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高水位软土地基水工建筑物基础处理关键技术

发表时间：2021/6/15 来源：《基层建设》2021年第6期作者：秦永举

[导读] 摘要：某施工项目水工建筑物基础为软土地基，地下水位埋深较浅，一般在2m～3m之间，结构物基础开挖深度在4.7m，闸墩混凝土浇筑完成后需对周边区域采用素土回填。

        中国水利水电第六工程局有限公司辽宁省沈阳市 457600
        摘要：某施工项目水工建筑物基础为软土地基，地下水位埋深较浅，一般在2m～3m之间，结构物基础开挖深度在4.7m，闸墩混凝土浇筑完成后需对周边区域采用素土回填。由于地下水位埋深较浅，给开挖、混凝土浇筑及土方回填等作业带来较大施工难度，有效降排水是整个施工过程中的关键步骤。
        关键词：软土地基；水工建筑物；高水位
        1.概述
        1.1工程概况
        该水工建筑物为2×12m双孔闸门，净尺寸为28×51.25m(长×宽)，原始地面高程4.7m，基础开挖底高程0.0m，最大开挖深度4.7m，两侧开挖坡比为1:1.5。基坑底部尺寸为28×28m。
        闸室段底板混凝土厚2.0m，底部为10cm厚C20混凝土垫层，闸室外侧采用粉质粘土回填至原始地面。
        1.2地质情况
        施工现场属于平原地区，地层主要为第四系新近人工填土层（Q4ml）、全新统冲洪积（Q4 al+pl）地层，岩性主要有粉质黏土、粉土、淤泥质土及粉细砂等。地下水位埋深较浅，根据施工现场实际揭露显示，该部位在2m～3m之间。
        2.技术关键点和施工重难点
        （1）由于地下水位高，有效引排、疏导渗水以保证回填施工在干地作业是工程的技术关键点和施工重点。
        （2）建筑物基础处于软土地基，开挖施工时底板应预留保护层，减少对基础面以下土层扰动是工程的重点。
        （3）基坑作业过程中边坡稳定保证现场施工安全是本工程的重点。
        3.施工布置
        3.1施工方案
        土方开挖分层、分区同步实施的方案，中间先锋槽开挖，两侧扩挖紧随作业，最后采用反铲配合人工进行刷坡施工，并逐层喷C20混凝土及时封闭。开挖至建基面高程后沿坡脚设置混凝土结构排水沟、积水坑，对边坡渗水及时抽排。
        为防止开挖完成的基础面经雨水浸泡，影响地基承载力，开挖完成后立即铺填30cm厚级配碎石，并浇筑10cm厚C20混凝土垫层封闭，然后进行以上构筑物混凝土浇筑施工。
        水工结构物施工完成并达到养护期后，进行结构物外侧土方回填施工。回填时需同时保证渗水有效引排，回填材料由下至上分别为：排水沟层采用级配碎石，以上至渗水线以下采用中粗砂回填，剩余部分采用原土回填。
        3.2排水系统设置
        根据开挖揭示地下水分布情况，原始地面1.5m以下地层中密布5mm～10mm天然排水孔，渗水较为集中。边坡开挖完成后，在排水孔出露位置设置PVC管排水口，并对坡面采取喷混凝土封闭措施。边坡渗水或雨水流入坡脚位置的排水沟，排水沟采用C20混凝土护壁，并在两个对角位置设置集水池，采用潜水泵集中抽排至上、下游围堰外的河道内。

        图1 渗水引排示意图
        （1）边坡处理
        边坡保护层采用设备刷坡，坡度严格按设计坡比控制，开挖过程中发现有集中渗水点时立即安装PVC排水管，并外接排水软管，临时将渗水印至排水沟，集中抽排。每层边坡开挖完成完成后立即喷混凝土封闭，喷浆厚度10cm。
        （2）排水孔设置
        由于该地区地下水较为丰富，除集中渗水点外，其余范围含水量较大，为保证边坡稳定及后期回填质量，除在集中渗水点位置设置排水沟外还需布置系统排水孔，系统排水孔采用φ50钢花管，梅花形布置，间排距1.5m，入土深度2m。
        （3）排水沟施工
        提前在基坑四周沿坡脚位置开挖形成排水沟，沿沟底铺设10cm厚级配碎石，并浇筑10cm厚混凝土垫层封闭，避免基础软化。垫层以上设置80cm×50cm排水沟，沟壁厚20cm，并沿两侧设置PVC排水管，收集两侧渗水。
        4.施工方法
        4.1分层分段施工
        开挖分为3个施工条带，首先是中间先锋槽，然后进行两侧扩挖，最后预留50cm厚保护层采用反铲刷坡。分层厚度按1.5m控制，共计3层进行施工，底部预留30cm保护层人工清理。
        结构物混凝土浇筑完成后，进行周边扩挖区域回填施工。回填施工分为碎石回填和粉质粘土回填，碎石分层回填厚度按30cm一层控制，原土回填按20cm一层控制。
        4.2基础处理
        （1）基础开挖
        1）开挖出的土料不得随意弃放，需堆放至指定位置。
        2）开挖中如发现地层变化或渗水量增加，需通知监理、设计进行现场勘查，修改施工方案，并报监理工程师批准。开挖过程中，采取有效措施加强两侧渗排水抽排，严禁发生开挖面积水、大量漫流现象。
        3）开挖完成后对基底进行平整。
        4）保护层开挖为薄层开挖，一次开挖到位，并提前对软基厚度挖槽确认，开挖过程中根据确认的厚度进行开挖，不得超挖。
        （2）碎石换填
        1）摊铺平整
        根据现场实际情况，本次碎石回填按一层摊铺到位，局部较厚位置分两层摊铺平整。现场施工时在两侧边坡位置用红油漆标出分层松铺厚度，然后由自卸车拉运合格料工作面附近，装载机端运摊铺，反铲平整，人工辅助整平边角位置。
        2）碾压夯实
        碎石摊铺完成后采用反铲碾压、夯实。
        （3）混凝土施工
        1）施工准备
        施工准备包括：仓面清理、仓面验收和测量施工放样等，在施工前应对仓面进行人工清理并将仓面清理干净后，进行初步验收，开仓前由技术人员全面向具体操作人员现场交底。
        施工前需用全站仪对各段进行准确的定线，用红油漆标注在显著位置上，避免混凝土浇筑侵占主体结构边线。
        2）混凝土浇筑
        混凝土浇筑主要采用溜槽入仓，人工平整。
        人工平仓后用插入式振捣器进行振捣，严禁用振捣代替平仓。入仓的混凝土应及时进行平仓振捣，不得堆积。仓内若有出骨料堆积时，应均匀分布在砂浆较多处，但不得用水泥砂浆覆盖，以免造成蜂窝。浇筑过程中，须对边坡渗水进行有效抽排，防止积水流入仓号内。
        混凝土振捣时每个位置的振捣时间以15～30S为宜，严禁过振、欠振、漏振，具体以混凝土不再下沉，不出现气泡，并开始泛浆为止。
        混凝土施工时，如表面泌水较多，应及时排除，并及时采取相应措施。对已入仓的混凝土，不许在仓内加水，如发现混凝土和易性较差，则加强振捣以保证质量。混凝土浇筑须保持连续性，已开仓段要求一次浇筑完成，如因故中止且超过混凝土初凝时间，则应那施工缝进行处理。
        4.3回填施工
        （1）回填区结构型式
        混凝土结构物施工完成后，需对周边进行回填。由于周边为排水系统布置区域，为保证渗水合理引排及回填质量，回填料由下至上分别为级配碎石、中粗砂及粉质粘土。在回填过程中，随着回填摊铺、压实等工序施工，原坡面喷浆料经挤压破碎，该层地下水将经过碎石、中粗砂回填区流至水工结构物排水系统，可保证每层回填施工在干地进行作业。结构设计及回填施工过程中地下水引排示意见图2。
        （2）回填施工
        1）摊铺
        土料或石料采用自卸车运输至施工现场，采用后退法卸料，推土机整平。根据试验总结参数分层摊铺，反铲辅以人工整平。摊铺时严格控制松铺厚度，在施工区边角位置设置标桩，随时检查摊铺厚度。
        2）碾压
        碾压方向为试验条带方向，先静碾1遍、再进行振动碾压6遍，振动碾压后再静碾1次。自行式振动碾控制速度为2～2.5km/h，以低速挡在平行于铺料方向上。
        分段碾压时相邻两段交接带碾迹彼此搭接，顺碾压方向搭接长度不小于0.5m，垂直碾压方向的搭接宽度为1.0m。

        图2 回填施工过程中边坡渗水引排示意图
        5.结束语
        由于该地区地下水位较浅，开挖完成后的基坑排水难度较大，特别边坡渗水孔分布较多，土方回填质量要求较高，降排水工作至关重要，开挖过程中渗水的顺利引导是整个施工过程中一个重点。为保证施工的顺利安全进行，施工前必须精心策划，制定详细的降排水施工专项方案，以保证回填质量。
        参考文献：
        [1]《堤防工程施工规范》（SL176-2007）；