水下開挖法在市政工程深基坑施工中的應(yīng)用

湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽 421001

1 水下開挖法的可行性與實(shí)用性

1.1 適宜采用水下開挖法的工程特點(diǎn)

在市政工程深基坑項(xiàng)目中，適宜使用水下開挖法進(jìn)行施工的工程需要滿足以下三個(gè)特征：第一，項(xiàng)目工程施工范圍在位置布局上需要較為靠近地表水系。施工位置靠近地表水系是采用水下開挖法進(jìn)行施工的必備要素。當(dāng)?shù)乇硭岛偷叵滤祪烧咧g存在較為密切的水力關(guān)系聯(lián)系時(shí)，兩者的水位互補(bǔ)關(guān)系較為顯著。第二，項(xiàng)目位置即深基坑范圍內(nèi)存在厚度較大的透水地層，且需要具備透水系數(shù)較大的特點(diǎn)。這是由于在深基坑施工過程中基坑地下存在的相對(duì)隔水層厚度較深，如果運(yùn)用豎直隔斷的方法將難以達(dá)到的良好的施工效果，且施工過程存在現(xiàn)實(shí)困難。

1.2 水下開挖法的可行性和實(shí)用性分析

在市政深基坑項(xiàng)目工程遇水位較高且具備超厚強(qiáng)透水地層的情形時(shí)，必須改變傳統(tǒng)的施工方法。在傳統(tǒng)施工方法中，主要是以“抗”為主，該種施工思路已經(jīng)逐漸落后，新型施工思路應(yīng)當(dāng)是以自平衡特性解決施工過程的高風(fēng)險(xiǎn)問題。運(yùn)用自平衡的施工思路有諸多優(yōu)勢，一方面可以解決傳統(tǒng)施工方式中施工難度較高的問題，另一方面可以使工程風(fēng)險(xiǎn)控制在合理范圍內(nèi)，有效節(jié)省工程投資。因此，從總體上來看，在經(jīng)濟(jì)和施工風(fēng)險(xiǎn)層面上水下開挖法具有高度可行性和實(shí)用性。但是，在運(yùn)用水下開挖法進(jìn)行施工的過程中要注重其適用范圍。筆者對(duì)國內(nèi)外運(yùn)用水下開挖法進(jìn)行的施工項(xiàng)目進(jìn)行了梳理和總結(jié)，認(rèn)為其適用范圍應(yīng)當(dāng)作如下限定：第一，適用于施工位置靠近江、河、湖、海，且采用了明挖法進(jìn)行作業(yè)的深基坑項(xiàng)目工程。第二，適用于基坑挖掘深度超過30m，且其面積小于1000m2的深基坑工程。第三，在基坑下方位置和底部位置具有強(qiáng)透水地層，且需要滿足強(qiáng)透水地層和地表水之間具有高度關(guān)聯(lián)的水力關(guān)系。

2 深基坑水下施工的工藝及策略

2.1 水下開挖

在水下開挖環(huán)節(jié)，結(jié)合國內(nèi)外先進(jìn)施工經(jīng)驗(yàn)，通常情況下應(yīng)當(dāng)運(yùn)用高壓旋噴施工器械進(jìn)行施工，且該器械需要附加三翼鉆頭。在施工過程中，還需要對(duì)所有參與施工器械進(jìn)行合理布置，以達(dá)到良好的施工效果。施工機(jī)器設(shè)備的具體布置方案如圖1 所示。在施工器械的選擇方面，相應(yīng)參數(shù)需要滿足一定要求，結(jié)合國內(nèi)工程實(shí)例，筆者提出了四類設(shè)備的參考型號(hào)和參考功率，1、旋噴樁機(jī)：型號(hào)GS500-4，功率15W；2、潛水渣漿泵：型號(hào)ZJQ150-45-55，功率55W；3、空壓機(jī)：型號(hào)6m3，功率40W；4、高壓清水泵：型號(hào)XZ，功率90W。具體施工方式為：第一，利用噴嘴以及三翼鉆頭，使用旋噴機(jī)產(chǎn)生的高壓水和鉆頭對(duì)施工范圍內(nèi)的土體進(jìn)行分割、攪拌，使其形成均勻度較高的泥漿。第二，下放旋噴頭，下放深度為地表以下30cm，而后利用空壓機(jī)和高壓水泵進(jìn)行旋轉(zhuǎn)下沉，速度約為23～35cm/min，而后將速度升高至每分鐘55～65cm/min。第三，在泥漿產(chǎn)生后，利用卷揚(yáng)機(jī)和渣漿泵進(jìn)行排漿作業(yè)。在該過程中，應(yīng)當(dāng)分階段、分層級(jí)進(jìn)行開挖，速度要限制在1.5m/d。作業(yè)過程中要保證坑內(nèi)液面不發(fā)生變化，且需要控制設(shè)備開挖深度高度差在1m 以內(nèi)。

2.2 水下混凝土澆筑環(huán)節(jié)工藝

圖1 機(jī)械布置示意圖

在市政深基坑開挖項(xiàng)目中，通常情況下會(huì)設(shè)計(jì)到水下混凝土的大面積澆筑。在該種情況下，水下混凝土澆筑作業(yè)采用滿堂紅法較為適宜。在導(dǎo)管選擇方面，宜采用直徑25cm，管壁厚度為10mm 的無縫鋼管，布置間距方面不宜超過5m。澆筑順序方面應(yīng)當(dāng)采用以下順序：（1）首批灌注；（2）正常灌注；（3）提升導(dǎo)管；（4）測量；（5）再次灌注。首批灌注需要關(guān)注混凝土灌注量，正常灌注需要按照風(fēng)井外至內(nèi)的順序進(jìn)行灌注，提升導(dǎo)管必須依據(jù)混凝土標(biāo)高和埋深進(jìn)行規(guī)范操作，每隔30min 左右需要對(duì)混凝土標(biāo)高進(jìn)行監(jiān)測記錄，用于計(jì)算其流動(dòng)半徑和坡度。除此之外，還應(yīng)當(dāng)關(guān)注導(dǎo)管埋深，筆者認(rèn)為導(dǎo)管埋深不應(yīng)當(dāng)小于1m。在坑內(nèi)液面高度保持方面，需要高于外部地下水位1m或1m 以上。

3 結(jié)論

在本文探討的市政深基坑開挖項(xiàng)目中，自平衡的施工理念是未來此類工程項(xiàng)目發(fā)展的重要方向，具有較好的應(yīng)用前景。在水下開挖法應(yīng)用于市政深基坑項(xiàng)目開挖作業(yè)時(shí)，除應(yīng)關(guān)注本文已經(jīng)探討的水下開挖施工工藝和混凝土灌注工藝外，還應(yīng)當(dāng)關(guān)注抗浮板設(shè)計(jì)的相關(guān)問題，該問題同樣是理論和實(shí)踐研究中需要關(guān)注的重點(diǎn)問題。