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    流沙基础脚槽施工技术方案比选

    时间：2023-03-24 19:50:02来源：百花范文网本文已影响人

    郝中州，杨淼，陈志军

    （1.河南黄河河务局，河南 郑州 450002；
    2.河南华北水利水电勘察设计有限公司，河南 郑州 450045）

    深基坑开挖，为保证边坡的安全和稳定，首先要控制的是地下水位。对基坑的降水要求是深基坑施工的重要组成部分。基坑降水通常采用管井、轻型井点等措施即可满足施工要求，但遇到地层条件差（粉细砂层深厚，渗透系数大）、地下水源充足（紧邻河道、水库）等不利条件时，降水效果不明显，就会给工程施工带来极大的麻烦。对于深厚粉细砂地层，基坑施工时如果不能降低地下水位，在渗流作用下就会形成流沙基础，难以开挖成型，影响施工进度。

    文章结合某水利枢纽工程导流明渠基础开挖遇到的流沙问题，进行技术总结，为类似工程经验提供参考，以指导工程施工。

    碾盘山水利枢纽工程位于汉江中游河段的钟祥市境内，上距雅口航运枢纽58 km，下距兴隆水利枢纽63 km。碾盘山水库正常蓄水位50.72 m，总库容9.02亿m3，电站总装机18万kW，年发电量6.16亿kW·h。该工程采用围堰一次拦断河床、左岸开挖导流明渠过流的方式进行施工导流。导流明渠全长2.30 km，河床底宽250 m，两岸开挖边坡坡比为1：3，河床进口高程39 m，出口为38 m。导流明渠所在原河滩地层信息及地质参数如表1所示。

    表1 导流明渠地层及地质参数表

    导流明渠开挖高程38～39 m，边坡开挖坡比1：3，在42 m和47 m高程各设1级马道，马道宽度10 m。明渠右岸防护采用钢筋石笼，下设砂石垫层和土工布，渠底防护25 m，坡脚及防护末端采用1.50 m厚钢筋石笼脚槽固脚。导流明渠右岸典型防护断面如图1所示。

    图1 导流明渠防护典型断面图

    工程施工期，导流明渠开挖至39 m高程，明渠外侧汉江实测水位38.80 m，明渠下部为粉细砂层及砂砾石层，地层松散，透水性强。边坡脚槽开挖高程37 m 刚好处于汉江水位以下，在渗流作用下，形成流沙基础，开挖后流沙迅速回淤，难以开挖成型，脚槽及土工布无法按设计要求进行施工。

    为解决流沙基础带来的脚槽难以开挖的问题，工程现场进行技术讨论，提出钢板桩支护、降水井抽水及搅拌桩替换三种解决方案，并进行了技术和经济比较，最终选择搅拌桩替换方案。

    3.1 钢板桩支护

    方案一从基坑支护角度采用钢板桩方案，利用桩体抵挡脚槽开挖后两侧的土压力，避免脚槽开挖垮塌。钢板桩沿沟槽两侧布设，采用改装后的挖掘机捶打打入，桩体采用拉森II型钢板桩，长度3 m，其中打入土层1.90 m，支护高度为沟槽深度1.10 m。钢板桩采用租赁方式，按100 m 一段分段施工。脚槽开挖后，及时将土工布和钢筋石笼放入，之后将钢板桩拔出，重复利用。

    经现场试验，采用钢板桩支护后，能够抵挡开挖边坡坍塌，形成需要的脚槽断面，但由于下部为沉积砂层，打桩效率较低，且开挖后下部回淤较快，需快速进行石笼脚槽施工，施工质量难以保证。

    从经济角度，每段长度100 m，需要600 m2钢板桩，综合施工单价607元/m2，所需成本36.45万元，成本较高。

    3.2 降水井抽水

    方案二考虑从渗流的角度解决流沙问题，通过降水井抽水降低地下水位。明渠外侧汉江水位38.80 m，脚槽开挖高程37 m，地层为粉细砂层，可采用轻型井点降水（适用于水头小于6 m），将地下水位降至脚槽开挖高程以下，再进行施工。轻型井采用55 mm直径水管，滤管长度1.20 m，井间距1.50 m，单排布置在脚槽外侧2 m位置。根据基坑涌水公式进行计算，每100 m脚槽施工需要布置65口轻型井。脚槽施工后，将水管拔出，可重复利用。

    降水井方案可以降低地下水位，避免形成流沙环境，从而可保证脚槽正常施工。但降水井方案需要在现场布设排水管道进行抽水，影响钢筋石笼防护的施工，且汉江水源充足，抽排地下水需要一定时间，影响施工工期。

    从经济角度，每施工100 m，需要布置65口轻型井，综合施工单价2 000元/口，所需成本13万元。

    3.3 搅拌桩替换

    方案三从脚槽功能角度，寻找替代方案。脚槽主要作用是固脚，防止边坡在水流作用下出现垮塌。在脚槽难以开挖成型时，考虑采用双排搅拌桩进行等强度替代钢筋石笼脚槽。利用桩机在地下喷射水泥进行搅拌，形成具有一定强度的水泥土桩体，既可避免流沙基础脚槽开挖，又具有固脚功能。设计搅拌桩桩径600 mm，桩长3 m，间距52 cm，搭接厚度不小于30 cm，水泥掺量不小于12%。搅拌桩替换方案如图2所示。

    图2 搅拌桩替换方案图

    水泥搅拌桩替换钢筋石笼脚槽方案，可以直接在开挖地面施工，桩体替代石笼脚槽完成边坡固脚，水泥土桩体强度能够满足要求。搅拌桩方案施工效率高，避免了流沙基础开挖，现场操作可行性高。

    从经济角度，每施工100 m，需要双排搅拌桩1 154 m，综合单价80元/m，所需费用9.20万元，成本最低，施工效率最高，且可以减少钢筋石笼工程量。

    3.4 方案比选

    三种技术方案分别从支护、降水、替换三个角度提出解决流沙基础脚槽施工的方案。经现场试验及技术讨论，三种技术方案均具有可行性，但施工效率、施工难度及施工费用有所不同。钢板桩支护可以抵挡开挖后两侧的土方，但难以避免下部渗水淤砂，需要快速开挖，快速施工，难以保证施工质量，且钢板桩成本较高。降水方案可以降低地下水位，使得流沙基础变为干砂基础后，从而可保证干地施工，但基坑附近为汉江，地下水来源丰富，降水抽排效果不理想，且排水管线布置影响施工进度。搅拌桩替换方案可以避免脚槽开挖，采用双排水泥土搅拌桩等强度替换钢筋石笼，可以起到边坡支护的作用，且可以减少钢筋石笼工程量，工程费用最低。三种脚槽施工方案的比选情况如表2所示。

    表2 脚槽施工方案技术及经济比选表

    经现场试验综合比选，选择水泥土搅拌桩替换钢筋石笼脚槽方案，并在导流明渠右岸部分区段900 m 范围（桩号0-345～0+564）进行了实施。汛期搅拌桩脚槽能够经受洪水冲刷，很好地保护了边坡的稳定。

    深基坑开挖时，遇到地下水位较高，地层为砂性土时，极易出现流沙和管涌现象。文章结合某水利枢纽工程导流明渠施工，针对边坡脚槽开挖时出现的流沙现象，提出钢板桩支护、降水井抽水及搅拌桩替换三种解决方案，通过技术与经济比选，采用搅拌桩替换钢筋石笼的方案，施工成本最低，施工效率最高，且质量可控。

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