劉運(yùn)雄 楊遵儉 谷云龍

(1.湖南建工集團(tuán)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410009；2.湖南鴻泉建設(shè)工程有限公司，湖南 衡陽(yáng) 421001)

桂林市第二水源工程的引水工程取水豎井臨近桂林市一級(jí)水源保護(hù)地青獅潭水庫(kù)，基坑長(zhǎng)17.7m，寬17m，深31m，為典型的深基坑工程?；娱_(kāi)挖的地質(zhì)主要以砂巖和泥質(zhì)砂巖為主，基坑一側(cè)為山體高邊坡、另一側(cè)為臨水邊坡,坑外覆土具有大偏載特點(diǎn)，對(duì)基坑開(kāi)挖穩(wěn)定性影響大；基坑巖層較破碎，山體滲水、庫(kù)區(qū)滲水及坑底涌水對(duì)深基坑開(kāi)挖帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)；同時(shí)由于施工場(chǎng)地位于自然保護(hù)區(qū)內(nèi)，且施工場(chǎng)地狹窄，如何優(yōu)化支護(hù)結(jié)構(gòu)體系，縮短施工工期，降低施工強(qiáng)度以達(dá)到環(huán)境保護(hù)的目的尤為重要。鑒于項(xiàng)目的特點(diǎn)，常規(guī)的基坑支護(hù)方法有倒掛井壁+內(nèi)支撐、地下連續(xù)墻、排樁+內(nèi)支撐等。上述方法中，設(shè)置內(nèi)支撐體系的支護(hù)結(jié)構(gòu)由于坑外大偏載荷載的傳遞，對(duì)基坑的整體穩(wěn)定性具有動(dòng)態(tài)的影響過(guò)程，受力較復(fù)雜；地下連續(xù)墻以及排樁等混凝土施工的泥漿處理對(duì)環(huán)境影響大。鑒于此，豎井深基坑施工中，結(jié)合深基坑施工的水文地質(zhì)條件以及環(huán)境條件，創(chuàng)造性地采用了雙榀工字鋼+漲殼式預(yù)應(yīng)力中空注漿錨桿、自進(jìn)式中空注漿錨桿與掛網(wǎng)噴射混凝土組合式噴錨支護(hù)施工技術(shù)結(jié)合防滲透注漿的施工方法，相對(duì)于傳統(tǒng)施工方法，具有新型、低成本、施工效率高、安全可靠的優(yōu)越性，經(jīng)總結(jié)形成本施工應(yīng)用技術(shù)。

1 概 況

1.1 工程概況

桂林市第二水源工程的引水工程建設(shè)地點(diǎn)位于廣西壯族自治區(qū)桂林市，取水口采用豎井式雙層取水口，取水口與豎井相連，豎井位于青獅潭水庫(kù)大壩右岸溢洪道側(cè)山體，在山體邊坡開(kāi)挖支護(hù)完成后進(jìn)行施工。豎井開(kāi)挖尺寸為17.7m×17m，開(kāi)挖深度31m，采用組合式噴錨支護(hù)方法向下進(jìn)行機(jī)械開(kāi)挖施工，初襯為工字鋼+鋼筋網(wǎng)+C25F50噴射混凝土，垂直井壁方向設(shè)置SD27N自進(jìn)式中空注漿錨桿，長(zhǎng)4.5m，1.0m×1.0m梅花形布置；EX27N漲殼式預(yù)應(yīng)力中空注漿錨桿，長(zhǎng)6m，1.0m×1.0m梅花形布置；初襯工字鋼為雙排I20工字鋼，橫向布置，豎向間距1m；φ12@15鋼筋網(wǎng)，噴射混凝土C25F50厚度25cm。因豎井靠近水庫(kù)，滲透水壓大，在豎井四周設(shè)置雙排帷幕灌漿，灌漿深度15m(見(jiàn)圖1～圖3)。

圖1 取水豎井衛(wèi)星位置

圖2 取水豎井3D圖

圖3 取水口剖面

1.2 施工條件

根據(jù)南京水利科學(xué)研究院2020年12月的《廣西壯族自治區(qū)桂林市青獅潭水庫(kù)大壩安全綜合評(píng)價(jià)報(bào)告》“7抗震安全評(píng)價(jià)”中的論述：青獅潭水庫(kù)工程區(qū)處于相對(duì)穩(wěn)定的地質(zhì)構(gòu)造單元，地震活動(dòng)微弱，歷史上無(wú)地震災(zāi)害記載，區(qū)內(nèi)無(wú)活動(dòng)性及發(fā)震斷裂存在。原工程地震基本烈度為Ⅵ度，據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306—2015),工程區(qū)的地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35s，地震動(dòng)峰值加速度為0.05g,相應(yīng)地震基本烈度為Ⅵ度，地震參數(shù)無(wú)變化。青獅潭水庫(kù)大壩為2級(jí)建筑物，根據(jù)《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》(SL 258—2017)、《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 51247—2018)，在設(shè)防烈度為Ⅵ度時(shí)可不進(jìn)行抗震安全計(jì)算復(fù)核。通過(guò)對(duì)進(jìn)水口豎井爆破能量換算，進(jìn)水口豎井爆破所產(chǎn)生的爆振能量小于抗震烈度Ⅴ度，爆破對(duì)樞紐的水工建筑物影響是有限的。目前，青獅潭水庫(kù)已運(yùn)行幾十年，是一座年久失修的危壩工程，目前大壩安全評(píng)價(jià)為三類壩，存在諸多安全隱患。

2 重難點(diǎn)分析及對(duì)策研究

2.1 施工重點(diǎn)難點(diǎn)分析

本工程取水口豎井施工場(chǎng)地位于青獅潭水庫(kù)南岸碼頭，背靠山體，附近無(wú)民用建筑，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘測(cè)量最近的村莊距離施工場(chǎng)地均不小于1km。大壩壩頂距豎井385.1m，大壩壩腳距豎井261.2m，溢洪道距豎井376.4m，發(fā)電放水塔距豎井283.6m，地下廠房距豎井423.1m，地面廠房距豎井452.2m。

2000年，桂林市人民政府在《市人民政府關(guān)于印發(fā)青獅潭水庫(kù)管理辦法(實(shí)行)的通知》(市政〔2000〕124號(hào))中明確了青獅潭水庫(kù)、灌區(qū)及相關(guān)水利工程的管理范圍和保護(hù)范圍：水庫(kù)水位226.00m及以下為水利工程的管理范圍，226.00m水位以上100m以內(nèi)為水利工程的保護(hù)范圍。因此，進(jìn)水口豎井結(jié)構(gòu)(豎井底高程197m)位于水庫(kù)管理范圍。

綜上，取水豎井工程處于水庫(kù)校核洪水位以下的管理范圍內(nèi)，為保證深大基坑施工及毗鄰構(gòu)筑物群的結(jié)構(gòu)安全，避免透水事故的發(fā)生，極有必要通過(guò)設(shè)計(jì)和施工優(yōu)化對(duì)取水豎井開(kāi)挖施工提出切實(shí)可行的實(shí)施方案。

2.2 解決思路

在基坑四周采用帷幕注漿止水，以確?；釉诟邼B透水壓條件下干法作業(yè)；在基坑鎖口梁施工完成后，分層開(kāi)挖分層支護(hù)，開(kāi)挖一層基坑巖土后，初噴混凝土對(duì)坑壁面進(jìn)行找平，然后安裝自進(jìn)式中空注漿錨桿對(duì)基坑四周破碎巖層進(jìn)行固結(jié)注漿加固，以提高基坑圍巖自穩(wěn)能力；固結(jié)加固后安裝雙榀字鋼和漲殼式預(yù)應(yīng)力中空注漿錨桿，并掛網(wǎng)復(fù)噴混凝土，最后張拉預(yù)應(yīng)力及進(jìn)行孔道注漿，使施加預(yù)應(yīng)力后的錨桿與雙榀工字鋼、噴射混凝土和圍巖形成穩(wěn)定、牢固、安全的支護(hù)體系以保證基坑的穩(wěn)定性。

3 主要施工方法

3.1 施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→帷幕灌漿施工→豎井基坑開(kāi)挖→混凝土初噴→自進(jìn)式中空注漿錨桿施工→固結(jié)灌漿→混凝土復(fù)噴→漲殼式預(yù)應(yīng)力中空注漿錨桿安裝及張拉→錨桿注漿。

3.2 施工準(zhǔn)備

3.2.1 人機(jī)料準(zhǔn)備

機(jī)械調(diào)配、人員到位及原材料的檢驗(yàn)等一系列工作提前展開(kāi)，完成漿液配合比試驗(yàn)，并進(jìn)行注漿試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)調(diào)整優(yōu)化注漿配合比及注漿壓力，同時(shí)做好基坑開(kāi)挖監(jiān)控監(jiān)測(cè)準(zhǔn)備工作。

3.2.2 基坑工作面開(kāi)挖及上邊坡支護(hù)

根據(jù)周邊環(huán)境條件，利用挖掘機(jī)開(kāi)挖基坑施工作業(yè)面平臺(tái)，對(duì)山體上邊坡按照設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)放出開(kāi)口線，施工員指揮挖掘機(jī)從上至下一級(jí)一級(jí)進(jìn)行邊坡開(kāi)挖，開(kāi)挖一級(jí)支護(hù)一級(jí)，同時(shí)對(duì)豎井基坑臨水側(cè)岸坡進(jìn)行加固(見(jiàn)圖4)。

圖4 山體上邊坡支護(hù)

3.3 帷幕灌漿施工

帷幕灌漿施工采用多臺(tái)XY-12地質(zhì)鉆機(jī)平行施工，按照分序加密原則進(jìn)行布孔，每孔自上而下鉆進(jìn)一段灌注一段。施工完成后通過(guò)檢查孔透水率方法對(duì)注漿效果進(jìn)行檢驗(yàn)。

主要的施工步驟為：灌漿試驗(yàn)→鉆孔→裂隙沖洗→壓水試驗(yàn)→灌漿→封孔。

灌漿試驗(yàn)用以驗(yàn)證帷幕灌漿孔深、孔距、排距、灌漿壓力、灌漿分段、封孔方式、漿液比級(jí)等參數(shù)的合理性，并確定適宜的鉆孔灌漿方法及施工工藝、灌漿材料等(見(jiàn)圖5)。

圖5 帷幕注漿施工

鉆孔選擇采用回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)，先導(dǎo)孔孔徑為91mm，常規(guī)孔孔徑為75mm,實(shí)際孔徑不小于56mm，入巖孔深為30.5m，鉆孔完成后沖洗鉆孔，排除孔內(nèi)巖粉、渣屑，使孔底沉渣不大于20cm，回水澄清10min后結(jié)束。

帷幕灌漿前應(yīng)使用壓力水進(jìn)行裂隙沖洗，沖洗時(shí)間至回水清凈時(shí)為止，或不大于20min。沖洗水壓力可為灌漿壓力的80%，并不大于1MPa。

單元內(nèi)第一孔段采用單點(diǎn)法壓水試驗(yàn)，其余孔段結(jié)合裂隙沖洗進(jìn)行簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)。本項(xiàng)目巖層多為比較破碎的中風(fēng)化砂巖，施工時(shí)采用自上而下分段鉆孔、壓水以及灌漿。

灌漿采用“自上而下、分段卡塞、孔內(nèi)循環(huán)”的方法；注漿管與孔底之間的距離不超過(guò)50cm。為達(dá)到良好的灌漿效果，根據(jù)灌漿壓力和注入率的變化情況采用水灰比為3∶1～0.5∶1稀到濃變換的漿液；為避免灌漿過(guò)程中出現(xiàn)冒漏漿或混凝土抬動(dòng)破壞，灌漿壓力分級(jí)提升，灌漿起灌初始?jí)毫?.3～0.5MPa，終壓為2.0MPa。

全孔灌漿結(jié)束后，將孔內(nèi)余漿置換為0.5∶1的濃漿，采用全孔最大灌漿壓力進(jìn)行全孔一次灌漿封孔，帶壓封孔時(shí)間不少于60min。封孔完成并待強(qiáng)后，將孔口漿液干縮后的空余部分用0.38∶1∶1水泥砂漿封填密實(shí)并抹平。

3.4 豎井基坑開(kāi)挖

3.4.1 鎖口梁施工

基坑開(kāi)挖之前進(jìn)行鎖口梁施工，豎井鎖口梁上砌筑高度不小于30cm的擋水墻，并用水泥砂漿抹面。豎井鎖口梁設(shè)置1.2m高防護(hù)欄桿(見(jiàn)圖6～圖7)。

圖6 開(kāi)挖前鎖口梁施工

圖7 防護(hù)欄桿

3.4.2 基坑開(kāi)挖施工

基坑施工采用分層開(kāi)挖、分層支護(hù)的方法進(jìn)行，每層開(kāi)挖與支護(hù)的高度為1m。采用靜態(tài)爆破與機(jī)械開(kāi)挖結(jié)合的方式進(jìn)行開(kāi)挖，首先開(kāi)挖基坑四周，提前形成支護(hù)作業(yè)面，然后再開(kāi)挖基坑中間部位?；娱_(kāi)挖的土石方利用85t履帶吊配備專業(yè)出渣斗垂直吊離基坑至堆渣場(chǎng)，再利用渣土運(yùn)輸車(chē)輛轉(zhuǎn)運(yùn)至棄土場(chǎng)(見(jiàn)圖8～圖9)。

圖8 土石方開(kāi)挖

圖9 豎井出渣施工

3.5 混凝土初噴

初噴混凝土厚度5cm，噴射混凝土作業(yè)分段分片依次進(jìn)行，噴射順序自下而上，初噴厚度按規(guī)范要求進(jìn)行。噴射混凝土?xí)r，噴嘴在可能條件下保持與巖石面距離約0.7m,噴射方向大致垂直于巖石面。

3.6 自進(jìn)式中空注漿錨桿施工

為確?；拥姆€(wěn)定性及防止豎井滲水對(duì)豎井進(jìn)行固結(jié)灌漿加固從而保證巖層的整體性。

固結(jié)灌漿利用SD27N自進(jìn)式中空注漿錨桿進(jìn)行，錨桿安裝采用YT28風(fēng)槍鉆孔，孔向垂直于邊墻，但其與滑動(dòng)面的交角應(yīng)大于45°，鉆孔完成后用高壓水或高壓風(fēng)將孔眼沖洗或吹干凈(見(jiàn)圖10)。

圖10 自進(jìn)式中空注漿錨桿施工

3.7 固結(jié)灌漿

自進(jìn)式中空注漿錨桿安裝完成后進(jìn)行固結(jié)灌漿，灌漿材料采用普通水泥，如井體滲水較大，滲水部位及周?chē)刹扇∷嗨Ａщp液漿進(jìn)行灌漿處理；單液漿水灰比0.5∶1，水玻璃原液模數(shù)2.4～3.0，濃度30～45度，水泥和水玻璃混合比例暫定3∶1，施工時(shí)可根據(jù)吸漿和飽漿情況進(jìn)行調(diào)整。注漿壓力不超過(guò)0.4MPa。局部圍巖破碎帶或斷層處可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)加密加深灌漿孔并適當(dāng)增加灌漿工字鋼。

工字鋼安裝前先進(jìn)行鋼筋網(wǎng)片和排水孔安裝，鋼筋網(wǎng)采用φ12鋼筋，間距15cm，排水孔采用100B潛孔鉆機(jī)鉆孔，鉆孔直徑110mm，@3m，L=1m，排水管采用100mm直徑PVC花管，管身外包10kN/m無(wú)紡?fù)凉げ肌?/p>

基坑鋼支撐采用I20雙榀工字鋼，榀距1000mm。鋼支撐在加工廠加工，每榀鋼支撐一般按照豎井邊長(zhǎng)整體焊接加工，豎井邊長(zhǎng)大于工字鋼長(zhǎng)度的按照段長(zhǎng)接長(zhǎng)，每段端部焊接帶螺栓孔的鋼板。加工好的鋼支撐使用履帶吊吊裝至豎井后進(jìn)行架立、安裝。下層鋼支撐與上層鋼支撐之間采用鋼筋連接，進(jìn)行懸吊定位，每?jī)砷撝沃g由連接筋焊接(見(jiàn)圖11)。

圖11 雙榀鋼支撐安裝施工

鋼支撐安裝時(shí)，對(duì)破碎、軟弱地帶的圍巖進(jìn)行穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)情況，采取有效的加強(qiáng)支護(hù)措施。

3.8 混凝土復(fù)噴

雙榀工字鋼安裝后即可進(jìn)行混凝土復(fù)噴作業(yè)，復(fù)噴的混凝土厚度為20cm。噴射混凝土作業(yè)分段分片依次進(jìn)行，噴射順序自下而上，復(fù)噴厚度按規(guī)范要求進(jìn)行多次分層，每層厚度均要滿足設(shè)計(jì)要求。噴射混凝土?xí)r，噴嘴與巖石面距離約為0.7m,噴射方向大致垂直于巖石面，噴嘴運(yùn)動(dòng)軌跡宜為8字回旋(見(jiàn)圖12)。

圖12 混凝土復(fù)噴施工

3.9 漲殼式預(yù)應(yīng)力中空注漿錨桿安裝及張拉

漲殼式預(yù)應(yīng)力中空注漿錨桿由漲殼錨固件、中空桿體、墊板、螺母等組成。其主要作用原理為:錨桿桿體插入錨桿孔后，在外力作用下轉(zhuǎn)動(dòng)桿體，漲殼錨固件在桿體錐形體作用下張開(kāi)，與巖壁緊密接觸，與錨桿孔壁產(chǎn)生摩擦阻力，從而形成支護(hù)錨固力，達(dá)到及時(shí)錨固的效果。

3.9.1 施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→測(cè)量放線→潛孔風(fēng)鉆造孔→孔道清理→快速水泥砂漿找平→預(yù)應(yīng)力中空錨桿安裝→錨具安裝及施加預(yù)應(yīng)力→從注漿管注漿→密實(shí)度無(wú)損檢測(cè)。

3.9.2 施工方法

采用YT28風(fēng)鉆機(jī)鉆孔，鉆孔完畢后，用壓力水將孔道清洗干凈，經(jīng)檢驗(yàn)合格后，臨時(shí)封堵孔口。錨桿由人工安裝，使用廠家配置的專用連接套筒轉(zhuǎn)動(dòng)錨桿桿體，使鋼制錨頭漲開(kāi)與巖壁緊密接觸以達(dá)到錨固目的(見(jiàn)圖13)。

圖13 錨桿孔鉆孔施工

錨桿張拉前先使用扭力扳手施加預(yù)應(yīng)力，正式張拉前應(yīng)取20%設(shè)計(jì)張拉荷載，對(duì)其張拉1～2次，使其各部位緊密接觸，每根錨桿張拉預(yù)應(yīng)力為15tf，設(shè)計(jì)抗拔力23tf。錨桿鎖定后48h內(nèi)，如發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力損失大于錨桿設(shè)計(jì)值的10%時(shí)，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償張拉(見(jiàn)圖14)。

圖14 預(yù)應(yīng)力施加

3.10 錨桿注漿

待噴射混凝土強(qiáng)度達(dá)到75%時(shí)即可進(jìn)行錨桿注漿，采用注漿泵注漿。注漿時(shí)，漿液從中空桿注入，從底部的中空桿孔洞中流出，從底部往外面流，直到孔口出漿管有保滿漿液流出，此時(shí)將出漿管彎折堵住即可。注漿時(shí)注意控制注漿壓力和流量，以防止注漿管爆裂(見(jiàn)圖15)。

圖15 漲殼式預(yù)應(yīng)力中空注漿錨桿注漿施工

4 實(shí)施效果

施工過(guò)程中，對(duì)豎井深層水平位移及收斂變形進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，其水平位移累計(jì)值在-4～5.93mm(設(shè)計(jì)預(yù)警值50mm)，基坑整體穩(wěn)定性可控，表明該工法實(shí)施效果極好(見(jiàn)圖16)。該工法的成功應(yīng)用給類似工程提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，具有較好的推廣價(jià)值。

圖16 施工期間豎井深層水平位移變化曲線

5 結(jié) 語(yǔ)

本施工技術(shù)避免了頻繁混凝土施工對(duì)一級(jí)水源保護(hù)區(qū)的水質(zhì)影響，從源頭上減少了噪聲污染、粉塵污染、水污染，取得了良好的環(huán)保效益。采用漲殼式預(yù)應(yīng)力錨桿+噴錨組合式基坑支護(hù)方法，避免了采用樁、墻類支護(hù)結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中產(chǎn)生的大量泥漿及泥漿污染。相比咬合樁支護(hù)、倒掛井壁+混凝土支撐、地下連續(xù)墻支護(hù)，施工更為靈活簡(jiǎn)單便捷?？傮w分析，此施工技術(shù)對(duì)工程進(jìn)度、項(xiàng)目成本都有顯著的改善，對(duì)本項(xiàng)目在預(yù)定時(shí)間內(nèi)完成施工任務(wù)提供了保障，社會(huì)各方評(píng)價(jià)較好。該案例適用于巖性地層豎井、深基坑施工，在偏壓、破碎巖層、臨水等復(fù)雜地形深基坑開(kāi)挖支護(hù)施工中具有顯著優(yōu)勢(shì)。