàng)目在傳統(tǒng)的深基坑施工過程中難以保障工程質(zhì)量，由于市政工程關(guān)系到民生和城市運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定，因此先進(jìn)施工技術(shù)的應(yīng)用更加重要。

【Abstract】With the high-speed development of the construction level of urban infrastructure， the proportion of deep foundation pit projects in municipal engineering has been increasing， and a large number of tunnel projects and underground projects are difficult to guarantee the engineering quality in the traditional construction process of deep foundation pit. Because municipal projects are related to people's livelihood and the stability operation of the city， so the application of advanced construction technology is more important.

【關(guān)鍵詞】水下開挖法；市政工程；深基坑施工

【Keywords】underwater excavation method； municipal engineering project； construction of deep foundation pit

【中圖分類號(hào)】U4 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）07-0187-03

1 引言

水下開挖法在沉管隧道工程和水工工程中應(yīng)用較多，由于該類工程難度大且專業(yè)性較強(qiáng)，因此對(duì)施工工藝和技術(shù)要求都相對(duì)較高。另一方面，由于城市化水平的不斷提升，市政工程的壓力日益增加，作為城市發(fā)展和運(yùn)作的動(dòng)力，隨著城市用地壓力愈發(fā)緊張，市政工程開始重視對(duì)隧道和地下工程的開發(fā)，但由于部分地區(qū)地質(zhì)環(huán)境較為復(fù)雜，特別實(shí)在超厚強(qiáng)透水地層進(jìn)行施工建設(shè)時(shí)，傳統(tǒng)的深基坑施工工藝難以有效保障工程質(zhì)量，常規(guī)的開挖法存在安全隱患，且工程造價(jià)也令財(cái)政部門難以承受。目前，盡管水下開挖法在市政工程中的應(yīng)用尚未普及，但隨著深基坑工程數(shù)量不斷提升，關(guān)于水下開挖法在市政建設(shè)中的應(yīng)用必將成為新的發(fā)展趨勢(shì)，通過研究水下開挖法在深基坑施工中的應(yīng)用情況，能夠積累理論與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)提升市政工程建設(shè)質(zhì)量具有重要意義。

2 水下開挖法的適用條件

水下開挖法更多適用于水工工程和隧道工程中，近年來隨著我國市政工程的建設(shè)環(huán)境日趨復(fù)雜，許多市政工程項(xiàng)目需要面臨深基坑施工的情況，傳統(tǒng)的開鑿工藝受到技術(shù)限制，難以保障工程項(xiàng)目的可靠性與施工質(zhì)量，特別是在南方一些地下水環(huán)境相對(duì)復(fù)雜的城市市政工程建設(shè)中，經(jīng)常面臨著高水位深基坑或基坑地質(zhì)環(huán)境存在透水地層的情況，進(jìn)而對(duì)施工工藝提出了改進(jìn)和創(chuàng)新要求[1]。水下開挖法在深基坑工程中的應(yīng)用是近年來用于解決市政工程技術(shù)難題的解決方案，要研究其應(yīng)用情況，首先要對(duì)水下開挖法的適用條件有正確的認(rèn)識(shí)[2]。

一般情況下，水下開挖法的應(yīng)用需要市政工程項(xiàng)目具備以下幾個(gè)基本特征：①工程施工地區(qū)臨近地表水系，地下水系發(fā)達(dá)或工程與地下水環(huán)境具有一定的聯(lián)系；②工程基坑分布有超厚強(qiáng)透水地層，傳統(tǒng)的豎直隔斷手段難以保障工程項(xiàng)目的正常建設(shè)，地層滲透系數(shù)較高；③基坑深度超過30m以上，普通的深基坑施工工藝難以適用。傳統(tǒng)的基坑施工工藝基本以隔斷方式來解決水系問題或以支護(hù)手段來應(yīng)對(duì)水平抗力，而水下開挖法本質(zhì)上是以一種“自平衡”工藝來解決深基坑施工過程中面臨的困難，能夠在一定程度上提升市政工程的抗風(fēng)險(xiǎn)能力和可靠性，相比傳統(tǒng)施工技術(shù)的工程造價(jià)也會(huì)顯著降低。筆者建議，施工團(tuán)隊(duì)在考慮水下開挖法應(yīng)用時(shí)，應(yīng)當(dāng)確保工程項(xiàng)目具備下述特征：首先，基坑深度大、面積可控，即開挖深度在30m以上，面積小于1000m2的工程；其次是工程要臨近于江河水系；最后是施工地帶地下水系發(fā)達(dá)，基坑與地下水或地表水系有一定聯(lián)系[3]。

3 A市風(fēng)井工程實(shí)例分析

3.1工程概況

本文以南方某副省級(jí)城市隧道風(fēng)井工程為例，闡述水下開挖法在市政工程深基坑施工中的應(yīng)用情況。該市（以下簡稱A市）過江隧道臨近長江沿岸，采用NS雙線盾構(gòu)法進(jìn)行建設(shè)。該隧道N線長4396m，S線長5840m，隧道內(nèi)徑12.85m，盾構(gòu)隧道外徑13.78m。其中該隧道的N線穿過江心的R島，市政規(guī)劃人員計(jì)劃在R島上建立一座風(fēng)井，作為人員疏散通道。其中風(fēng)井平面設(shè)計(jì)為圓形，內(nèi)外直徑分別為27.5m和30.2m。底板埋深22.756m，基坑深度46.213m，屬于超深基坑工程項(xiàng)目[4]。

3.2 施工方案及流程

由于江心水系環(huán)境復(fù)雜，施工場(chǎng)地土質(zhì)條件基本為粉質(zhì)黏土。下面為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人設(shè)計(jì)的基坑施工方案：風(fēng)井開挖深度46.213m，使用1.5m厚的地下連續(xù)墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)。為保障風(fēng)井結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及功能性，設(shè)計(jì)人員在基坑內(nèi)設(shè)置了多道環(huán)梁層，頂冠梁截面為1.5m*2.5m，環(huán)梁截面1.3m*1.6m。該項(xiàng)目風(fēng)井施工工序具體如下：①對(duì)江心隧道段進(jìn)行清場(chǎng)，保持施工現(xiàn)場(chǎng)平整度，為大型開鑿設(shè)備預(yù)留出空間，同時(shí)為避免河道水面上漲對(duì)施工造成影響，臨時(shí)對(duì)江心島設(shè)置圍堰擋板；②先對(duì)基坑的旋噴樁進(jìn)行加固，再進(jìn)行圍護(hù)連續(xù)梁和頂冠梁建設(shè)；③基坑開挖?；拥拈_挖順序設(shè)置為分層開挖，自上而下直到第三道環(huán)梁位置。在經(jīng)過工程單位檢驗(yàn)后確?；迎h(huán)梁強(qiáng)度達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)以后，再向基坑內(nèi)注水，使坑內(nèi)水位超出地下水位1.5m以上。在注水過程中如出現(xiàn)異常情況，如水位不受控制等情況，應(yīng)由項(xiàng)目經(jīng)理及時(shí)叫停并回灌護(hù)臂液漿以保障基坑穩(wěn)定。④開挖完成后對(duì)坑壁和基底進(jìn)行清理，使內(nèi)壁和坑底保持平整后進(jìn)行混凝土澆筑對(duì)基坑進(jìn)行封底，最后清理積水完成全部工作[4]。

4 F市站區(qū)間風(fēng)井工程實(shí)例分析

4.1 工程概況

F市位于我國東南沿海地區(qū)，市政部門計(jì)劃在市內(nèi)某地鐵站區(qū)建設(shè)一處風(fēng)井工程，設(shè)計(jì)開鑿深度約45m，長寬分別為26.8m和19.5m。F市所在地土層結(jié)構(gòu)自下而上分別為卵石層、砂層、素填土和雜填土。臨近區(qū)域地下水系復(fù)雜，相對(duì)水深約為3.6-5.8m，水位標(biāo)高4.2m-8.5m，風(fēng)井項(xiàng)目屬于超深基坑工程，且水位互補(bǔ)關(guān)系明顯。經(jīng)工程組研討決定，該站區(qū)間風(fēng)井項(xiàng)目采用水下開挖法進(jìn)行施工[5]。

4.2 施工設(shè)計(jì)方案

設(shè)計(jì)初期為降低風(fēng)險(xiǎn)，選擇了減壓排水法與懸掛圍護(hù)相結(jié)合的處理方案，基坑尺寸為26.8m*19.5m，深度45m，圍護(hù)墻厚度1.5m。地下連續(xù)墻的施工需要進(jìn)行槽壁加固，封底采用三翼高壓旋噴設(shè)備，直徑850mm，樁心間距650mm，使用降水井進(jìn)行排水減壓。在方案論證階段，要首先對(duì)基坑排水情況進(jìn)行試驗(yàn)并記錄數(shù)據(jù)，再將經(jīng)核算后的成果進(jìn)行論證。降水井的設(shè)計(jì)方面，采用直徑0.295m降水井設(shè)備，單位降水能力為5000m3/d。依據(jù)工程規(guī)模需求，至少需要同時(shí)布置12口降水井才能滿足布井需求，但受到基坑尺寸限制，無法滿足工程降水井布置要求。費(fèi)用方面，據(jù)工程造價(jià)部門計(jì)算，該基坑每日降水量打到60000m3以上，按6個(gè)月的工期計(jì)算，該項(xiàng)目共需要電費(fèi)330.85萬元。

水下開挖施工使用兩級(jí)開挖法，首先對(duì)第一級(jí)已封底的基坑進(jìn)行降水，然后在第二級(jí)基坑采用水下開挖。具體流程如下：①第一級(jí)基坑開挖，加固基底和地墻并進(jìn)行降水操作；②向基坑內(nèi)注水使其超過坑外地下水位1m以上，開挖至二級(jí)基底；③進(jìn)行水下混凝土澆筑并封底；④對(duì)基坑進(jìn)行清理并鑿除殘留的砂質(zhì)和泥漿，同時(shí)對(duì)項(xiàng)目穩(wěn)定性進(jìn)行檢驗(yàn)，在風(fēng)井內(nèi)進(jìn)行風(fēng)道和緊急通道建設(shè)[7]。

5 水下開挖法在市政工程深基坑施工中的應(yīng)用情況

5.1 水下開挖工藝

在A市風(fēng)井工程中，水下開挖法使用的是高壓旋噴機(jī)具作為開鑿設(shè)備，使用的是三翼鉆頭進(jìn)行施工。在開挖時(shí)先在旋噴器上安裝三翼鉆頭，旋噴機(jī)在工作時(shí)會(huì)對(duì)土體施加高壓水流，再配合三翼鉆頭的攪動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生對(duì)土體的切割和粉碎作用，可將黏土轉(zhuǎn)化為質(zhì)地均勻的泥漿。隨后聯(lián)動(dòng)低壓旋噴器和高壓水泵，保持下沉幅度和旋轉(zhuǎn)進(jìn)度的同步，最后待工用黏土全部打碎為泥漿后，將潛水渣漿崩放在旋噴設(shè)備一側(cè)進(jìn)行排漿。開挖的過程要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)順序進(jìn)行，并且速度要控制在1.2-1.5m/d，開挖的過程中基坑內(nèi)的水位要始終保持高于地下水位1.5m。所有參與水下基坑開挖的設(shè)備相對(duì)深度高差不應(yīng)超過1.2m，才能保持開挖面的平整均勻，保障風(fēng)井質(zhì)量。

5.2 深基坑養(yǎng)護(hù)與抗浮底板設(shè)計(jì)

施工過程中降水和地下水環(huán)境的變化可能導(dǎo)致坑內(nèi)積水，此時(shí)坑底的水壓高出承載負(fù)荷，在封底和接縫處容易出現(xiàn)滲水問題，可能造成安全隱患，因此有必要在接縫處或圍護(hù)墻外增設(shè)抗剪槽來分擔(dān)水平壓力。其具體設(shè)計(jì)方案見圖1。除抗浮底板外，施工部門還應(yīng)當(dāng)重視對(duì)基坑的清理，在澆筑后殘存的泥漿和雜質(zhì)會(huì)破壞土層均勻性和平整度，應(yīng)當(dāng)由專業(yè)的水下清理人員攜帶高壓水槍或刷壁器對(duì)基坑護(hù)壁和底層進(jìn)行清除，保障封底與地下連續(xù)墻的承接度，提升建筑穩(wěn)定性。

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圖1 抗剪槽設(shè)計(jì)示意圖

5.3 混凝土澆筑

混凝土澆筑時(shí)基坑開挖的后續(xù)步驟，如果市政工程項(xiàng)目選擇了水下開挖工藝，則混凝土澆筑的流程也要隨之發(fā)生改動(dòng)。水下混凝土澆筑需要使用導(dǎo)管將已經(jīng)攪拌完成的混凝土輸送到基坑內(nèi)提前設(shè)計(jì)好的位置進(jìn)行澆筑，在業(yè)內(nèi)也被稱為“滿堂紅”。一般情況下水下混凝土澆筑使用的導(dǎo)管為專門生產(chǎn)的內(nèi)徑25cm，外徑35cm的無縫鋼管，導(dǎo)管的鋪設(shè)間距保持在4-5m，澆筑的過程要反復(fù)控制導(dǎo)管的位置，并且對(duì)澆筑情況進(jìn)行測(cè)量。首次澆筑之前要對(duì)每根導(dǎo)管的灌注量進(jìn)行計(jì)算，按照由外向內(nèi)的順序進(jìn)行澆筑；導(dǎo)管的位置調(diào)動(dòng)嚴(yán)格依據(jù)事先計(jì)算好的標(biāo)高進(jìn)行處理，要保證定位的準(zhǔn)確以及導(dǎo)管升降幅度的協(xié)同性。中間要對(duì)每次澆筑的混凝土材料用量以及導(dǎo)管位置進(jìn)行記錄和測(cè)量，并在下一次澆筑時(shí)進(jìn)行調(diào)整，保障水下混凝土澆筑的質(zhì)量。最后，要對(duì)已經(jīng)基本成型的澆筑面進(jìn)行補(bǔ)救，使?jié)仓姹３制秸?、無裂痕。使用水下開挖法對(duì)混凝土澆筑的工藝要求很高，施工時(shí)要把握技術(shù)流程和要點(diǎn)，提升應(yīng)用質(zhì)量。

6 結(jié)論

水下開挖法適用于臨近地表水系和基坑地帶含透水地層的深基坑工程，在施工過程中要嚴(yán)格依照正確的施工工藝和作業(yè)流程進(jìn)行施工，做好水下開挖施工設(shè)計(jì)，混凝土澆筑和基坑地層的養(yǎng)護(hù)，秉承“自平衡”理念進(jìn)行深入研究，加強(qiáng)大面積、超深基坑的應(yīng)用調(diào)研，更好地推動(dòng)市政工程基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展。望本文研究內(nèi)容得到相關(guān)技術(shù)部門和施工企業(yè)的重視，在深基坑項(xiàng)目建設(shè)過程中做好實(shí)地考察，結(jié)合企業(yè)技術(shù)條件和施工現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)方案進(jìn)行反復(fù)的論證和調(diào)研，訂制出適合施工環(huán)境的技術(shù)方案，保障市政工程深基坑施工可控性與可行性。

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