高碾压混凝土双曲拱坝大坝土方明挖技术

◎ 周仕华 广东水电二局股份有限公司

随着科学技术的不断发展，我国的水利工程也进入到了一个新的阶段。大坝是水利工程中最常用的治水工程，而大坝的土方挖掘是影响大坝使用质量和安全的最重要的一部分。大坝的土方挖掘会对周围的建筑造成影响。土方基坑的挖掘施工方案不合适，会导致土体流失严重，使得挖掘的大坝土方基坑底部不平滑，基坑周围变形，挤压主体建筑。基坑底部拱起，支护结构向外挤压，导致大坝的主要建设部分严重变形，改变建筑的应力形变，更严重的会导致土体异常沉降、大坝渗水，引发安全事件。

本文在此基础上对高碾压混凝土双曲拱坝大坝土方明挖进行施工设计。以观音岩水库大坝工程为例子对大坝土方明挖部分中所需要主要的各个方面进行分析设计，保证高碾压混凝土双曲拱坝的建设质量。

1.工程概况

观音岩水库枢纽工程主要由大坝枢纽、发电厂房及供水工程三大部分组成，主要建设内容有碾压砼双曲拱坝、坝顶溢流表孔、发电引水系统、左岸放空底孔、左岸供水取水口、厂房及供水管道。大坝为碾压砼双曲拱坝，设计最大坝高109m，坝顶高程1434 m，坝顶中心弧长267.3m。

2.双曲拱坝大坝土方明挖盾构保护段施工方案

明挖段综合管廊基坑沿纵向共分为14段，每段长度约为15m。具体施工方案为：第一步，对明挖段综合管廊基坑进行除水处理；第二步，在明挖段综合管廊基坑东侧进行挖掘，竖立冠梁，构建防水阻隔结构；第三步，挖掘明挖段综合管廊基坑第一层土方，同时在基坑西面搭建防水阻隔结构，使得土方第一层的挖掘能够触及西面结构，在土方上设置钢筋混凝土结构支撑整个明挖段综合管廊基坑；第四步，在第一层土方支撑的基础上进行二层土方挖掘，同时增加钢筋混凝土结构加强支撑；第五步，将明挖段综合管廊基坑整体高度挖掘到整体结构标准位置；第六步，在明挖段综合管廊基坑底部浇灌钢筋混凝土，等到底部混凝土干透后将第二层支撑结构拆除，同时横向挖掘土方；第七步对基坑整体结构铺设支撑构架；第八步，在基坑表面搭建防水结构。

在整体施工过程中要时刻注意以下两点：第一点，在挖掘土方的过程中要时刻与基坑深度标准对标，在土方挖掘出的斜切面上利用钢筋片状结构进行混凝土的喷射；第二点在基坑挖掘的时候注意管道的铺设，方便将基坑中的积水排出，并时刻注意水位线。

明挖段综合管廊基坑地下挖掘结构的深度设置为6米，在挖掘的时候结合分段挖掘技术设计施工方案，在基坑整体构架中设置分段挖掘点位，每一段分段位点之间的距离都不超过13米，可以根据施工现场情况调整施工位点间的距离。在施工的时候主要挖掘一段就要立刻对该段进行封锁，保证整体基坑在施工时的形变程度在可调控范围内。在分段挖掘的过程中结合纵向的分层挖掘，能够很好地加强基坑的支撑力量。

3.明挖土方明挖阶段侵限和围护桩剔凿处理方案

3.1 土方开挖阶段侵限处理

在对明挖段的基坑进行挖掘的时候，采用了纵向分层挖掘的方法，利用这一技术的时候要求前期设计人员根据施工现场的情况精准设计出每一层的挖掘深度，并对每一层的围护桩的侵限问题进行预设。在施工的时候，现场的检测人员要时刻检查围护桩侵限程度，方便随时调整施工方案。

在基坑挖掘的过程中，要对围护桩进行处理，具体步骤为：第一步，对围护桩的扩孔进行剔凿，清理围护桩的塌孔，使得混凝土块不堵塞整体结构；第二步，施工人员根据现场具体的剔凿情况进行围护桩的架设，确保孔与孔之间能够对齐，防止因为剔凿处理不当的围护桩上的孔不规则导致的围护桩之间不能完美相连，主体结构不稳。另外在进行剔凿处理的时候要注意围护桩只剔凿边缘孔，对主筋部分不做处理。

围护桩侵限部位的剔凿操作要结合混凝土的喷射进行随时调整。剔凿完成后，检测人员要对完成的围护桩进行严查，合格的才能进行混凝土的喷射操作，不合格的围护桩要进行二次修改，直到检验合格。在剔凿的操作过程中，如果遇到剔凿到主筋位置仍然不合格的情况下立即停止剔凿操作，在该围护桩表面直接黏贴网状钢筋进行混凝土的喷射，同时记录改围护桩的侵限大小，等到明挖段基坑整体结构稳定后再进行剔凿操作。

混凝土喷射时要在明挖段基坑上部设置喷射控制点，每个喷射控制点间要间隔4米的距离。喷射的时候根据现场情况控制喷射高度和强度，防止混凝土层超出预设位置导致的侵限情况。

3.2 围护桩剔凿处理

当遇到围护桩剔凿程度为15-25cm以内或者单独围护桩提出程度过于严重的情况时：

（1）工艺流程。第一步，测量围护桩的侵限尺寸；第二步，对锚管进行处理；第三步，剔凿围护桩；第四步，焊接网状钢筋结构；第五步，对围护桩整体结构喷射混凝土。

（2）具体施工方案。第一步，对锚管进行处理：如图1所示，在围护桩使用直径为200mm、长度为7m、管道厚度为7mm的锚管。将锚管的截面打磨为尖头状，在距离锚管口约4m的位置用电钻钻出直径为11mm的注浆孔，注浆孔形状为梅花样式，每个注浆孔的间距为500mm。

图1 围护桩锚管加固

在明挖基坑土方的挖掘施工中，每次挖掘的深度都要小于4m，设置每个锚管之间的上下间隙为2m，左右间隙为2.5m，同时锚管要稍微倾斜放置，倾斜程度为6°-11°。锚管结构的设置要根据围护桩的剔凿范围进行不断调整。

第二步，剔凿围护桩操作：遇到围护桩的侵限问题后，要在明挖土方彻底挖掘完成后再进行剔凿操作。如图2所示，每次剔凿施工的高度控制在2m的范围之内。

图2 单独围护桩凿除处理

第三步，焊接网状钢筋结构：在围护桩的外围焊接双向网状钢筋结构。锚管的位置设置在网状钢筋的交叉点，将网状钢筋结构与锚管进行焊接。超过围护桩的锚管结构用打磨机打磨至与钢筋平齐的位置。

第四步，对围护桩整体结构喷射混凝土：在围护桩的外围喷射高强度混凝土，控制喷射力度，使得围护桩喷射完成表面平滑，喷射厚度也要适当，防止厚度不够导致钢筋外露的情况。

在明挖基坑的开挖到基坑底部位置后，尽快施作垫层，并在严重侵限围护桩对应位置的垫层内进行钢筋混凝土加强措施，起支撑作用。加强梁主筋与围护桩主筋连接。加强支撑形状与隧道主体结构底板形状匹配，应加强现场管理，垫层加强梁施工不得影响主体结构仰拱施作时间。

4.明挖法基坑开挖施工方案

4.1 明挖法基坑开挖施工流程

基坑开挖施工流程如图3所示。

图3 明挖土方开挖施工工艺流程图

将挖掘部分按照不同的功能进行分层或者分段的形式进行开挖。分层挖掘时的支撑结构设置为范围为9m的支撑平台，按照等比例的标准进行斜面挖掘。在回填杂土的情况时，要根据分层和分段挖掘的特性按比例进行回填。

明挖基坑土方在完成挖掘后，底部还剩下多余的土方，这一部分土方需要使用小型挖掘机进行挖掘处理，在不影响整体结构的同时将对于土方挖出基坑，通过运输车运出施工场地。

4.2 明挖法基坑喷射混凝土施工工艺

网状钢筋结构尺寸规格为Φ6@200×200，混凝土喷射时候所用到的混凝土为C30的高强度混凝土，喷射厚度为90毫米，整体所使用的网状钢筋结构应该不少于30个。在对围护桩进行施工的时候在每个围护桩结构内都嵌入一个长度为400mm的钢筋作为主筋，每个围护桩之间的也要架设高强度的钢筋用来稳定结构。为防止网状钢筋结构在施工过程中发生掉落引发安全事故，要对网状钢筋结构进行焊接操作。

喷锚操作的具体施工步骤为：第一步，对工作面进行挖掘；第二步，修整挖掘的基坑表面；第三步，对网状钢筋结构进行焊接和捆扎；第四步，进行混凝土的喷射操作；第五步，对喷射完的混凝土抹面压光。

在进行混凝土的喷射操作前，要进行十分严格的准备过程，对所用的喷射机器进行检查，确保喷射的管道通畅不堵塞，检查机器的线路是否漏电，保证在喷射过程中机器不会发生停止工作的情况。钢筋混凝土喷射完成后，需要暂停施工，等到混凝土彻底干透，然后对钢筋混凝土结构喷洒一定量的水，喷洒的水量根据施工现场的温度和湿度进行设置，加强钢筋混凝土结构的稳固，保证基坑的形变在后期施工过程中维持在合理范围内。

在围护桩分段进行喷射的施工过程时，要对网状钢筋结构和围护桩之间的距离进行处理，在进行喷射操作。如果围护桩之间存在挖掘过度的问题，可以通过混凝土的喷射进行回填操作，压实调整距离。同时对围护桩之间钢筋的焊接长度进行调整，通过混凝土的喷射使得焊接缝隙饱满。要注意喷射的时候控制喷射力度，使混凝土均匀的喷射在围护桩上。

5.结束语

土方明挖是大坝建设工程中十分重要的一项，明挖施工方案的设计不仅仅要关注基坑支护等结构的稳定问题，还要将挖掘对周围建筑的影响增加到施工设计中。本文对高碾压混凝土双曲拱坝大坝土方明挖进行施工方案设计，充分发挥出了明挖法的优势，使得大坝工程能够在安全可靠的环境下进行施工作业，在保证工程质量的前提下提高工作效率，推动大坝施工的发展。