黃少華，任思勉

(中交隧道局第二工程有限公司，陜西 西安710100)

0 引 言

隨著中國基礎設施建設行業(yè)的發(fā)展，有時需要對河道或地表進行開挖，在河道或地下水位高的地域修筑建筑物。劉建偉對水下封底混凝土分別采用加固土和混凝土換撐來模擬圍護結構計算,驗算施工期間封底結構抗浮穩(wěn)定性和承載力,并針對施工重難點提出針對性措施,確保施工質量和安全持續(xù)可控[1]。 孫智勇結合2個采用水下開挖法施工的市政深基坑工程,分析了市政工程中采用水下開挖法的可行性、適應性及難點問題，有效解決了超厚強透水地層中深基坑施工難題[2]。張洪波對深基坑開挖施工中不同水文地質條件、工程施工條件下的各類工程降水方法進行了總結[3]。以往此類基坑開挖的難點在于：水下開挖時基底標高難以控制；圍堰及護筒四周泥沙難以清理到位；水下封底時因無法直視，封底混凝土頂面平整度難以控制；且其投入較大，施工周期較長[4]。根據(jù)水土力學特性，水壓力是影響圍堰結構安全的重要因素，因此降低地下水位，減小圍護結構受力，是加快施工進度、保障施工安全和質量的關鍵。本文結合實際工程，對原定水下開挖、水下封底施工工藝進行人、機、物等多方面優(yōu)劣分析，結合多種施工方法的優(yōu)點，優(yōu)化水下深基坑開挖施工工藝，提出基坑外部水位與內部砂土同步抽排的施工方法，確?；痈煞獾祝瑥亩?jié)省施工工期，降低施工成本。

1 工程概況

禹門口黃河公路大橋主橋為(245+565+245)m 三跨雙塔雙索面鋼混疊合梁斜拉橋，全長1 055 m；主橋承臺結構尺寸為：11#承臺49 m×29 m×6 m，12#承臺49 m×24 m×6 m。根據(jù)地質、水文條件，11#、12#索塔承臺均處在細砂層，考慮成本投入、施工進度、難易程度、材料設備投入、實施性及安全質量等因素，兩承臺施工均采用鋼板樁圍堰作為施工圍護結構。主橋基坑分別深9.5、10.5 m，鋼板樁圍堰外側打設管徑400 mm、深20 m的降水井，11#承臺外側打設48口降水井，12#承臺外側打設28口降水井；主橋11#開挖土方為16 245 m3，主橋12#開挖土方為15 300 m3。

2 工藝優(yōu)化

2.1 原有水下開挖施工工藝

針對主橋12#索塔承臺基坑，初步擬定采用高壓射水配合泥漿泵和空氣吸泥機組合方式開挖。根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，施工中首先將所有設備調試正常，開挖初期在基坑內人工高壓射水切割沖泥，用泥漿泵吸泥開挖；當?shù)叵聺B水量增大時，改為空氣吸泥機吸泥，并保證空氣吸泥機在水面以下最小深度，啟動補水泵向基坑內補水，保持基坑內水位高于地下水位1～2 m；再啟動高壓泵水下沖土，最后開啟空氣吸泥機，移動吸泥管達到正常沖吸土。在空氣吸泥機吸泥過程中，應不停向基坑內補水，保證基坑內外水頭差[5-7]。

基坑吸泥共投入2套吸泥機，分別從無內支撐區(qū)域、靠近圍堰腰部內支撐且靠近基坑軸線附近開始吸泥，周邊土體自然向吸泥管口塌落，從而形成大鍋底，待開挖至距離設計開挖面1.0 m時，根據(jù)施工過程中具體測量情況向四周移動吸泥機循環(huán)作業(yè)，從而完成邊緣土體的開挖[8]。底部大約1.0 m土體開挖時，先關閉高壓水泵，僅開啟空壓機進行清底，空氣壓力隨實際開挖情況進行調節(jié)，清底時空氣吸泥機在內支撐之間轉移，且需邊清底邊提升吸泥機，開啟高壓水泵清理護筒及鋼板樁圍堰內側壁上的土體，必要時需潛水員下去清理護筒及鋼板樁圍堰內側壁上的土體。

此施工工藝需不間斷地往基坑內注水，開挖完成后將面臨水下封底的難題，很可能增加潛水員水下作業(yè)等高風險作業(yè)環(huán)節(jié)。水下封底施工工藝流程如圖1所示[9]。

圖1 基坑水下封底施工工藝流程

由水下封底施工工藝可以看出，水下封底前需要對基底進行清理整平，對鋼板樁及鋼護筒外壁進行清理，整個過程均為水下操作，危險性大，且難以保證整體質量。同時，水下封底需要投入大量的鋼材搭設封底平臺，并需要多套導管，材料設備投入大；與干封底相比，水下封底混凝土的標號、厚度均需增大，封底成本也隨之急劇加大[10]。

2.2 主橋12#承臺基坑施工工藝

主橋12#承臺基坑開挖時，針對水下吸泥開挖、水下封底施工技術的諸多不利，提出了井點降水、干開挖、干封底的施工方法，旨在通過降水使基坑開挖實現(xiàn)無水眀挖，減少開挖深度，降低開挖成本，減少封底成本，提高封底質量。

根據(jù)工程地質勘察報告及水文地質特征確定土的含水層及各層土的滲透系數(shù)。通過理論計算得出坑基降水深度，初步確定降水井井管的直徑、長度和布置間距，然后在圍堰外圍均勻布置降水井。在承臺基坑開挖前期及施工過程中，利用水泵持續(xù)不斷排水，使基坑內水位降至基坑底以下，所有開挖土體保持干燥狀態(tài)[11-12]。

施工時在承臺基坑四周設置28口深20 m的降水井，管徑400 mm，下放水泵，調試，抽水。提前抽水20 d后，安裝第一道圍凜和內支撐，然后采用長臂挖機進行基坑開挖；當挖至第二道鋼支撐以下50 cm處時，安裝第二道鋼圍檁和鋼支撐；當挖至第三道鋼支撐以下50 cm處時，安裝第三道鋼圍檁和鋼支撐[13-14]；然后將小型挖機放入基坑內進行開挖，直至挖至封底混凝土底面，進行承臺干封底施工。對少量滲水可采取基坑四周開挖排水溝和積水井的方式進行抽排。待封底混凝土達到設計強度后，拆除第三道鋼支撐，最后破樁頭，進行承臺施工[15-16]。

主橋12#承臺基坑施工工藝流程如圖2所示。

圖2 主橋12#承臺基坑施工工藝流程

2.3 主橋11#承臺基坑施工工藝

主橋12#承臺基坑開挖過程中主要存在的問題是：降水提前進行；對于工期要求高的工程適用性較差；開挖過程需投入大量的機械設備；設備利用率低。針對此弊端，主橋11#承臺基坑開挖時，在12#施工工藝的基礎上進行優(yōu)化改良，改用長臂挖機配合抽沙船進行基坑開挖，降水井同步降水，保持外部降水與外部抽砂抽排速率基本一致。主橋11#承臺基坑施工工藝流程如圖3所示。

圖3 主橋11#承臺基坑施工工藝流程

此施工方法主要是通過抽沙船將基坑內水、沙、泥等混合物抽排，長臂挖機輔助將大塊石頭或達不到抽沙船工作條件的部分土體清理出基坑；基坑外圍井點降水則是確保在開挖過程中承臺基坑鋼板樁圍護結構內外水壓力基本保持平衡，并保障封底時基坑底處于無水狀態(tài)，以達到干封底條件。

主橋11#承臺基坑較12#承臺基坑開挖施工而言，節(jié)省降水井前期抽水時間約20 d，大大加快了整體施工進度，且施工工藝亦可滿足干封底條件，減少了人工、材料、機械費用，比較可行。

3 控制要點

3.1 井點降水

(1)平面布置。根據(jù)工程水文地質情況，結合施工經(jīng)驗計算單口井降水漏斗及基坑總涌水量，確定降水井的直徑、數(shù)量以及井管長度，然后在承臺基坑鋼板樁圍堰外側均勻布置降水井[17-19],如圖4所示。

圖4 施工現(xiàn)場降水井

(2)降水井成井工藝。井點降水施工注意事項如表1所示。

表1 降水井施工注意事項

(3)降水運行控制及監(jiān)測。降水井施工完成后應立即投入預抽水，降水過程中可隨井內水位及時開泵或關泵，根據(jù)開挖進度控制降水速率，保證圍堰內外水位高差在0.5 m范圍內。

3.2 基坑開挖

(1)采用長臂挖機進行基坑土方開挖(圖5)，清理基坑頂部土體至第一層鋼支撐位置以下0.5 m處，安裝第一道鋼圍檁和鋼支撐。

圖5 長臂挖機開挖基坑

(2)第一道內支撐安裝完成后，將基坑長度方向從中間分成2個開挖區(qū)域，在每個區(qū)域的中間位置開挖一處3 m×3 m×1 m的坑槽，利用基坑內原有水位將抽沙船吊入基坑，懸浮在坑槽內進行抽砂開挖(圖6)；開挖過程中，每隔3 h測量一次基坑內水位標高，通過調整降水及抽砂速率確保圍堰內外水位高差在±50 cm范圍內。

圖6 抽沙船開挖基坑

(3)開挖至第二道鋼支撐以下50 cm處時，安裝第二道鋼支撐以及第一道鋼支撐和第二道鋼支撐之間的連接；開挖至第三道內支撐以下50 cm處時，安裝第三道鋼支撐及其與第二道鋼支撐之間的連接構件[20-23]。

(4)抽沙船開挖面為漏斗形，開挖過程中記錄砂土漏斗半徑及深度，在快開挖至基坑底標高時計算漏斗體積，確保凸起砂土能填滿漏斗體，然后停止抽砂。

(5)開挖至基坑底標高，在圍堰外水位降至基坑底標高以下50 cm后，先利用高壓水槍清洗鋼板樁及鋼護筒外壁的泥沙，然后利用小挖機對基坑底面進行整平處理，如圖7所示。

圖7 基坑整平

3.3 基坑封底

(1)基坑底面平整完成后，在基底鋪設彩條布(圖8)，防止封底混凝土澆注時基底砂土影響封底混凝土質量。

圖8 基底鋪設彩條布

(2)由于封底施工過程中難免有雜物出現(xiàn)，封底由基坑一側向另一側進行，封底過程中及時清理混凝土自流動前端的雜物，保障封底混凝土質量。

(3)封底時，先在基坑內每個鋼護筒上做好標志，標記出封底混凝土標高位置，保證封底結束后封底混凝土頂面平整。

4 結 語

深基坑開挖及干封底施工技術，較以往水下開挖、水下封底的施工工藝而言，能迅速降低地下水位，保證基坑開挖和干封底施工順利進行。井點降水結構簡單，降水設備及操作工藝簡便，運行成本低，工程降水性價比高。降水后，圍堰外水土壓力大幅降低，圍堰內支撐體系優(yōu)化減少部分型鋼支撐，節(jié)省施工成本。同時，由于土層從有水變成無水狀態(tài)，內摩擦角變大，鋼板樁所受的主動土壓力隨之變小，提高了圍堰的安全性。降水與開挖同步進行，極大縮短了施工工期。干封底可減少一半以上混凝土用量，鋼板樁入土深度亦可減小，即鋼板樁長度由原來的21 m減少至18 m，節(jié)省成本。干封底可避免水下封底的盲目性，基底標高得到有效控制，封底混凝土與各構件之間緊密黏結，封底質量得以保證。工程實踐充分驗證了此施工工藝的可行性，為項目降低了施工風險，加快了施工進度，節(jié)省了施工成本，可為類似工程提供參考。

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