高碾壓混凝土雙曲拱壩大壩土方明挖技術(shù)

◎ 周仕華 廣東水電二局股份有限公司

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)的水利工程也進(jìn)入到了一個(gè)新的階段。大壩是水利工程中最常用的治水工程，而大壩的土方挖掘是影響大壩使用質(zhì)量和安全的最重要的一部分。大壩的土方挖掘會(huì)對(duì)周圍的建筑造成影響。土方基坑的挖掘施工方案不合適，會(huì)導(dǎo)致土體流失嚴(yán)重，使得挖掘的大壩土方基坑底部不平滑，基坑周圍變形，擠壓主體建筑。基坑底部拱起，支護(hù)結(jié)構(gòu)向外擠壓，導(dǎo)致大壩的主要建設(shè)部分嚴(yán)重變形，改變建筑的應(yīng)力形變，更嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致土體異常沉降、大壩滲水，引發(fā)安全事件。

本文在此基礎(chǔ)上對(duì)高碾壓混凝土雙曲拱壩大壩土方明挖進(jìn)行施工設(shè)計(jì)。以觀音巖水庫(kù)大壩工程為例子對(duì)大壩土方明挖部分中所需要主要的各個(gè)方面進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，保證高碾壓混凝土雙曲拱壩的建設(shè)質(zhì)量。

1.工程概況

觀音巖水庫(kù)樞紐工程主要由大壩樞紐、發(fā)電廠房及供水工程三大部分組成，主要建設(shè)內(nèi)容有碾壓砼雙曲拱壩、壩頂溢流表孔、發(fā)電引水系統(tǒng)、左岸放空底孔、左岸供水取水口、廠房及供水管道。大壩為碾壓砼雙曲拱壩，設(shè)計(jì)最大壩高109m，壩頂高程1434 m，壩頂中心弧長(zhǎng)267.3m。

2.雙曲拱壩大壩土方明挖盾構(gòu)保護(hù)段施工方案

明挖段綜合管廊基坑沿縱向共分為14段，每段長(zhǎng)度約為15m。具體施工方案為：第一步，對(duì)明挖段綜合管廊基坑進(jìn)行除水處理；第二步，在明挖段綜合管廊基坑?xùn)|側(cè)進(jìn)行挖掘，豎立冠梁，構(gòu)建防水阻隔結(jié)構(gòu)；第三步，挖掘明挖段綜合管廊基坑第一層土方，同時(shí)在基坑西面搭建防水阻隔結(jié)構(gòu)，使得土方第一層的挖掘能夠觸及西面結(jié)構(gòu)，在土方上設(shè)置鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)支撐整個(gè)明挖段綜合管廊基坑；第四步，在第一層土方支撐的基礎(chǔ)上進(jìn)行二層土方挖掘，同時(shí)增加鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加強(qiáng)支撐；第五步，將明挖段綜合管廊基坑整體高度挖掘到整體結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)位置；第六步，在明挖段綜合管廊基坑底部澆灌鋼筋混凝土，等到底部混凝土干透后將第二層支撐結(jié)構(gòu)拆除，同時(shí)橫向挖掘土方；第七步對(duì)基坑整體結(jié)構(gòu)鋪設(shè)支撐構(gòu)架；第八步，在基坑表面搭建防水結(jié)構(gòu)。

在整體施工過程中要時(shí)刻注意以下兩點(diǎn)：第一點(diǎn)，在挖掘土方的過程中要時(shí)刻與基坑深度標(biāo)準(zhǔn)對(duì)標(biāo)，在土方挖掘出的斜切面上利用鋼筋片狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行混凝土的噴射；第二點(diǎn)在基坑挖掘的時(shí)候注意管道的鋪設(shè)，方便將基坑中的積水排出，并時(shí)刻注意水位線。

明挖段綜合管廊基坑地下挖掘結(jié)構(gòu)的深度設(shè)置為6米，在挖掘的時(shí)候結(jié)合分段挖掘技術(shù)設(shè)計(jì)施工方案，在基坑整體構(gòu)架中設(shè)置分段挖掘點(diǎn)位，每一段分段位點(diǎn)之間的距離都不超過13米，可以根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整施工位點(diǎn)間的距離。在施工的時(shí)候主要挖掘一段就要立刻對(duì)該段進(jìn)行封鎖，保證整體基坑在施工時(shí)的形變程度在可調(diào)控范圍內(nèi)。在分段挖掘的過程中結(jié)合縱向的分層挖掘，能夠很好地加強(qiáng)基坑的支撐力量。

3.明挖土方明挖階段侵限和圍護(hù)樁剔鑿處理方案

3.1 土方開挖階段侵限處理

在對(duì)明挖段的基坑進(jìn)行挖掘的時(shí)候，采用了縱向分層挖掘的方法，利用這一技術(shù)的時(shí)候要求前期設(shè)計(jì)人員根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的情況精準(zhǔn)設(shè)計(jì)出每一層的挖掘深度，并對(duì)每一層的圍護(hù)樁的侵限問題進(jìn)行預(yù)設(shè)。在施工的時(shí)候，現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)人員要時(shí)刻檢查圍護(hù)樁侵限程度，方便隨時(shí)調(diào)整施工方案。

在基坑挖掘的過程中，要對(duì)圍護(hù)樁進(jìn)行處理，具體步驟為：第一步，對(duì)圍護(hù)樁的擴(kuò)孔進(jìn)行剔鑿，清理圍護(hù)樁的塌孔，使得混凝土塊不堵塞整體結(jié)構(gòu)；第二步，施工人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體的剔鑿情況進(jìn)行圍護(hù)樁的架設(shè)，確?？着c孔之間能夠?qū)R，防止因?yàn)樘掼徧幚聿划?dāng)?shù)膰o(hù)樁上的孔不規(guī)則導(dǎo)致的圍護(hù)樁之間不能完美相連，主體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)。另外在進(jìn)行剔鑿處理的時(shí)候要注意圍護(hù)樁只剔鑿邊緣孔，對(duì)主筋部分不做處理。

圍護(hù)樁侵限部位的剔鑿操作要結(jié)合混凝土的噴射進(jìn)行隨時(shí)調(diào)整。剔鑿?fù)瓿珊螅瑱z測(cè)人員要對(duì)完成的圍護(hù)樁進(jìn)行嚴(yán)查，合格的才能進(jìn)行混凝土的噴射操作，不合格的圍護(hù)樁要進(jìn)行二次修改，直到檢驗(yàn)合格。在剔鑿的操作過程中，如果遇到剔鑿到主筋位置仍然不合格的情況下立即停止剔鑿操作，在該圍護(hù)樁表面直接黏貼網(wǎng)狀鋼筋進(jìn)行混凝土的噴射，同時(shí)記錄改圍護(hù)樁的侵限大小，等到明挖段基坑整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后再進(jìn)行剔鑿操作。

混凝土噴射時(shí)要在明挖段基坑上部設(shè)置噴射控制點(diǎn)，每個(gè)噴射控制點(diǎn)間要間隔4米的距離。噴射的時(shí)候根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況控制噴射高度和強(qiáng)度，防止混凝土層超出預(yù)設(shè)位置導(dǎo)致的侵限情況。

3.2 圍護(hù)樁剔鑿處理

當(dāng)遇到圍護(hù)樁剔鑿程度為15-25cm以內(nèi)或者單獨(dú)圍護(hù)樁提出程度過于嚴(yán)重的情況時(shí)：

（1）工藝流程。第一步，測(cè)量圍護(hù)樁的侵限尺寸；第二步，對(duì)錨管進(jìn)行處理；第三步，剔鑿圍護(hù)樁；第四步，焊接網(wǎng)狀鋼筋結(jié)構(gòu)；第五步，對(duì)圍護(hù)樁整體結(jié)構(gòu)噴射混凝土。

（2）具體施工方案。第一步，對(duì)錨管進(jìn)行處理：如圖1所示，在圍護(hù)樁使用直徑為200mm、長(zhǎng)度為7m、管道厚度為7mm的錨管。將錨管的截面打磨為尖頭狀，在距離錨管口約4m的位置用電鉆鉆出直徑為11mm的注漿孔，注漿孔形狀為梅花樣式，每個(gè)注漿孔的間距為500mm。

圖1 圍護(hù)樁錨管加固

在明挖基坑土方的挖掘施工中，每次挖掘的深度都要小于4m，設(shè)置每個(gè)錨管之間的上下間隙為2m，左右間隙為2.5m，同時(shí)錨管要稍微傾斜放置，傾斜程度為6°-11°。錨管結(jié)構(gòu)的設(shè)置要根據(jù)圍護(hù)樁的剔鑿范圍進(jìn)行不斷調(diào)整。

第二步，剔鑿圍護(hù)樁操作：遇到圍護(hù)樁的侵限問題后，要在明挖土方徹底挖掘完成后再進(jìn)行剔鑿操作。如圖2所示，每次剔鑿施工的高度控制在2m的范圍之內(nèi)。

圖2 單獨(dú)圍護(hù)樁鑿除處理

第三步，焊接網(wǎng)狀鋼筋結(jié)構(gòu)：在圍護(hù)樁的外圍焊接雙向網(wǎng)狀鋼筋結(jié)構(gòu)。錨管的位置設(shè)置在網(wǎng)狀鋼筋的交叉點(diǎn)，將網(wǎng)狀鋼筋結(jié)構(gòu)與錨管進(jìn)行焊接。超過圍護(hù)樁的錨管結(jié)構(gòu)用打磨機(jī)打磨至與鋼筋平齊的位置。

第四步，對(duì)圍護(hù)樁整體結(jié)構(gòu)噴射混凝土：在圍護(hù)樁的外圍噴射高強(qiáng)度混凝土，控制噴射力度，使得圍護(hù)樁噴射完成表面平滑，噴射厚度也要適當(dāng)，防止厚度不夠?qū)е落摻钔饴兜那闆r。

在明挖基坑的開挖到基坑底部位置后，盡快施作墊層，并在嚴(yán)重侵限圍護(hù)樁對(duì)應(yīng)位置的墊層內(nèi)進(jìn)行鋼筋混凝土加強(qiáng)措施，起支撐作用。加強(qiáng)梁主筋與圍護(hù)樁主筋連接。加強(qiáng)支撐形狀與隧道主體結(jié)構(gòu)底板形狀匹配，應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理，墊層加強(qiáng)梁施工不得影響主體結(jié)構(gòu)仰拱施作時(shí)間。

4.明挖法基坑開挖施工方案

4.1 明挖法基坑開挖施工流程

基坑開挖施工流程如圖3所示。

圖3 明挖土方開挖施工工藝流程圖

將挖掘部分按照不同的功能進(jìn)行分層或者分段的形式進(jìn)行開挖。分層挖掘時(shí)的支撐結(jié)構(gòu)設(shè)置為范圍為9m的支撐平臺(tái)，按照等比例的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行斜面挖掘。在回填雜土的情況時(shí)，要根據(jù)分層和分段挖掘的特性按比例進(jìn)行回填。

明挖基坑土方在完成挖掘后，底部還剩下多余的土方，這一部分土方需要使用小型挖掘機(jī)進(jìn)行挖掘處理，在不影響整體結(jié)構(gòu)的同時(shí)將對(duì)于土方挖出基坑，通過運(yùn)輸車運(yùn)出施工場(chǎng)地。

4.2 明挖法基坑噴射混凝土施工工藝

網(wǎng)狀鋼筋結(jié)構(gòu)尺寸規(guī)格為Φ6@200×200，混凝土噴射時(shí)候所用到的混凝土為C30的高強(qiáng)度混凝土，噴射厚度為90毫米，整體所使用的網(wǎng)狀鋼筋結(jié)構(gòu)應(yīng)該不少于30個(gè)。在對(duì)圍護(hù)樁進(jìn)行施工的時(shí)候在每個(gè)圍護(hù)樁結(jié)構(gòu)內(nèi)都嵌入一個(gè)長(zhǎng)度為400mm的鋼筋作為主筋，每個(gè)圍護(hù)樁之間的也要架設(shè)高強(qiáng)度的鋼筋用來穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。為防止網(wǎng)狀鋼筋結(jié)構(gòu)在施工過程中發(fā)生掉落引發(fā)安全事故，要對(duì)網(wǎng)狀鋼筋結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接操作。

噴錨操作的具體施工步驟為：第一步，對(duì)工作面進(jìn)行挖掘；第二步，修整挖掘的基坑表面；第三步，對(duì)網(wǎng)狀鋼筋結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接和捆扎；第四步，進(jìn)行混凝土的噴射操作；第五步，對(duì)噴射完的混凝土抹面壓光。

在進(jìn)行混凝土的噴射操作前，要進(jìn)行十分嚴(yán)格的準(zhǔn)備過程，對(duì)所用的噴射機(jī)器進(jìn)行檢查，確保噴射的管道通暢不堵塞，檢查機(jī)器的線路是否漏電，保證在噴射過程中機(jī)器不會(huì)發(fā)生停止工作的情況。鋼筋混凝土噴射完成后，需要暫停施工，等到混凝土徹底干透，然后對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)噴灑一定量的水，噴灑的水量根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的溫度和濕度進(jìn)行設(shè)置，加強(qiáng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固，保證基坑的形變?cè)诤笃谑┕み^程中維持在合理范圍內(nèi)。

在圍護(hù)樁分段進(jìn)行噴射的施工過程時(shí)，要對(duì)網(wǎng)狀鋼筋結(jié)構(gòu)和圍護(hù)樁之間的距離進(jìn)行處理，在進(jìn)行噴射操作。如果圍護(hù)樁之間存在挖掘過度的問題，可以通過混凝土的噴射進(jìn)行回填操作，壓實(shí)調(diào)整距離。同時(shí)對(duì)圍護(hù)樁之間鋼筋的焊接長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整，通過混凝土的噴射使得焊接縫隙飽滿。要注意噴射的時(shí)候控制噴射力度，使混凝土均勻的噴射在圍護(hù)樁上。

5.結(jié)束語(yǔ)

土方明挖是大壩建設(shè)工程中十分重要的一項(xiàng)，明挖施工方案的設(shè)計(jì)不僅僅要關(guān)注基坑支護(hù)等結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定問題，還要將挖掘?qū)χ車ㄖ挠绊懺黾拥绞┕ぴO(shè)計(jì)中。本文對(duì)高碾壓混凝土雙曲拱壩大壩土方明挖進(jìn)行施工方案設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮出了明挖法的優(yōu)勢(shì)，使得大壩工程能夠在安全可靠的環(huán)境下進(jìn)行施工作業(yè)，在保證工程質(zhì)量的前提下提高工作效率，推動(dòng)大壩施工的發(fā)展。