水工建筑的基坑开挖施工技术分析

梁华权

湛江市兴建水电工程有限公司

【摘要】水工建筑基坑开挖施工直接影响工程质量、进度和成本，也与后续施工关系很大，因此应合理选择施工技术，以便在保证工程质量的前提下加快施工进度，降低施工成本，本文结合工程案例对此进行了分析和讨论。

【关键词】水工建筑；基坑工程；开挖施工

在水利工程建设中，土石方开挖是工程重要的组成部分，贯穿于整个施工过程。土石方开挖有明挖和暗挖之别。明挖也称为露天开挖，有大面积的临空面。暗挖主要是地下洞室工程，如平洞、竖井、斜井和大型洞室等工程。基坑开挖是典型的明挖工程，工程量多，开挖深度大，施工作业易受气候、水文、地质条件影响，开挖难度较大，施工要求较为严格。稳定的地基是上层水工建筑物安全性和可靠性的保障，所以基坑开挖是水工建筑施工中的基础工作，往往也是必要的工作，因此本文对水工建筑基坑开挖施工技术进行了分析。

1水工建筑基坑开挖方式与关键技术

1.1基坑开挖方式

根据水工建筑地基情况，基坑开挖分为岩基开挖（或石方开挖）和土基开挖（或土方开挖）。按照开挖程序，基坑开挖分为自上而下开挖、上下结合开挖和分期分段开挖。依据开挖手段，基坑开挖分为人工开挖、机械开挖、爆破开挖、水力开挖、置换开挖等方式。基于施工方法，基坑开挖分为平面开挖、立面开挖等方式。根据支护形式，基坑开挖分为放坡开挖和支护开挖等方式[1]。

1.2基坑开挖的关键技术

根据基坑开挖的特点，必须制定科学合理的施工方案，确定适宜的施工程序、工序衔接、总平面布置、施工机械配套以及保障开挖质量和施工安全的各种措施。从基坑施工难度和可能遇到的危险分析，水工建筑基坑开挖应重点解决基坑边坡保护、加固及其监测、降排水等问题。基坑开挖过程中，边坡不稳会产生垮塌、滑坡等事故，所以要进行保护和加固。首先，根据边坡岩土类型选择合适的坡比，如果坡度过大应进行削坡处理，例如风化原状土边坡坡比应在1：0.5～1：1.25，黏性土边坡坡比应为1：0.75～1：1.5，粉土和碎石土边坡坡比应为1：1～1：2，强风化硬质岩1：0.5～1：1，弱风化硬质岩边坡坡比应为1：0.2～1：0.5等。其次，稳定边坡可采用喷锚支护、预应力锚索支护、锚杆或锚桩加固、设置抗滑桩或护壁桩、重力式挡墙、地下连续墙等形式[2]，可结合地质条件和工程特点选择合适稳定边坡措施。再次，基坑降排水也是稳定基坑的重要措施，因为地下水渗入基坑将发生流砂、管涌和边坡失稳现象，水工建筑基坑常采用上部设置围堰、下部设置防渗墙的措施控制基坑内的水量[3]。基坑监测是确保基坑和周边建筑安全的重要措施，监测项目可根据保护对象和工程特点确定，如某水电站厂房主要监测位移（地表位移、地表沉陷、地表裂缝、地下位移）、地下水（地下水位和地下水压）、保护对象（预应力结构、抗滑桩）。

2水工建筑基坑开挖技术应用

2.1放坡开挖

某水闸位于河道边进水渠渠首位置，闸室底板为混凝土结构，基坑挖深11m，其中8m在水位以下，并且水位以下土料处于水饱和状态。由于工期紧，开挖工程量大，必须认真策划施工方案，并通过采用挖填结合、快速施工的方法，实现经济合理、安全施工的目标。该工程周边没有约束放坡的因素，所以决定采用放坡开挖方式。该基坑土质为均质壤土，按照《水利水电工程施工手册第2卷土石方工程》第156页表4-2-3[1]稳定边坡坡比为1：1～1：2，考虑到基坑深达11m，确定采用坡比1：2。由于开挖深度较大，需要采用多级边坡形式，在坡级之间设置马道，其高度间隔为3～4m，马道宽1.5m。

基坑开挖前，首先对开挖边线进行了测量，并作出了标记。测量精度应符合水利水电工程测量规范的要求。开挖施工过程中，还应根据开挖进度对边坡位置、标高、坡比、控制桩号、水准点和开挖边线进行校核，确保开挖满足设计要求。然后清理场地，要将开挖区域内的植被、杂物等彻底清除。为了不影响开挖作业，植被清理边线应扩大至设计边线以外的3～5m。

开挖应采用分层开挖方法，每层3m高，挖出的土料用于填筑围堰。开挖水位以上部位，可选用1.05m3反铲挖掘机以及8～15t自卸汽车。水位以下部分的开挖有一定难度，因为淤泥无法承重。经过研究拟定了以下3个方案：

一是采用普通反铲挖掘机改装的长臂挖掘机在湿地上挖掘，接近基面30cm改人工挖掘，以精确控制开挖轮廓。采用这种方法一次可以挖深6m，比普通反铲挖掘机效率提高50%以上。操作方法是在边坡工作面上配备1台改装长臂挖掘机，挖出的土料甩在坡顶或坡顶下部一定高度，再由普通反铲挖掘机送到自卸车斗。考虑到下部黏土承重不足，可在工作面上垫滚木或筏板来减轻压力。

二是采用1.2m3拉铲挖掘机进行挖掘，接近基面30cm改人工挖掘。拉铲作业强度达250m3/台班，最大挖深达12m。挖出的土料可以直接送到自卸车斗。效率不错，但台班费较高。

三是采用置换法挖掘。在淤泥中铺填数道片石与建筑垃圾修筑的施工道路，用于挖掘机与运输车辆的作业通道，开挖方向从边坡向基坑中部延伸，每挖1层（3m）即重新铺填道路，至近基面30cm改人工挖掘。这种只需普通反铲挖掘机，台班费易于控制，而且施工效率也较为理想。

经过论证第三种方案效率和总成本最优，于是选择了该方案。开挖期间同时设置排水沟、集水坑进行降排水作业。实际施工工期比计划工期缩短了7d，保障了后面混凝土工程的顺利开工。

2.2支护开挖

某排涝泵站位于河岸附近，场地东、南侧均有20世纪80年代所建6～7层砖混结构住宅建筑，而且距征地红线距离只有3m左右；西侧为河堤，北侧为道路。场地狭窄，同时要保证红线外侧建筑不发生危险，所以基坑开挖必须且只能采取支护形式。场地地层为第四系上更新统冲洪积物组成，从上至下分别为杂填土、素填土、粉质黏土、粉土、粉砂、中砂、圆砾。泵站采用箱式泵房形式，基坑开挖深度约12m。由于周边环境对位移要求较为严格，所以应采用刚性较强的支护形式。经过初选确定地下连续墙、水泥土墙、逆作拱墙和护壁桩4个方案。地下连续墙强度最高，但造价高，并且需要使用专用设备。水泥土墙施工速度快，较为经济，且对环境影响小，但水平位移较大。逆作拱墙需要分层施工，工期较长。护壁桩刚度较大，施工时对环境影响较小，且桩型有多种选择。经过论证，水泥土墙不满足位移要求，逆作拱墙占地范围大，也不满足本项目要求；最后剩下地下连续墙和护壁桩两个方案，再比较造价，护壁桩比地下连续墙节省造价约1/4，所以选择护壁桩方案，桩型采用2000mm钻孔灌注桩，混凝土强度为C30，沿基坑南、东、北边线上单排设置，桩顶设置冠梁。

施工工艺为：测量定位→设备就位→泥浆制备→泥浆护壁钻孔→清孔→下放钢筋笼→浇灌混凝土→转移到下一桩位。桩位按设计图纸精确放线，并在钻孔过程中经常检查桩架的水平度和钻杆的垂直度，避免钻斜孔或扩大孔。采用隔桩跳打方式，也就是先打奇数桩，然后再打偶数桩，这样可避免施工时对邻近强度不够的桩造成破坏。并且采用回转钻机钻孔，既可保证打桩精度，也可减轻施工噪声对周边环境的影响。钻进过程中采用泥浆护壁措施，防止塌孔和扩孔。泥浆应严格按地层特点配制，并在钻孔过程中观察出浆速度，确保泥浆保持良好的循环。在整个钻孔期间始终保持护筒内的泥浆比地下水位高出1m以上。同时还要采取降排水措施控制地下水位。

桩顶浇筑钢筋混凝土冠梁，施工工艺为：凿除桩头→测量定位→绑扎钢筋、立模→浇筑混凝土→脱模、养护。灌注桩内的钢筋应插入冠梁内。施工期间开展监测，重点是水平位移。根据记录，冠梁水平最大位移为5.23mm（计算桩顶位移4.67mm），周围建筑未损坏，地面沉降也在允许范围内，施工效果比较理想。

2.3降排水技术

基坑降排水首先要确定合理的降排水方法。降水有集水井降水和井点降水两类，主要依据地下水位、土层性质、基坑开挖方式与面积大小、周边环境等情况，选择有效的降排水方法。集水井降水是通过设置一定数量的集水井，将基坑坑底排水沟的水收集起来，再用水泵排出坑外。通常，基坑深度较浅、开挖面积不大时可采用集水井降水方式。井点降水是通过设置一系列的井点，强制降低水位。根据降水原理，井点降水分为轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点和深井井点等类型。不同的井点类型适应一定的土体类型，例如电渗井点适于淤泥质土降水；管井井点适于砂砾地层降水；最常用的是轻型井点适于粉质黏土、砂质粉土、粉砂及各种砂砾地层。以某泄洪闸基坑开挖为例，土质为高渗透性中砂，并掺杂砾石。在基坑开挖前通过生产性试验证明集水井降水方式难以满足要求，由于地层不稳定、水量又大，边坡大量泥沙流动，无法形成稳定的集水井。但试验普通井点降水也不成功，因为井壁不稳定，最终采用小径群井加钢制护套获得成功。在钻井时井内压力比井外低，故井内易抽入流砂，而护筒外则因为砂的流动而易出现塌方。为避免这种情况出现，井筒内要灌入一定压力的水，这样井内水位高了，钻井时不会出现塌井现象，就可以加快施工进度。终孔后提出钻杆，放入带滤网的井管，再往井下面灌入砾石滤料，即可稳定降水了。可见，选择好的降水方法也是确保基坑顺利开挖的重要环节。

3结语

水工建筑基坑工程施工条件复杂，工程量大，所以技术难度往往比较高。在基坑施工中，首先应制定科学合理的施工方案，通过比较各种施工技术，选择技术经济效果最好的方案，然后对施工中的各个环节进行分析，解决好细节问题，就能够实现良好的施工效果。

参考文献：

[1]《水利水电工程施工手册》编委会.水利水电工程施工手册第2卷土石方工程[M].2版.北京：中国电力出版社，2002.

[2]何永光.水工建筑的基坑开挖施工技术探讨[J].河南水利与南水北调，2012（16）：151-152.

[3]李华，滕凯，张丽伟.堰下悬挂式截渗墙基坑控降水优化设计[J].华北水利水电大学学报（自然科学版），2015，36（4）：44-49.