韓小萍

(南海區(qū)住房城鄉(xiāng)建設(shè)和水利局， 廣東 佛山 528000)

某水利工程堤防水閘為箱涵式排水閘，為提升該排水閘在即將到來的汛期的防洪排澇效果，工程單位需要在枯水期完成排水閘改造施工，然而在工期緊、排水閘施工質(zhì)量難以評估等因素的影響下，導致在深基坑支護處理時無法直接應用預應力錨索、地下連續(xù)墻、全斷面回填等處理方式，工程單位決定先通過臨時搶險方案解決工期難題，從而利用空余時間完成永久穩(wěn)定的二期搶險，相關(guān)處理措施對同類工程具有參考意義。

1 水利堤防排水閘工程概況

某排水閘工程屬于某堤防加固重點工程，排水閘結(jié)構(gòu)為穿堤箱涵式排水閘，為提升排水閘可靠性，工程單位擬修建達到3級建筑物的新排水閘，主要結(jié)構(gòu)部分包括海漫、出口消力池、閘室、穿堤箱涵、進口護砌段等，水閘流量可達65 m3/s，長度為130 m，排水閘閘孔高度與寬度分別為4.5 m 和5.0 m，閘室底板具有18.36 m的高程；消力池結(jié)構(gòu)形式為混凝土扶壁擋土墻；穿堤箱涵包括5節(jié)結(jié)構(gòu)，分別為長度16 m的前三節(jié)，9 m的第四節(jié)以及10 m的第五節(jié)；箱涵與水閘基礎(chǔ)部位采取粉噴樁技術(shù)進行處理，尺寸參數(shù)為12.0 m樁長與0.5 m樁徑，布置間距為1.0 m。排水閘區(qū)域的地層結(jié)構(gòu)自下而上為上更系統(tǒng)的礫砂與中粗砂(沖積形成)、全新統(tǒng)的壤土(沖積形成)以及全新統(tǒng)的人工堆填土，各土層均為砂礫均為第四系；閘基置于壤土層上方，混凝土與基土相互間具有0.25的摩擦系數(shù)，中粗砂層作為持力層，用于承載閘基，承載力特征值需保持在300 kPa。

臨近排水閘新建工程的4號箱涵區(qū)域，設(shè)有一座高壓電線塔，塔底高程為26.54 m，與原有排水閘渠道坡頂間隔距離較短，僅相距2.69 m，既有新建方案中要求將懸臂式混凝土擋墻布置于邊坡部位。

2 深基坑施工期間的險情分析

排水閘新建工程開工之前，工程單位需要拆卸舊排水閘的渠道底板，基面高程為16.73 m。針對高壓電線塔帶來的影響，工程單位決定結(jié)合現(xiàn)場情況適當平移箱涵軸線。由于渠道建設(shè)范圍有限，經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)，平移距離僅能達到2 m，在底板拆除時需要按照分段分區(qū)的方式進行處理，并根據(jù)拆除進度同步開展支護回填工作，避免對排水閘周邊深基坑的平衡性造成影響。同時組織人員對關(guān)鍵點位進行定時觀測，確保高壓電線塔與排水閘墻體周邊不會受到明顯的擾動[1]。在現(xiàn)場施工階段，多種因素的共同作用導致施工人員需要沿水流方向?qū)⑴f排水閘渠道底板在只保留中心3 m范圍中部底板的情況下，整體拆除底板，后續(xù)對關(guān)鍵點位進行觀測得到數(shù)據(jù)結(jié)果如表1所示，結(jié)果表明，墻體出現(xiàn)少量位移，位移尺寸達到了厘米級[2]。

表1 觀測位移變化速率統(tǒng)計情況 mm·h-1

經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，舊排水閘建設(shè)完成時的渠道擋墻并無失穩(wěn)問題，后續(xù)建設(shè)完高壓電線塔時，新填土等產(chǎn)生的載荷由排水閘渠道底板、兩岸擋墻共同分攤，整體依然處于穩(wěn)定狀態(tài)，但與排水閘初始設(shè)計階段的工況存在較大偏差[3]。在新建排水閘期間，由于底板被整體拆除，原本由排水閘渠道底板、兩岸擋墻共同分攤載荷的平衡出現(xiàn)變化，導致?lián)鯄ν耆薪恿烁邏弘娋€塔產(chǎn)生的新增載荷，最終引發(fā)深基坑位移問題，急需工程單位進行深基坑搶險處理。

3 深基坑搶險處置方案

3.1 一期臨時應急搶險方案

針對排水閘重建期間引發(fā)的深基坑位移險情事件，工程單位通過現(xiàn)場調(diào)研與多方討論共同確定了依靠鋼結(jié)構(gòu)支護作為臨時處置措施阻止位移問題的一期方案，為后續(xù)的永久改造方案預留更多時間。在實際操作過程中，工程單位需要針對排水閘底板與電線塔擋墻之間進行處理，借助深度達4 m的深槽鋼處理現(xiàn)有底板，布置間距為4 m，槽鋼打設(shè)時需要確保底板嚴密抵靠；在此基礎(chǔ)上，施工人員需設(shè)置橫向支撐，支撐部件為間隔5 m布置的D300 mm鋼管，鋼管布置期間需要將兩端分別與底板槽鋼焊接、與擋墻底板連接。待鋼管布置完成后，施工人員需要將斜向支撐槽鋼布置于各鋼管斷面處，布置期間需要將鋼板錨固于舊擋墻部位，具體位置為間隔底板2 m的部位，并采取焊接法將斜撐與底板、鋼板部位的槽鋼連接。確認斜向與橫向支撐結(jié)構(gòu)穩(wěn)固合格后，施工人員需根據(jù)方案要求開展填土覆蓋與碾壓處理工作，確保壓實度相關(guān)參數(shù)符合設(shè)計要求[4]。為降低高壓電線塔產(chǎn)生的應力載荷，工程單位需要按1 m深度對其周邊地面進行挖坑，利用彩條布覆蓋裸露地面，同時做好相關(guān)限速限載標準，避免車輛通行時產(chǎn)生擾動。

工程單位針對臨時搶險處理后的深基坑位移情況進行觀測，確認位移量有厘米級降低至毫米級，有效達成了控制位移的工作目標，為后續(xù)的永久搶險方案落實提供了充足時間。

3.2 二期永久搶險方案

臨時應用的鋼結(jié)構(gòu)支護雖然解決了基坑墻體位移問題，在后續(xù)施工過程中，工程單位依然面臨剩余排水閘渠道底板的拆除方法、渠道底板完全拆除后維持支持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的方法、粉噴樁的施工時間節(jié)點與施工方法以及永久控制位移問題的支護方案等相關(guān)問題[5]。為確保相關(guān)問題得以解決，在汛期來臨前建設(shè)穩(wěn)定可靠的排水閘，工程單位對地下連續(xù)墻、錨索支護、預填土逐節(jié)施工三種方案進行了對比研究，具體如下：

針對地下連續(xù)墻施工方案，工程單位需要將一排地下連續(xù)墻布置于電線塔與墻體頂部之間，起到永久取代擋土墻進行支護的效果，雖然該方案能夠直接拆除舊擋土墻并永久解決結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問題，但因施工空間狹窄，存在高壓電線塔失穩(wěn)等隱患風險，因此不適用于該工程。針對錨索支護施工方案，工程單位需要將2道預應力錨索布設(shè)于現(xiàn)有擋墻部位，利用套管分段鉆進的方式將孔洞鉆至底部基巖，將預應力錨索頭部灌漿固定與基巖部位，借助錨索應力有效固定擋墻；在實際操作時，由于基巖埋深較大，導致錨固難度大幅度增加，同時也導致錨索反向拉力大幅度提升，可能出現(xiàn)擋墻無法承受錨索應力的情況。針對預填土逐節(jié)施工方案，工程單位需要基于臨時搶險方案對基坑按照20 m高程的標準進行回填土，并對底板拆除的部位應用粉噴樁，為提升施工下來并強化基礎(chǔ)抗剪能力，粉噴樁施工期間需要將松木樁布置于間隙部位，避免粉噴樁達到設(shè)計強度之前出現(xiàn)異常情況；對于固結(jié)的基坑，工程單位需要對4號箱涵底板部位開挖掏槽，將底板拆除并應用粉噴樁；對于4號箱涵底板覆土開挖并進行澆筑處理，最終將臨時搶險方案中的鋼結(jié)構(gòu)支護澆筑至箱涵結(jié)構(gòu)內(nèi)，此時則可以利用4號箱涵作為永久支護進行支撐，確保其他施工有序開展。

3.3 穩(wěn)定性校核

為確保搶險方案的有效性，工程單位需對兩期方案進行穩(wěn)定性復核，在計算之前設(shè)置底板拆除引發(fā)險情、一期方案實施以及二期方案實施三種工況，針對不同工況進行抗傾覆、抗滑相關(guān)參數(shù)計算工作。第一種工況涉及的載荷主要包括墻后土壓力、土重、墻體自重三種載荷；第二種工況涉及的載荷包括第一種工況中的載荷，以及斜向、橫向支撐提供的載荷；第三種工況涉及的載荷包括第二種工況中的載荷，以及基坑內(nèi)側(cè)填土壓力載荷。

通過現(xiàn)場地質(zhì)勘察報告可以確認，擋墻后方碎石土力學參數(shù)為：φ=11.0°、c=25 kPa、21.9 kN/m3飽和容重以及19.6 kN/m3天然容重；為計算抗滑穩(wěn)定性，需按照下列公式(1)進行計算：

Kc=f∑W/∑P

(1)

式中：Kc為抗滑穩(wěn)定系數(shù)；f為摩擦系數(shù)，取0.25；∑P為水平載荷，kN；∑W為豎向載荷，kN。

為計算抗傾覆穩(wěn)定性，需按照下列公式(2)進行計算：

K0=∑My/∑M0

(2)

式中：K0為抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)；∑My為穩(wěn)定力矩,kN·m；∑M0為傾覆力矩，kN·m。

通過公式對各工況穩(wěn)定性參數(shù)進行計算，得到數(shù)據(jù)結(jié)果如表2所示。

表2 各工況穩(wěn)定性計算結(jié)果

表2數(shù)據(jù)結(jié)果表明，拆除底板后墻體的抗滑穩(wěn)定性不達標，抗傾覆穩(wěn)定性達標；一期支護施工完成后，抗滑穩(wěn)定性有所提升，有效改善了擋墻的受力情況，雖然未能達到判定標準，但卻為二期支護施工預留了充足時間；二期支護施工完成后，抗傾覆與抗滑穩(wěn)定性均達標，表明深基坑險情得到有效處理。由此可見，通過臨時鋼結(jié)構(gòu)支護提升深基坑抗滑穩(wěn)定性，并利用預填土逐節(jié)施工方案永久解決支護難題的兩期施工方案是可行的。

4 結(jié) 論

水利工程堤防排水閘對于區(qū)域內(nèi)河道防洪排澇、灌溉、運輸?shù)染哂兄匾饔?，為確保排水閘功能的穩(wěn)定發(fā)揮，工程單位需要定期針對排水閘進行狀態(tài)檢驗工作，及時對存在缺陷問題的部位進行修復處理。本工程在排水閘重建施工過程中，因深基坑開挖期間出現(xiàn)險情事件，最終通過一期方案臨時解決了原有排水閘底板拆除后引發(fā)的載荷失衡問題，為永久性支護施工預留了充足時間，并通過預填土逐節(jié)施工的方式為排水閘的重建工作建立了穩(wěn)定可靠的支護體系，實現(xiàn)了對深基坑險情事件的有效治理。