关键词:水利工程 施工 地下连续墙 支护
0 引言
深基坑工程在水利水电等各项工程中有着广泛的应用,是一项综合性很强的系统工程。水利工程深基坑施工主要包括降低地下水位与土方开挖施工、支护结构施工两个部分。在工程施工中,一般由于建筑物座落在较深的土层上而需要进行基坑开挖,但因为工程征地有限没有足够的空间放坡或此空间内存在已建成的邻近建筑物、运输道路、地下管线等不允许放坡,而采用在支护结构保护下进行基坑垂直开挖的设计方法和施工技术,其施工的成功是深基坑工程成功与否的关键。
水利工程基坑支护主要包括地下连续墙、复合土钉墙等技术。其中,地下连续墙是水利工程基坑支护应用较多的挡土、挡水结构。本文针对该方法介绍其施工工艺和主要施工方法,供国内外工程建设同行学习交流。
1 地下连续墙施工工艺
基坑开挖前,应首先根据地面建筑物布置定出连续墙位置,进行导墙修筑。然后在泥浆护壁的情况下,使用一定挖槽机械设备开挖一定长度的沟槽。待沟槽开挖至工程设计深度并对槽底进行清除后,使用起重设备将加工好的钢筋骨架吊放入充满泥浆的沟槽内。然后采用水下浇筑混凝土的方法进行混凝土浇筑,在沟槽内使用导管由底向上进行混凝土浇筑。随着混凝土的不断浇筑,泥浆逐渐被置换出来,待混凝土浇筑至工程设计标高时,此单元槽段的地下钢筋混凝土墙施工完毕。
各单元槽段的地下钢筋混凝土墙之间使用特制接头连接,形成连续的在基坑周围呈封闭形状的地下连续墙。
2 地下连续墙主要施工方法
2.1 导墙修筑 地下连续墙施工前期应进行导墙修筑,其主要有以下五个方面的作用:一是导向作用,可作为地下墙成槽的导向标准;二是在成槽施工过程中稳定泥浆液位,以达到维护槽壁稳定的目的;三是维持表层土层的稳定,防止槽口塌方;四是承受施工机械设备荷载;五是可作为工程测量的基准线。
导墙的工程施工一般采用C20混凝土,为有效地防止地面水流入沟槽内,导墙顶部标高应高出地面10cm左右。一般导墙施工应首先进行场地平整,然后根据工程布置进行测量定位,进而挖槽并对挖槽弃土进行合理的处理,之后绑扎钢筋、支模板,再浇筑混凝土,待混凝土凝固达到设计强度后拆模,并在导墙外侧回填土。
2.2 泥浆护壁 泥浆在施工过程中主要起到三方面的作用。一是护壁作用,由于泥浆的密度大于水,当地下水位高度不大于槽内泥浆液面高度,槽内泥浆对槽壁产生的侧压力则相当于一种液体支撑,可防止槽壁剥落和倒坍,并有效防止地下水渗入;二是携渣清槽作用,由于泥浆具有一定的粘度,它能携带土渣悬浮起来,既便于槽底清除,又可避免在开挖面上的土渣沉积影响挖槽机械的挖槽效率;三是冷却与润滑作用,泥浆可降低钻具由于连续冲击或回转引起的高温,又具有可减轻钻具的磨损润滑作用。
泥浆的主要制作材料有羧甲基纤维素、纯碱、粘土和水,一般采用泥浆拌制设备进行制备。制备时先在拌制设备内将水加到1/3,再把羧甲基纤维素粉撒入,然后用软轴搅拌器将大块羧甲基纤维素搅成小颗粒,并且继续加水搅拌。一般情况下泥浆应搅拌静止24小时后使用。
2.3 挖槽 挖槽是地下连续墙施工的主要工序,占整个施工工期的一半,由此提高挖槽施工效率是缩短工期的关键。对挖槽槽孔的形状和垂直度进行严格控制,是保证地下连续墙质量的关键。
挖槽工程施工主要考虑单元槽段的划分、挖槽机械的选择、挖槽的质量控制这三个主要方面。
2.3.1 槽段划分 施工槽段的划分是确定整个地下连续墙每一个施工单元的长度,一般为4～8m。单元槽段长度的确定应考虑以下五个方面因素的影响:一是施工地质条件,当周边土层较不稳定时,为防止槽壁倒坍,应减小每个单元槽段的长度,以减少槽壁在泥浆中暴露面和缩短挖槽时间;二是地面荷载,当邻近有较大的地面荷载时,亦采用缩短单元槽段的长度来保证槽壁的稳定;三是起重设备的起重能力,由于槽段的钢筋笼一般为整体吊装,应根据起重设备的起重能力估算吊装的钢筋笼的重量和尺寸,以此推算得到单元槽段的长度;四是单位时间内混凝土的供给能力,单元槽段内的混凝土浇筑宜在4h内完成,因此由)推算出适宜的单元槽段长度;五是泥浆池的容积,一般情况下,泥浆池的容积不应小于各个单元槽段挖土量的两倍,故单元槽段的长度亦受到泥浆池的容积影响;
2.3.2 机械选择 挖槽机械对连续墙的施工具有重要影响,应该根据不同的工程地质条件和工程要求,来选用适宜的挖槽机械设备。目前国内常用的挖槽机分为回转式、挖斗式、冲击式三大类。
2.3.3 挖槽的质量控制 挖槽质量控制对连续墙的施工同样具有非常重要的影响,在施工过程中容易出现粘土粘钻和钻机卡槽等问题。因此,成功的挖槽质量控制需要综合考虑以下五方面的影响:一是严格控制开槽的垂直度;二是根据工程地质勘测情况、成槽精度以及工程的工期要求,对使用的机械进行合理的选择,以满足工程对开槽速度的要求;三是应连续作业,且依规定顺序进行施工,如若因故中断,应迅速从槽中将挖掘机提出;四是开槽的挖进过程中,应时刻保持护壁泥浆不低于工程规定高度;五是若成槽施工过程中局部遇岩石坚硬地层,钻孔或钻抓进尺较困难时,可配合冲击钻冲击破碎联合作业。
2.4 槽底清除 当单元槽段开挖到工程设计标高后,必须要清除槽底淤泥和沉渣。目前一般采用排泥及潜水泵排泥、压缩空气升液法、砂石吸力泵等三种方式。工程上采用的“换浆法”,即在槽段开挖完成后继续泥浆的反循环作业,也可待土渣基本沉淀到槽底后再进行清底作业。
2.5 混凝土的浇筑 混凝土的浇筑应采用水下混凝土浇筑的方法,要一气筑成,不得中断。混凝土的浇筑应注意以下几点:
2.5.1 工作准备。进行混凝土浇筑前,应做好混凝土制备、运输、交通道路安排及工程施工人员配备等准备工作。
2.5.2 布置导管。导管布置带的边缘距槽段两端不宜大于1.5m;相邻两根导管的间距一般取d,且不应大于3m;导管插入混凝土深度应在1.5～6m之间。
2.5.3 浇筑混凝土。①钢筋笼吊装就位后,应检查沉淀厚度,并在4h内进行混凝土浇筑;②混凝土浇筑速度控制:槽内混凝土上升速度不应大于2m/h,且各个导管处浇筑的混凝土顶面高差不能大于300mm;③混凝土浇筑到设计标高附近时,应降低其浇筑速度,并可适当减小导管插入深度,或可辅以抽动导管,但其抽幅不得超过300mm;④混凝土浇筑应高出设计标高300～500mm,以使平整后的标高符合工程设计的要求;⑤各个槽段内的混凝土应连续浇筑,一般不得无故中断。
3 小结
深基坑是水利工程重要的施工手段,而基坑支护具有工程量大、技术难度高、不可预见的因素多等特点,其安全可靠性不仅影响基坑本身,而且往往会影响周边环境。它虽然作为临时性结构,但重要性非常大。地下连续墙支护是一种重要的基坑支护技术,它应用使复杂的施工问题得以解决。因此,做好深基坑的地下连续墙支护技术对保证工程质量和工程期限具有非常重要的意义。
参考文献:
中华人民共和国行业标准.建筑基坑支护技术规程.北京:中国建筑工业出版社,1999.
余志成,旋文华.深基坑支护设计与施工.北京:中国建筑工业出版社,1996.
杨光华.地下连续墙的入土深度问题.第六届全国土力学与基础工程学术会议论文集.上海:同济大学出版杜,1991,6.
黄强.深基坑支护工程设计技术.北京:中国建筑工业出版社,1995.
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