浅谈粉细沙地层局部深基坑开挖的施工经验

苏飞标 裴文明

（中国水利水电第三工程局有限公司 陕西 西安 710016）

1 海勃湾水利枢纽工程简介

黄河海勃湾水利枢纽为Ⅱ等工程，工程规模为大（2）型，位于内蒙古自治区乌海市境内的黄河干流上，是一座具有防凌、发电等综合利用的水利枢纽工程，主要由土石坝、泄洪闸、河床式电站等建筑物组成。河床布置四台贯流式水轮发电机组厂房，总装机容量90MW，年发电量3.59亿kW·h，水库正常蓄水位1076.0m，总库容4.87亿m3。

枢纽主要建筑物土石坝、泄洪闸、电站等为2级建筑物，导墙及坝前右岸第1段库岸防护边坡等次要建筑物级别为3级。枢纽布置从右到左依次为：右岸连接坝段、电站坝段（包括主安装场、4个机组段和电站隔墩坝）、泄洪闸坝段（共16孔）、泄洪闸与土石坝连接段以及土石坝段。电站采用河床式电站厂房型式，布置在主河槽右侧。电站顺水流方向长69.1m，最大坝高35.2m。主厂房中心纵轴线平行于坝轴线布置，装有4台单机22.5MW的贯流式水轮发电机组，采用一机一缝布置，每一机组段长度为24.0m。主厂房内还设有长度分别为22.5m和18.5m的主、副安装场。主厂房总长度为137.0m，宽度23.0m；副厂房为钢筋混凝土框架结构，布置有中央控制室、继电保护室、机修间、仪表试验室、水工观测室等，与主厂房成“一”字布置在其右侧。GIS开关站设在主厂房下游尾水平台右侧岸边，与主、副厂房成“品”字布置。

机组安装高程1056.50m，操作层高程1068.50m。电站进水口底板高程1052.50m，进水口型式为喇叭口型，每个进口段用一个中墩隔为两个进水口，每孔宽6.0m，进水口后流道底板高程1050.14m。泄洪闸和电站前池之间设有拦沙导墙，每个电站坝段进水口的右下方及隔墩坝的右下方设置1孔排沙孔，共设5孔排沙孔。排沙孔进、出口底高程分别为1048.2m和1057.2m，进、出口断面（宽×高）分别为3.0m×3.5m和3.0m×2.5m。坝顶布置一台双向门机，负责进水口检修闸门、拦污栅和排沙孔进口检修闸门的启闭。电站机组下部设有交通和排水廊道，渗漏和检修集水井设在副安装场隔墩坝内。

2 水文气象及工程地质条件

2.1 水文气象条件

枢纽地处大陆腹地，受大陆西风气流的控制，呈现温带大陆性气候特征。年内寒暑巨变，无霜期短，太阳辐射强烈，日照时间长，昼夜温差变化大，降水量少，蒸发量大。春季短且干旱多风；夏季炎热，雨水相对集中；秋季气候干燥，风沙较大；冬季干燥，严寒而漫长。工程区多年平均降水量156.8mm，年降水量的65%集中在7月～9月，冬季降水量很少。平均水面蒸发量达3206mm（20cm蒸发皿观测值），其中5月～8月的蒸发量占全年的61%，最大蒸发量多出现在6月份。多年平均气温9.7℃，气温年际变化不大，年内变化很大，极端最高气温 40.2℃（1999年 7月 28日），极端最低气温-32.6℃（1971年1月22日），变幅达72.8℃，夏季各月平均气温在18℃以上。大风和风沙时有发生，历年最大风速24m/s。

黄河内蒙古河段洪水分伏汛和凌汛两种洪水类型。伏汛洪水主要来自兰州上河段，由降雨形成，伏汛期长，为7月～10月，伏汛期间的水量占全年总水量的50%以上。年最大流量多发生在7月～9月，尤以8、9月份居多，洪量大且峰型较胖，洪水涨落平缓，峰型以单峰为主，一次历时长约45天。

2.2 工程地质条件

枢纽坝址紧邻乌海市海勃湾区，地处黄河弯道段。黄河以NE50°方向流经本区，河谷宽约540m，为不对称宽谷，河床高程1064.0m～1066.5m；平水期黄河水位约1066.5m，水深一般在0.5m～2.5m，主河槽宽度400m左右；河谷区为黄河冲积地貌类型，主要是分布于黄河左岸坝轴线上、下游的河漫滩，地面高程1065m～1067.5m，高出河水面约1.0m，最大宽度约1.9km，靠近坝线处较窄，多被风积砂所覆盖。

河床表层为新近堆积的细沙、粉砂，松散至稍密，地层岩性是以粉砂、细砂为主，夹有砂砾石、中粗砂和粘性土夹层和透镜体的第四系松散堆积物。河道两岸均为土质岸坡，左岸为黄河I级阶地，与乌兰布和沙漠相连，高程在1069.5m左右；右岸为黄河II级阶地，岸边高程在1078m左右。

3 电站标段副安装间集水井周边情况

副安装场集水井临近泄洪闸标段，由于此部位为基坑最低处，与泄冲闸边坡最大高差约25m，加之EL1046.5m四周边坡存在渗水通道，地下涌水、涌砂现象较为严重。前期由于地质原因采用了钢筋石笼做挡墙，通过反滤料、土工布阻挡来自左侧涌水、涌砂，虽然起到了一定的效果，但钢筋石笼挡墙上部边坡依然还有小范围的自然滑塌现象。随着基坑的继续下挖，在渗水通道没有完全阻断的情况下，集水井在粉细砂地层开挖中难以形成周边1∶1.25边坡，并危及到集水井周边的厂房基础稳定，更会出现左岸泄冲闸边坡整体滑塌的严重后果。

4 小型挡水围堰结构

针对上述情况，为确保副安装间集水井部位能够正常施工需在集水井周边采用高喷防渗墙和混凝土防渗墙制作小型挡水围堰，以阻挡渗水、涌水及涌砂。

高喷防渗墙的施工通过延长四周承压水渗流渗径，从而减缓集水井四周涌水量；但单排高喷墙墙身抵抗侧向水、土压力能力较差，混凝土防渗墙有相对较强的抵抗周边水压能力，并对高喷防渗墙起到稳定作用。高喷与混凝土防渗墙联合措施实施，能够保证集水井部位开挖施工顺利进行。

4.1 高喷防渗墙

高喷防渗墙布置在集水井体型线外侧，距集水井结构体型边缘约50cm，成墙后形成第一道封闭矩形防渗体。防渗墙工作面高程为基坑大面高程1048.5m，底高程为1035m，低于集水井建基面约3m，墙顶高程1043.12m，即钻孔深度为13.5m，喷灌深度8.12m。墙体单排布置，成墙厚度80cm，孔距0.8m和0.78m（因此地层已施工振冲碎石桩，地层很密实且分布大量碎石，给造孔和减少塌孔带来一定困难，最为重要的是给防渗墙体连接造成一定的隐患，所以缩短孔距）。具体施工参数按照施工上下游围堰和新增右边坡高喷防渗墙施工数据进行施工，提升速度为8cm/min。鉴于集水井高喷防渗墙施工轴线有四个角，在折角部位需确保高喷孔孔距，并采取必要的加孔措施补强。

4.2 混凝土防渗墙

混凝土防渗墙布置在高喷防渗墙内侧，紧贴高喷墙，墙体厚度70cm，成墙后形成第一道封闭矩形防渗体。墙体顶高1045.5m，底高为1030.5m，即低于集水井建基面约7.5m，墙体总深度约为15m。且为保证墙体的强度，在采用液压抓斗成槽后，首先放入单层钢筋网片（Φ18@20cm），再进行混凝土浇筑。钢筋网片采用人工绑扎，顶部设置吊耳，按照相应槽底深度及宽度进行施工。完成后起吊设备进行起吊，调入相应槽段内。

为保证集水井下部强度能够满足运行需求，加之防渗墙施工为水下浇筑混凝土，采用比集水井高一标号的混凝土进行浇筑，其他指标同原设计，采用C30F200W6混凝土进行浇筑。

5 挡水围堰形成后的运用

在两道防渗墙全部施工完成后，下一步还不能急于对集水井进行开挖。由于地层较为复杂，开挖施工仍存在较多不确定性因素。为防止开挖至集水井底部后出现涌水流砂情况，还需采取其他辅助措施，具体如下：

（1）在集水井平面范围内布置两口管井，管井深度为深入集水井底部建基面3m以下，口径为375mm，井壁材料采用铅丝钢管。具体位置以不影响后期开挖及混凝土浇筑施工为原则。

（2）在开挖过程中靠防渗墙顺水流方向设置临时排水沟。排水沟采用编织袋装粘土，人工码放。周边渗水经排水沟排出，并由水泵及时抽排，排水沟随开挖面的分层下降而下卧。

（3）在挖至集水井底部建基面高程后，还需超挖1m，且为便于集水及排水，底部开挖面上下游方向需带有一定坡度。超挖部分需在开挖到底部预定高程时立即采用素混凝土回填，且需边开挖边浇筑，新浇混凝土作为盖重，盖压已开挖完成建基面，封闭底板，以防止底部涌水的发生。

6 开挖施工过程中需注意的问题

由于施工的紧迫性，在开挖施工过程中需要得到监理、设计、业主及拌和楼的大力配合，具备随叫随到、随时供料的条件。特别是在混凝土防渗墙槽孔和集水井底部基础面开挖出来后，需立即通知相关单位现场验收，必要时需进行24小时旁站。此外，还需提前通知拌和楼供料并确保料供应的连续性，防止槽孔等待时间过长导致底部塌方，给施工带来更大困难。

同时考虑集水井防渗墙墙体较长，开挖高度较高且为垂直面，为保证施工平台稳定、施工人员和设备安全，进一步加强整体稳定，在集水井自上而下开始开挖至施工完成的整个过程中，还需随开挖高度的下降逐层间隔采用40#槽钢、Φ500mm无缝钢管、Φ48mm脚手架管、8cm×12cm方木及配套可调丝杠等材料对防渗墙进行支撑加固，且支撑需综合考虑开挖施工的干扰及支撑的及时性等因素。

7 结论

经过上述小型挡水围堰及相关辅助措施的实施，顺利地实现了海勃湾水利枢纽工程电站厂房标集水井的施工，为后面顺利实现向泄洪闸标段移交工作面及电站下闸挡水的节点工期目标奠定了坚实基础。通过混凝土防渗墙和高喷灌浆防渗墙合力组成的小型挡水围堰在黄河海勃湾水利枢纽工程中的成功运用，为今后类似复杂地质地层条件下深基坑小区域的开挖施工提供了方法借鉴，具有参考推广的价值。陕西水利