罗田水库进库闸基坑开挖和支护施工方案分析

陈 伟

（中国水利水电第十一工程局有限公司，河南 郑州 450000）

0 引言

罗田水库进库闸是珠江三角洲水资源配置工程输水干线上的重要节点工程，向上连接3号主隧洞，向下连接罗田水库。建筑物基坑布置于罗田水库库尾冲沟内，布局复杂，地形狭窄，地势起伏变化大，作业空间有限，施工难度大。进库闸基坑工程的重难点在于合理安排施工工序和施工工艺方法，从而优化施工布局，保障施工质量与安全，提高施工效率[1，2]。

1 工程基本情况

罗田水库进库闸顺水流方向依次布置了3号主隧洞洞门、进水池、检修闸、埋管段、量水间、埋管段、事故检修闸、出水池、消力池和海漫。在建筑物周边布置单排灌注桩基坑围护结构，形成整体施工基坑。进库闸基坑总长度140.18 m，宽度10.2~28.5 m不等，基坑开挖深度为5.84~16.43 m。支护结构分为支撑式支挡结构、锚拉式支挡结构两种。其中进水池段基坑深度为6.84~16.43 m，为支撑式和拉锚式两种支挡结构；检修闸至出水池段基坑深度为5.84~7.84 m，为支撑式支挡结构，基坑安全等级为二级。进库闸平面布置如图1所示。

图1 罗田水库进库闸平面布置图

2 施工流程

根据进库闸结构及地形地质条件，基坑分为斜坡段和平段。斜坡段基坑位于进分为Ⅰ-Ⅰ区、Ⅱ-Ⅱ区、Ⅲ-Ⅲ区、Ⅳ-Ⅳ区、Ⅴ-Ⅴ区，其中Ⅰ-Ⅰ区3号为主隧洞洞门段基坑，Ⅱ-Ⅱ至Ⅴ-Ⅴ区为进水池段基坑，平段基坑为检修闸至事故检修闸段基坑，斜坡段与平段典型断面如图2、图3所示。

图2 斜坡段基坑纵剖典型断面图

图3 平段基坑横剖典型断面图

斜坡段基坑开挖支护。基坑开挖前期先进行基坑钻孔灌注桩维护结构施工，破除桩头进行Ⅰ-Ⅰ至Ⅱ-Ⅱ区冠梁锚索施工，锚索锁定后进行第一层开挖，第一层开挖至38 m后，依次进行混凝土板、挡墙施工，利用混凝土板及挡墙混凝土等强时间，对Ⅲ-Ⅲ至Ⅴ-Ⅴ区冠梁施工，进行第二层开挖。第二层开挖至35 m高程，坑壁挂网喷锚，然后依次进行腰梁位置锚索、腰梁混凝土施工，锚索张拉锁定。逆作法洞门墙第一层混凝土与腰梁及锚索同步施工，腰梁锚索锁定后，进行第三层开挖，开挖支护至32 m后，进行腰梁锚索及洞门墙二层施工。腰梁锚索锁定后进行第四层开挖，开挖支护至29 m后，进行腰梁锚索及洞门墙三层施工。腰梁锚索锁定后进行第五层开挖，至洞底高程后进行洞门墙4层施工，一期底板混凝土封底。

平段基坑开挖支护。场地回填碾压后进行基坑围护灌注桩施工，破除桩头，进行冠梁锚索钻孔、送索、注浆施工，然后进行冠梁、支撑梁及连梁钢筋绑扎，支立模板及浇筑混凝土，锚索张拉锁定。按照横向分段、竖向分层的方式进行基坑开挖，每段每层开挖后进行坑壁挂网喷护，浇筑垫层混凝土进行封底。

3 单项工程施工要点

3.1 冠梁、支撑梁、连梁施工

进水池斜坡段冠梁、支撑梁基础采用人工开挖，平段基坑范围冠梁、支撑梁、连梁基础采用PC220挖掘机辅以人工开挖，采用退挖法，冠梁、支撑梁、连梁基础开挖完成后，再向基坑中央大面积开挖。

采用风炮机进行破除桩头，桩头一次性破除高度不超过50 cm。为了避免破坏冠梁底部桩砼面，桩顶砼至底部15 cm范围内由人工打凿，并对桩顶露出钢筋进行校正和补强。

混凝土一次性浇筑高度不得超过50 cm，分层振捣密实。在梁交界位置应随混凝土自然流淌成坡面，并注意松动石子和浮浆的清理，确保后续浇筑连接可靠。新旧混凝土交界处钢筋应保证足够的搭接长度。混凝土强度达到2.5 MPa后方可拆模侧模，底板拆除时间需混凝土达到设计强度的80%后进行。

3.2 基坑开挖施工

当冠梁、砼支撑、支撑梁强度达到设计强度80%及锚索锁定后进行开挖施工。基坑开挖范围内为人工填土、坡积砂质黏土、全风化石英岩，以反铲开挖为主，人工开挖为辅，反铲开挖不动时，采用液压锤破碎开挖。

进水池斜坡段和进水池后段至出水池段为平段基坑采用分层开挖方法，当本层混凝土强度达到80%（设有锚索部位需在锚索锁定后）进行下一层开挖。进水池斜坡段基坑长29 m，宽10.6~16.7 m，分为6层进行开挖。反铲位于现状斜坡道路上后退开挖，15 t自卸汽车出渣。进水池后段至出水池段为平段基坑，基坑长度约110 m，宽度16.7~24.2 m，分3层开挖，每层高度不超过3 m。开挖时遵循阶梯状开挖施工顺序，“从上到下，分层、分块，预留护坡，阶梯流水开挖，垫层及时浇筑”的原则。深基坑土方开挖由中间向两侧对称放坡开挖，以中心向两侧每台阶放坡坡率采用1∶1.5，保证基坑两侧围护结构均匀受力[3，4]。

3.3 腰梁施工

腰梁施工前，对腰梁的位置利用全站仪和钢卷尺进行精确放线，待垫层底模浇筑后还要放出腰梁的梁底两侧边线和上口两侧边线。根据测量放线，对回填土方整平后，进行腰梁底模垫层浇筑，垫层厚度为50 mm,垫层宽度比腰梁宽度宽100 mm，所用混凝土为C15。安装钢筋，将固定预埋套管的钢筋三角型支架与腰梁水平钢筋焊接，确保预埋套管按要求固定牢固，避免套管产生位移。

腰梁侧模模板材料采用12 mm厚的1.22 m×2.44 m竹胶板，模板竖向围楞为5×10 cm方木，横向围楞为2根Φ48钢管。横向围楞用Φ12拉杆与围护桩上搭设的插筋进行焊接，蝴蝶卡加螺母锁死。模板外用Φ48钢管楔入地面以下40 cm，间距1.5 m，用扣件与模板上部横向围楞连接顶紧，以达到加固模板的效果。腰梁的混凝土强度等级为C30，并掺入早强剂，在混凝土强度达到2.5 MPa后，拆除侧模，并进行张拉端的清理。用包裹塑料薄膜保湿养护，养护时间不能少于14 d。

3.4 锚索施工

对于一般岩层造孔，钻孔直径应大于锚束直径40 mm以上，且不得小于锚索规定孔径；钻孔的开孔孔位偏差不大于10 cm；终孔孔轴偏差不得大于2%，方位角偏差不得大于3°；有效孔深不得欠深，终孔孔深宜大于设计孔深，终孔孔径不小于设计孔径。

当钻遇塌孔、掉块、孔内漏风、串风等情况后，采用灌浆固壁的方法进行处理。根据吃浆量大小，采取间歇控制灌浆、在浆液中加速凝剂等措施，减少灌浆量；如漏浆严重，采用孔内喷混凝土、浆液中加水玻璃、聚胺脂复合堵漏剂等措施，以保证成孔。钻孔完毕时，应连续不断地用高压风彻底清孔。为了提高锚索受力，采用二次注浆工艺，注浆体强度不小于30 MPa。一次注浆为水泥砂浆，砂的颗粒不宜大于2 mm，砂的含泥量按重量计不大于3%；二次压力注浆液为水泥净浆，水灰比为0.5~0.55；一次注浆压力为0.5~1.0 MPa，二次注浆压力宜为2.5~5.0 MPa。

锚索注浆体强度达到15 MPa或设计强度的75%、台座混凝土抗压强度不小于25 MPa时，可进行锚索张拉。单循环张拉验收试验最大试验荷载，永久性锚杆和临时性锚杆分别取锚杆轴向拉力设计值的1.2倍和1.1倍。循环张拉验收试验加荷速度宜为50~100 kN/min，卸荷速度宜为50~100 kN/min。循环验收试验后，应以50~100 kN/min的速率加荷至锁定荷载值[5]。

3.5 网喷施工

基坑围护桩桩间采用挂网喷射混凝土护壁，钢筋网按Φ8@150×150布置，土钉端头设水平向2根Φ16加强筋。挂网用Φ16钢筋与围护桩固定。钢筋锚固与钢筋网固定钢筋采用梅花形布置，竖向间距1 600 mm。喷射混凝土设计网喷厚度为100 mm，喷射作业分层、分段、分片依次进行，由下而上螺旋式移动，螺旋圆直径200~300 mm，一圈压半圈，按螺旋轨迹均匀分层喷射，喷头直对受喷面，距离为0.8~1.2 m，喷射压力控制在0.12~0.15 MPa，一次喷射厚度约50~70 mm，每喷完一遍均需有一定的间歇，一般为前一层混凝土终凝后进行，对悬挂在网筋上的混凝土结团应及时清除，保证喷射混凝土的密实度。喷射混凝土应将钢筋全部覆盖，水灰比在0.40~0.45之间，喷层无干斑和滑移流淌现象[6]。

3.6 洞门墙施工

3号主隧洞出口洞门墙在进水池基坑内，洞门墙厚1.2 m，采用逆作法施工，共分为4层进行浇筑，分层高度为3 m。模板采用1.2 cm厚竹胶板作为模板，模板竖向围楞为5×10 cm方木，间距30 cm，横向围楞为双Φ48钢管，间距为60 cm。模板加固采用外拉内撑的方式进行加固。外拉为Φ12拉杆加固，一端与植入灌注桩的C25插筋焊接，另一端采用蝴蝶卡+螺帽拧紧在钢管围楞上，拉杆横向间距60 cm，竖向间距60 cm。采用C25顶模筋内撑，间排距60 cm。

混凝土入仓方式为混凝土罐车水平运输至现场，汽车泵入仓。第一层洞门墙在上部砼板预留下料口，第二、三、四层洞门墙分别在上一层底部预埋下料口，下料口采用Φ250钢管，间距2 m。

混凝土分层浇筑，每层浇筑厚度不得大于50 cm，及时平仓振捣，在模板中部预留一道40 cm×40 cm窗口，间距1.5 m，作为观察及振捣工作窗，混凝土浇筑接近工作窗时，将工作窗封堵，再浇筑混凝土时从顶部下料口进行振捣。混凝土浇筑完成后，将预留下料口采用砼标号细石砼回填。洞门墙分层、模板加固及浇筑如图4所示。

图4 洞门墙分层、加固及浇筑示意图

3.7 基坑降排水与防护

基坑开挖过程中，基坑降水采用明排。在施工时准备足够的抽水设备，并做好基坑外的排水、截水工作。基坑开挖过程中在基坑内侧沿四周设置一圈排水沟，在排水沟中每隔20 m设一0.8 m深的集水井。基坑向下边挖边加深排水沟和集水井，保持沟底低于基坑底不小于0.8 m，集水井低于沟底不小于0.8 m，集水井内水应随集随排。先将集水井内积水排至沉淀池使基坑内排水经过三级沉淀后，回收利用。各附属结构基坑周围开挖一道50 cm×50 cm（深×宽）矩形排水沟以拦截地表水；截水沟与施工场地四周排水系统连接起来，经沉淀池后排入市政雨水管网[7]。

基坑四周设置1.2 m防护栏杆，底部设置不小于20 cm挡脚板。基坑四周设置明显警示标志，防护栏杆立杆涂刷红白相间油漆。工人上下基坑道路采用组合框架式盘梯，避免上下时发生坠落。楼梯出口设置警示牌。

4 结语

罗田水库进库闸基坑开挖和支护施工方案的制定，根据工程设计工况和地质条件，遵循“先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则，充分利用“时空效应”，合理安排开挖顺序及每步开挖土体的空间尺寸，以保证施工质量、安全和节点工期为目标。工程顺利实施有助于解决广州、深圳、东莞生活生产缺水问题，为粤港澳大湾区发展提供水资源保障和战略支撑。