三线船闸基坑工程支护结构方案研究

三线船闸基坑工程支护结构方案研究

水库设计是一项高度安全的设计，包括许多紧密的环节，如支撑和支撑、渗透、降水和挖掘土壤。如果特定连接失败，整个项目就会失败。同时，技术事故的发病率很高。这些事故主要表现为支架结构的重大位移、支架结构的破坏、基础坍塌和大规模滑动，以及与基质相邻的地下设施（管道和电缆）的变形位置造成的破坏、相邻建筑物的破坏和倒塌，给人民的生命财产造成严重损失。本文就施桥三线船闸工程基坑施工分别论述防渗帷幕、降排水体系、土方开挖、观测与监控等相关技术,为船闸工程基坑施工提供参考。1结构体系设计施桥三线船闸位于现有一线船闸西侧,两闸中心距为100m。三线船闸级别为II级通航建筑物,设计最大船舶t级为2000t。船闸规模(口门宽×闸室长×门槛水深)为23m×260m×5m。上闸首基坑开挖底高程为-7.67m,闸室开挖底高程为-7.57m,下闸首开挖底高程为-8.47m。主体基坑最大开挖深度为17m。开挖土方的土质多为砂质土、粉质粘土、粉砂及其互层,土层的透水性较强。综合考虑到船闸主体几何尺寸、地质条件、水文条件、相邻既有结构物的情况并及何土方开挖方式、开挖边坡等因素,施桥三线船闸基坑周长1000m,采用封闭式防渗帷幕形式,共分5段,分别采用混凝土地下连续墙结构、双排多头搅拌桩结构、双排多头搅拌桩结构与高压摆喷组合、单排多头搅拌桩结构以及单排多头搅拌桩结构(底∇-12.0m)。下面分别介绍几种常见的防渗及支护结构。1.1地面试验确定除上闸首因东邻运河,采用混凝土地下连续墙结构外,闸室及下闸首防渗结构采用多头小直径搅喷式水泥土防渗墙(h<21m),桩径390mm,搭接采用全孔套接法,排与排采用交接搭接,水泥掺量15%,水灰比由现场试验确定;当深度超过21m时,采用多头小直径+高压摆喷组合防渗。1.1.1防渗墙体压验(1)多头小直径搅喷式水泥土防渗墙布设成双排桩,排与排错开梅花形交接;桩体单元幅之间采用全孔套接搭接。(2)防渗墙轴线布置。总体布置在∇5.6m作业平台。(3)防渗墙墙底高程。闸室底标高∇-12.0m、∇-14.4m、∇-19.0m,上闸首底标高∇-12.0m,下闸首底标高∇-14.4m、∇-19.0m。防渗墙顶高程∇5.6m。(4)多头小直径搅喷式水泥土防渗墙的渗透系数应小于k=A×10-6cm/s(1<A<10),90d龄期的试块应不小于0.5MPa,28d抗压强度不小于0.3MPa。(5)固化剂采用P.C.32.5级复合硅酸盐水泥,水泥掺入量不小于15%。配合比在试验中水泥按15%、17%掺入比进行,并测定各级掺入比的渗透系数。抗压试验取90d龄期的试块并应不小于0.5MPa,28d抗压强度不小于0.3MPa。通过试验合理调整水泥掺入比。(6)水灰比通过现场施工试验确定,一般要求不低于1.2。(7)双排墙体的有效厚度不小于450mm;墙体的垂直度误差不大于0.5%。1.1.2施工技术措施(1)抗渗墙机械施工①规格参数。选用符合设计要求的多头小直径搅喷式水泥土防渗墙机械。单个搅拌头直径390mm,搅拌头轴距325mm,双排成墙最小厚度450mm,幅与幅之间采用连续施工。②防渗墙体形式。见图1。1.1.3窗帘效果测试(1)窗帘部分完成28d后,可在合适部位进行现场注水试验,检验墙体渗透系数,进行防渗效果总体评价。(2)窗帘部分完成28d后,选择合适部位开挖探坑进行侧向注水试验。(3)窗帘部分完成28d后,可在非关键部位进行现场钻心取样,检测墙体深度、连续性,并可按照深度分布取心样进行强度和渗透性试验。1.2摆喷防渗法施工采用多头小直径+高压摆喷组合防渗,即上部20m由多头小直径搅喷式施工至21m,下部通过采用摆喷防渗至设计深度,相互搭接1m。防渗体系上部20m范围内多头小直径搅喷式水泥土防渗墙布置和施工同上述方案,孔距1.3m,施工轴线位于多头小直径外侧。见图2。1.2.1水泥增强墙体防渗墙体施工先利用钻机引孔至设计深度后,将喷具下至设计深度,通过高压浆液切割造槽,控制摆动速度、喷嘴摆角及提升速度,经过高压浆液切割、搅拌、升扬置换等作用,利用水泥浆液充填槽孔,形成水泥土固结体防渗墙,高喷在多头搅防渗施工一周后进行施工。1.2.2墙体渗透系数k根据设计要求,由一套高喷机组在下闸首按设计工艺参数进行高压摆喷及高压摆喷的高喷工艺试验,高压喷射防渗墙轴线距闸塘内侧2.0m左右。高压摆喷摆角35°左右,浆液压力30～35MPa,提升速度13～15cm/min,摆动速度约12次/min,水灰比0.8～1.0;防渗墙的墙体渗透系数K≤1×10-6cm/s,90d成墙凝结体抗压强度不小于2.0MPa(28d成墙凝结体抗压强度不小于1.0MPa)。试验施工时可根据实际情况选用以上参数并适当调整,以使试验段高喷防渗墙体厚度、抗压强度、渗透性满足设计要求。试验结束后,进行现场开挖检查,检查摆喷桩厚度、连接质量、墙体质量及摆喷桩直径、连接质量、墙体质量等,各桩体质量满足设计要求,将选定布孔方式、孔距、孔深以及喷射流量、压力、转速和提升速度等施工工艺参数报监理工程师批准后,用于正式高喷施工。1.3上闸首支护结构本工程地连墙墙体总长116m,厚度60cm,墙体混凝土强度等级为C30;地连墙分槽段进行施工,槽段之间采用锁口管连接方式,槽段主要设有3种类型:首开段(凹凹型)、标准段(凹凸型)和闭合段(凸凸型),另外在转角处设置拐角段。上闸首支护结构由2道合并为1道,采用钢筋混凝土地下连续墙结构,混凝土等级C30,墙体厚度60cm,顶标高▽5.6m,底标高▽-12.0m;总长约100m。混凝土地下连续墙起到挡土和防渗双重效果。1.3.1连墙施工(1)水下混凝土浇筑法本次60cm厚地下连续墙施工采用SG-30液压抓斗成槽机沿划分好槽段(槽段长为6.0m)的导墙中抓取土体,同时注入优质泥浆进行槽孔护壁,待槽段挖至设计深度后,下设锁口管及钢筋笼,然后用导管法进行水下混凝土浇筑成墙,在混凝土初凝后起拔锁口管。墙体混凝土浇筑根据槽段的长度采用单导管浇筑或者双导管浇筑。(2)导墙混凝土浇筑高度①导墙的结构与施工。导墙断面见图3,导墙净间距为地连墙墙厚加5cm,即65cm,可以连续为整条不分缝,如果分缝,对面缝应错开5～6m;导墙根据其结构图进行施工,采用C20混凝土,钢筋采用直径12mm的螺纹钢;导墙顶面应高于地面10cm以上,以防地表水流入槽内稀释及污染泥浆;导墙拆模后,应每隔2～3m在槽内用木方上下错开对撑。在导墙的混凝土达到设计强度之前,禁止任何重型机械和运输设备在其上碾压或旁边行驶,以免引起变形。②导墙转角处需向外延伸,以满足最小开挖槽段的需要,见图4。③间隔法分段作业。待导墙混凝土拆模后,根据施工图纸的要求进行槽段划分、编号,并用红漆在导墙顶面作标记。一般槽段每幅长约6m,首开槽段需考虑接头管的尺寸,根据现场情况和设计要求也可适当放宽或减小槽段尺寸。测得墙顶高程,以控制挖槽时的槽深,并作为吊放锁口管、钢筋笼、浇筑混凝土的高程控制依据,以满足设计要求。施工采用间隔法,分单元、分段施工。1.3.2边坡变形控制(1)地下连续墙接缝渗水,查明渗水部位,采用高压摆喷对接缝位置进行封堵补强,必要时在浆液中掺入适量速凝剂。(2)在基坑开挖之前,准备土袋和井点降水设备,以及应急机械设备和人员。(3)开挖过程中如果出现边坡变形过大或变形发展速率过快时,应立即停止相应范围的土方开挖,采取坡角被动区临时压重,或设置应急支撑,以控制边坡的变形发展。(4)如果出现土方边坡坍塌,应立即停止挖土,对坍塌土方进行人工清除,加强该区域的降水力度和减少放坡的坡度。(5)如果基坑内隆起大于设计许可值,应立即停止相关的挖土作业,降水井抽排水,必要时进行回填。1.3.3高压旋喷旋喷法焊接部位基坑防渗帷幕采用多头搅水泥土及混凝土地下连续墙结构进行搭接;为防止搭接部位连接不牢靠,拟采用高压旋喷进行处理,确保接头不漏水。搭接结构见图5。高压旋喷浆液压力大于30MPa,提升速度13～15cm/min,旋转速度约12次/min,水灰比1.0左右,水泥用量不小于500kg/m。2井点降排水设备现场应用在标高∇-3.47m所在位置上外沿闸塘四周封闭布置深管井,先行降水,避免边坡开挖时塌坡等现象,轻型井点降排水设备作为预防措施备用,并对边坡铺设土工布和袋装土加以防护。基坑排水应远离基坑,并在施工时应采取明排措施,确保干地施工和基坑安全。2.1施工期间，地下水位得到控制见表1。2.2深水管道技术2.2.1井底层渗透系数根据设计地质资料,结合地质报告各层渗透系数统计值和区域内各土层渗透系数经验值,闸区土层渗透系数K取5m/d。采用均质含水层完整井计算基坑涌水量,管井最终顶标高位于∇-3.47m平台,井底高程上下闸首为∇-18.0m;闸室为∇-16.5m。。2.2.2施工深入基层先下闸首、上闸首、闸室。施工时先进行深井的施工,然后进行正式施工。施工期间密切关注抽水变化情况及观测井水位,根据现场抽水试验调整井间距和井深。2.2.3井管与滤料层成井采用正循环回转钻机,降水井结构采用内径340mm、外径400mm、最大井深23.6m,井管为无砂混凝土管,井外包扎一层80目尼龙滤网布。管壁与孔壁之间填滤料层,滤料采用1～2mm砂砾料回填,作为过滤层。施工中严格控制泥浆浓度、滤砂级配和洗井等施工环节,确保管井质量,避免管井堵塞失效。采用粘质土回填深井,上部1m人工夯实。2.3抗塌坡段降水施工根据地下水位情况和深井降水效果,必要时为避免塌坡等现象可在边坡∇1.53m标高处布置轻型井点降水,尤其在上、下闸首部位的闸塘开挖基底较深处,增设轻型井点降水配合降水以确保干地施工。2.4基坑离子束缺少船闸基坑顶部四周和底部两侧设排水沟,与场地原有沟渠连通,排放基坑弃水和防止地表大气降水进入基坑,排水沟采用水泥砂浆抹面,防止冲刷破坏。2.5土壤防渗措施(1)严格控制基坑四周的用水点。(2)坑四周修筑截水沟,防止人工或雨水流入坑内。(3)妥善处理各种管道渗漏水。2.6围护墙内渗流井底定面本工程先进行了上下闸首的施工,在四周封闭的防渗帷幕内共设置了43口降水管井,按每口单井每日减去干扰出水量后按300m3/d,能够满足基坑每日渗水总量9600m3,能够保证承压水控制在基槽以下1.5m,满足基坑水位降深的要求,同时考虑到周围建筑物的影响,还有9口井不同时工作,只是起到协调辅助作用。从整个基坑排水方案实施的效果来看,均满足了基坑干地施工的设计要求,达到了预期值。3基坑开挖顺序闸塘东侧地面标高在8.83m左右,西侧地面标高在6.0m左右,闸塘最大开挖底高程分别为:上闸首∇-7.97m,下闸首∇-8.77m,闸室∇-7.87m,开挖深度大约在17.5m左右,上下闸首开挖土方量各约9万m3,闸塘约35万m3,根据闸塘开挖深度与土质情况,可分级向下开挖,根据目前地貌情况,开挖顺序为:下闸首、上闸首、闸室主体。基坑开挖土方采用机械开挖,由挖掘机挖土、自卸车运土工艺进行施工,从上下闸首、闸室放坡外运土方。注意做好土方调配方案。4基坑支护监测基坑工程不仅是建筑工程的一部分受到重视,更因为基坑工程的安全涉及公共安全,如周边建(构)筑物、管线和道路的安全影响到社会安全与群众生活;其次,坑内大面积的开挖,卸去坑内土体的自重,造成坑底和周边土的回弹。基坑工程与其他结构工程相比,不安全因素较多,所以基坑工程除认真周到的设计外,工程施工和使用过程的监测显得十分重要,通过施工中准确及时的监测信息,判断工程的安全状态,可以指导基坑开挖和支护,有利于及时采取应急措施,避免或减少破坏性的后果。基坑支护监测一般包括:监控点高程和平面位移的测量;支护结构和被支护土体的侧向位移测量;基坑坑底隆起测量;支护结构内外土压力测量;支护结构内外孔隙水压力测量;支护结构的内力测量;地下水位变化的测量;邻近基坑建筑物和管线变形测量。通过对基坑的监测,基本上可以了解基坑的稳定情况。因降水有可能造成地面附加沉降,为安全起见,基坑四周地面设置14个观测点(船闸主体两侧各3个观测点,东侧布置在垂直防渗帷幕和地连墙上,西侧埋设混凝土桩和观测点,上下闸首各布置4个观测点),以对地面沉降和地下水位进行监测,确保基坑及邻近一线船闸安全及其正常运营。若监测地面沉降量较大,则须及时采取有效的保护措施,如立即减少管井抽水量,必要时设置回灌井(三线船闸东侧布置7口观测及回灌井,间距40m,顶标高5.6m,底标高∇-10.0m,西侧设置5口回灌井,间距约60m,顶标高5.6m,底标高0.4m,直径与降压井相同,可以根据具体情况适当