水利工程深基坑施工中的技术挑战与解决方案
摘要
关键词
水利工程;深基坑;支护结构;地基处理
正文
中图分类号:TU375 文献标识码:A
引言
随着水利工程向大型化、复杂化发展,深基坑的应用日益广泛,如泵站底板、水闸基础、地下输水隧道等工程常需开挖深度超过10米的基坑。水利工程深基坑施工与一般建筑基坑相比,具有显著特殊性:一方面,工程多临近江河湖海,地下水水位高、水压大,且易受汛期水位变化影响;另一方面,基坑周边常存在既有水利设施或复杂地质构造,施工对周边环境的扰动敏感性更高。因此,明确深基坑施工中的技术挑战并制定科学解决方案,是保障工程安全、高效推进的核心。
1水利工程深基坑施工的主要技术挑战
1.1监测工作不完善
深基坑施工监测是确保工程安全的重要保障,然而目前监测工作存在诸多漏洞。首先,监测项目设置不合理,许多水利工程深基坑监测仅关注常规的位移、沉降指标,忽视了土体内部应力、孔隙水压力、地下水位动态变化等对基坑稳定性影响重大的关键指标。其次,监测频率缺乏科学性,在基坑开挖关键阶段,如开挖速度加快或施工工况发生变化时,未能及时增加监测频率,导致无法及时捕捉基坑的细微变化。最后,监测数据处理和分析能力不足,多数监测人员仅进行简单的数据记录,缺乏对监测数据的深度分析和趋势预测,无法为施工决策提供及时、有效的数据支持。
1.2地下水控制难度大
水利工程深基坑往往面临“高水位、强渗透”的地下水环境,当基坑底部位于砂层或粉土层时,若降水不及时或止水帷幕失效,地下水会携带土颗粒涌入基坑,形成管涌或流砂,破坏地基稳定性;过度降水可能导致基坑外地面沉降,影响临近建筑物、堤防或既有水利设施的安全;若基坑下部存在承压含水层,当承压水水头压力超过基坑底板自重时,易引发底板隆起或开裂。
1.3支护结构设计与施工难题
支护结构是深基坑施工的防护屏障,水利工程基坑尺寸大、深度深,且常需兼顾后期结构施工空间,传统支护形式适用性有限,需采用钢板桩、地下连续墙、排桩等重型支护结构,设计难度高;在软土地层中,支护结构易因水土压力作用产生过大位移,若超过允许值,可能导致基坑失稳或周边设施受损;支护结构与止水帷幕、支撑体系的连接节点若处理不当,易成为漏水或受力薄弱点,引发安全隐患。
1.4应急预案缺乏有效性
应急预案是应对深基坑突发事故的最后一道防线,但是,其一,应急预案内容缺乏针对性。许多预案内容笼统,未结合水利工程深基坑的具体特点和潜在风险制定详细、可操作的应对措施。例如,在应对基坑涌水事故时,预案中仅提及采取堵水措施,却未明确堵水材料的选择、堵水工艺的实施步骤以及各部门的具体职责。其二,对应急预案的演练重视程度不够。不少施工单位每年演练次数不足,且演练过程流于形式,未真正检验和提升应急响应能力。其三,应急预案缺乏动态更新机制,不能根据工程实际进展、施工条件变化以及新出现的风险因素及时调整和完善,使得预案在关键时刻难以发挥应有的作用。
2水利工程深基坑施工的解决方案
2.1边坡失稳的防控措施
优化开挖工艺,采用“分层、分段、对称、限时”的开挖原则,每层开挖高度控制在2-3米,开挖后及时支护,减少边坡暴露时间;对软土地层,可采用机械开挖与人工修整结合,避免超挖扰动原状土。强化边坡监测与预警,布设位移监测点与应力传感器,实时监测边坡沉降、水平位移及深层土体变形,当监测数据接近预警值时,立即停止开挖并采取加固措施。对易失稳边坡,可采用超前锚杆、土钉墙或喷射混凝土面层进行预加固;对砂卵石地层,结合注浆技术改良土体性质,提高抗剪强度。
2.2地下水控制的关键技术
运用组合降水系统,根据水文地质条件,采用“止水帷幕+井点降水”联合方案。对渗透性强的地层,用地下连续墙或高压旋喷桩形成止水帷幕,阻断外部水源;坑内设置管井或轻型井点,将地下水位降至基坑底以下0.5-1米,避免管涌、流砂。通过抽水试验确定承压水水头高度,若存在突涌风险,采用减压井降低承压水水头,或在基坑底板铺设钢筋混凝土垫层,增强抗浮能力。在基坑周边设置回灌井,将抽出的地下水回灌至地下含水层,控制基坑外地面沉降,保护周边设施。
2.3支护结构的优化设计与施工
(1)合理选择支护形式。软土地层优先采用刚度大的地下连续墙或排桩+内支撑体系,减少变形;岩质地层可采用锚杆+喷射混凝土支护,兼顾经济性与安全性;对深度超20米的超深基坑,可采用“地下连续墙+多道内支撑”组合结构,分散水土压力。(2)加强节点施工质量。支护结构与止水帷幕的连接处采用高压注浆填充缝隙;内支撑与围护桩的节点设置刚性连接件,确保力的有效传递;对钢板桩支护,采用振动沉桩或静压沉桩工艺,保证桩体垂直度与咬合紧密性。(3)动态调整支护参数。根据基坑开挖过程中的监测数据,实时调整支撑预加力或锚杆拉力,控制支护结构变形在允许范围内。
2.4制定有效应急预案
有效的应急预案是应对深基坑突发事故的关键,一方面,结合水利工程深基坑的特点和可能出现的风险,制定详细、具体且具有针对性的应急预案。明确在基坑涌水、坍塌等事故发生时,堵水材料的选用标准,如优先选用高吸水性树脂、快凝水泥等;详细规定堵水工艺的实施步骤,包括钻孔位置、注浆顺序等;清晰划分各部门和人员的职责,确保救援工作有序开展。另一方面,加强对应急预案的演练,定期组织实战演练,模拟各种突发场景,提高救援人员的应急响应能力和协同配合能力。演练结束后,对演练效果进行评估和总结,针对存在的问题及时改进。建立应急预案动态更新机制,根据工程实际进展、施工条件变化以及新出现的风险因素,及时调整和完善应急预案,使其始终保持有效性和实用性,在关键时刻能够发挥最大作用。
3结束语
水利工程深基坑施工面临的技术挑战具有复杂性、突发性特点,需从地质勘察、方案设计、施工工艺到监测应急进行全流程管控。通过优化开挖与支护工艺、强化地下水控制、建立应急预案等措施,可有效化解边坡失稳、渗漏、变形等风险。未来,随着智能化监测技术与新型支护材料的应用,深基坑施工的安全性与效率将进一步提升,为水利工程的高质量建设提供更坚实的技术支撑。
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