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摘要：水利工程中的基坑多数属于深基坑范畴，在开挖及支护方面相较于普通建筑的基坑施工尤为重要。本文通过对深基坑工程开挖、支护技术理论分析结合案例应用探讨水利工程中影响基坑质量的相关因素。
关键词：水利工程；深基坑；开挖；支护；
1引言
基坑工程中挖深不小于5米或者不少于地下室三层的工程属于深基坑工程。考虑水利工程的地形因素及工程要求，其基坑多为深基坑范畴，故应按重点工程组成部分专门设计相关施工方案。
基坑工程具有属性鲜明的工程特点，如区域性、特例性、综合性、时间性、系统性、环境性等。具体像在淤泥地基、黄土地基等水文、地质条件不同的地基土中差异性大，同一城市不同区域也有差别，同时与基坑相邻建筑物和地下管线的位置、抵御变形的能力、重要性有关。并且，在设计施工方案时施工人员也需要综合考虑岩土工程、结构工程和土力学理论、测试技术、计算技术及施工机械、施工技术的知识领域。而基坑工程中安全储备较小的临时支护体系与基坑工程全程的安全生产相关联，是工程施工的“生命”保证，是深基坑施工中风险性最大的部分。深基坑工程施工中必须进行全程不间断的监测，并为其设有专门应急预案措施。
2我国深基坑施工技术特点分析
2.1 基坑支护工程事故类型
深基坑施工的特点决定了其事故类型的多样性，主要包括：
1.与挡土结构有关的事故如挡土结构施工不良、严重的渗漏水使后方土体流失、各阶段超挖及地面超载引发支护结构侧上方压力过大、缺少土体及支护整体稳定性与抗滑移验算乃至计算错误、降排水侧压力考虑不足导致挡土结构垮塌等；
2.与杆、撑体系相关的如勘察设计不当、施工不良造成基坑事故；
3.与地下水治理不当有关的如发生在挡土结构不同部位及基坑周边的事故、未进行整体流量均匀性控制的井点降水导致地下水位降低过大过快造成已有临近建筑物沉降、开裂的事故等；
4.与管理不当有关的事故如边坡因放坡开挖坡度过陡、坑周临时荷载过多、挖土速度过快改变原有土层平衡状态造成的失稳、滑坡，以及周遭基坑施工对临近基坑支护结构的影响引起的围护破坏、基坑暴露时间过长造成的坑底回弹增大从而影响支护结构稳定性等。
2.2 深基坑施工中结构变形机理分析
基坑开挖中坑底隆土及围护位移是引发坑周层移的重要诱因，而支护变形、基坑土底隆起和基坑四围地层移动正是基坑变形的主要原因。
基坑工程开始后，开挖深度逐渐增加，坑内外高差不断加大，形成基坑内外客观必然存在的逐步变大的荷载差距，墙体在基坑外部荷载作用下向基坑内移动，此时坑壁推挤墙前的土体，形成基坑土底的塑性起隆。同时，基周土体产生不小的塑性区域，引发周边地面的沉降。塑性区发展示意如图1所示，H、B、F分别为下挖深度、基坑宽度、基底隆起抗阻安全系数[1]。
图1 软粘土基坑周边土体移动及塑性区发展示意图
2.3 深基坑工程实际施工存在问题的分析
基坑开挖中坑底隆土及围护位移是引发坑周层移的重要诱因，而支护变形、基坑土底隆起和基坑四围地层移动正是基坑变形的主要原因。深基坑工程在实际施工工序中尚存在例如超挖、欠挖，土层开挖与后期支护不匹配，成孔注浆工艺质量等不少操作问题 [2]。
除此之外，施工中必须做好完善的环保程序。比如在支护体系的选取上，不但应当考虑残余泥浆、作业噪音、化学污染等因素，还需涉及施工作业中有振动超标的情况。深基坑的开挖一定程度上必然会对周边原有设施存在相对程度上的负面影响，从尽量减小次生损害因素的角度出发，我们必须充分了解周遭已有建筑物的存在及其具体情况。
理论上，对深基坑工程进行支护作业，应当机械土方作业前期先行，施工人员依次进行修坡工序，随后进行支护操作。然而在实际的边坡开挖工序中，因施工人员对边坡修整和挖掘主观或者客观上没有做到严格施行操作规范，从而导致基坑边坡不平整、深浅不一的情况。这一问题既是整体支护品质的不良因素，又为工程增加了额外的返工量。不同于技术简单、方便管理的的开挖土方，支护工程建设时工艺较为复杂、繁琐，基坑工程承包方多将其进行分包，这一情况使得同一基坑中紧密联系的两部分处于两方不同的施工人员的手中施工中。如果此时总承包方未能做好两方面的协调组织，则极易发生工期延误、冲突，乃至在重要的支围护工程中埋下安全、质量隐患。
与上述类似的是，实际施工工作中人的因素也极为重要，一个水利工程项目中的施工、设计人员能否对工程施工技术规范、管理要求彻底掌握，能否在每一个施工工序中贯彻技术规范及制度，极大程度上关乎基坑工程安全生产事故与施工工程质量问题的发生概率。现今社会上不少水利工程中存在施工材料、安全生产管理上的不足。原材料管理上的缺陷不仅仅影响工程中财务方面的损失，对工程进度而言也是一大干扰因素，甚至严重者从源头上影响基坑质量的安全[3]。
3水利工程深基坑施工方案实例分析
3.1某污水泵站深基坑方案实例
某工程建筑功能主要为污水泵站，由污水粗格栅间与泵房连接相组成。工程采用阀板式基础作为工程泵房及粗格栅间下设钢筋混凝土基础的形式。其基础标高分为两个不同高程，其中粗格栅间区下挖深度为6.9m，泵房区挖深为10.1m，基坑工程挖方总量不少于1800m3，属深基坑工程。工程主体围护方案设计为沿土壁四围以水泥砂浆砌筑蒸压灰砂砖挡土墙，并沿四周喷注水泥砂浆于竹钉所挂钢丝网上作为基坑防滑坡护壁措施。坑壁施工见图2所示。
图2 坑壁施工图
同时，本工程中以轻型井点降水作为基坑排水的主要技术手段，降水井点标准为V5真空泵、50mm×1.6m滤管、5.5m长井点管、110mm集水管，双排井点、边距1m布设支管、间距不小于1.1m，且井点底部深于基础2m。此外，工程开始前一天沿纵向于沟槽断面外0.8m处布置轻型井点降水设施，机组技术参数为功率8kW、井距2 m、机组压力3.2kg/cm2、真空度69．8kPa。井点组装时主管连接、延伸均要求平直，冲孔后安装支管，应布设于同一直线、同一高度，保证竖直，冲孔扩孔径应当不小于35cm。降水抽吸主机保证安装于主管中心，通过检测出水程度，排水开始一日内排出清水，作为降水效率的合格指标。
对混凝土灌浆过程施工的过程监管是本次深基坑工程中的另一重点，钢筋骨架经灌浆孔承接高压注入混凝土的一段时间内，混凝土冲击钢筋笼引起钢筋骨架的振动，可能存在影响钢筋笼放置位置的结果，必须安排技术员全过程旁站监测，及时调整冲击位移。
图3 基坑支护三维模型图
3.2某水闸工程深基坑设计实例
该工程为7孔水闸，85m总净宽，坑深13m，钢制底轴驱动下卧式闸门，一级基坑工程，经勘察下方淤泥层不薄。综合考虑以内支撑排桩及桩锚结构为目标计算进行比较设计。
内支撑排桩及桩锚结构在技术上同样适用，而锚索工序对比型钢腰梁、支撑梁施工更为复杂；桩锚结构相较于施工后可重复利用的内支撑排桩结构仍需永久设有相对一段长度的锚索深入持力层才能得到所需锚固力的情况经济性稍差。故内支撑排桩结构成为本次深基坑支围护工程的技术方案选择。在计算模拟上，该工程中以整体空间协同有限元算方法进行了工程的模拟验算，三维空间计算模型如图3所示。鉴于该工程中坑深较大，施工时应当严格依次照所定施工方案进行。
4结语
每一个工程都有不可重复性，每一个深基坑工程的设计及施工都要严格勘察周边情况，地质水文，地下管线等，综合比选择优方案后严格执行，才能确保基坑施工安全，科学合理，节约工程成本又不影响工程质量。水利工程不同于普通的工业、民用建筑，作为一类社会功能性建筑，其体量及质量的安全性远超他类工程。基坑作为一项工程狭义上的第一个建设部分，重要性不言而喻。深基坑相关施工技术的充分认识和应用，能够极大的促进我国水利工程整体的快速、稳步发展。
参考文献：
[1]刘刚，田开洋. 深基坑支护变形机理及实例分析[J]. 岩土工程界，2008（01）：48-51.
[2]张静宇. 论述深基坑支护技术在水利工程中的应用[J]. 绿色环保建材，2016（8）：179.
[3]王琦. 论水利工程深基坑施工技术[J]. 科技创新与应用，2015（07）：122.
论文作者:廖若超
论文发表刊物:《防护工程》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/1
标签：基坑论文; 工程论文; 深基坑论文; 水利工程论文; 结构论文; 塑性论文; 事故论文; 《防护工程》2018年第17期论文;