浅嵌岩深水扩大基础钢围堰渗水分析与防治
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摘要:浅嵌岩深水扩大基础钢围堰不能采用全封底混凝土进行阻水施工，只能采用环形封底等阻水结构，然则由于爆破、岩层裂隙、封底空洞等原因影响，围堰内渗水难以根治，不能无水施工将影响到扩大基础的质量。本文分析了浅嵌岩深水扩大基础钢围堰渗水的原因及危害，并提出了处置措施。
关键词:深水扩大基础; 钢围堰; 渗水; 防治
Abstract: shallow embedded rock deep water expanding basic steel cofferdam cannot use the back cover concrete block water construction, can only USES annular bottom sealing structure such as water resistance, but because rock blasting, fracture, bottom sealing reasons such as empty influence, in difficult to cure the cofferdam seepage, not without water construction will affect the quality of the expanding basis. This paper analyzes the shallow embedded rock deep water based steel cofferdam seepage expand the cause and the damage, and puts forward the treatment measures.
Key words: deep water expanding basis; Steel cofferdam; Ooze water; Prevention and control
中图分类号：S152.7+2文献标识码：A文章编号：
随着国民经济的快速发展，公路、铁路建设引起了政府部门的高度关注，每年都有大量的公路、铁路项目开工建设，由于各类项目遭遇到不同的水文、地质条件，设计的桥梁基础结构形式多样，如何安全、优质 、快速的完成项目的施工，是施工企业不断探索的目标，在深水区域浅嵌岩扩大基础钢围堰阻水结构的施工就是其中的一个问题，钢围堰渗水不仅影响到扩大基础的稳定、安全及使用寿命，甚至会直接导致钢围堰施工失败，造成返工。但是由于水下地质条件的复杂性和特殊性，浅嵌岩深水扩大基础钢围堰内渗水是长期困扰施工企业的一个问题。
1.浅嵌岩深水扩大基础施工特点
浅嵌岩深水扩大基础一般指水深在5m以上、嵌岩深度在3m以内的明挖扩大基础，其主要施工特点为：①宜采用钢套箱围堰作为施工平台，不能采用全封底砼结构阻水；②钢套箱围堰难以深入岩层内与岩面紧密结合，封底砼与岩面之间渗水通道较多；③扩大基础爆破开挖，极易造成基坑壁、基坑底岩层裂隙及封底砼裂隙的进一步扩展，形成新的渗水通道；④在较大的水压力下，渗水通道会随着时间的推移而逐步扩大。
2. 浅嵌岩深水扩大基础钢围堰渗水的危害
为确保扩大基础施工质量，现行公路、铁路等施工技术规范均要求扩大基础在无水条件下进行施工。一般来讲浅嵌岩深水扩大基础钢围堰内渗水主要有以下危害：①渗水造成基底有积水会影响扩大基础与基底岩层的结合质量，降低扩大基础与基底岩层的摩擦力，影响扩大基础及其上部结构的稳定与安全；②扩大基础砼施工时，渗水进入扩大基础砼内，会增大砼的水灰比，降低砼强度，降低扩大基础的使用寿命；③扩大基础砼施工时，渗水冲刷砼，将砼内胶凝材料冲走，在扩大基础内形成蜂窝、空洞，影响扩大基础结构安全；④在钢围堰强大的内外水压力差下，渗水会逐步扩大，直接导致封底砼阻水失效，造成返工。
3. 浅嵌岩深水扩大基础钢围堰内渗水原因分析
造成浅嵌岩深水扩大基础钢围堰内渗水的原因有以下几种情况：
3.1钢套箱围堰设计不合理及施工质量不合格
钢套箱围堰虽是临时性结构，但也应进行专门的设计和验算，否则在强大的水压力作用下，围堰钢板被挤压变形或拉裂后，水流会直接从围堰上或封底砼裂隙处渗入基坑内，并对封底砼造成冲击，引起渗水的进一步加剧，同样钢围堰在焊接、安装时由于焊接质量不合格存在孔眼或下沉时被碰撞损坏，也会造成渗水。
3.2钢围堰及封底砼与岩面不能紧密结合
浅嵌岩深水扩大基础墩位处岩面一般均高低不平，岩层表面砂砾石等高透水覆盖层较多，虽可采取水下爆破整平岩面、泵吸清除覆盖层、异型刃脚等措施，但由于水下施工的特殊性，仍然难以百分之百保证透水覆盖层被清理干净、钢围堰刃脚和岩面密贴、封底砼与岩面紧密结合，留下渗水通道。
3.3钢围堰封底形式单一及封底砼存在裂隙、空洞等质量问题
目前浅嵌岩深水扩大基础钢套箱围堰封底基本采用在围堰内环形封底，但无论采用水下砼灌注法还是围堰内腔法浇筑封底砼，均不可避免会由于岩层表面的覆盖层不能清理干净、封底砼浇筑过程中出现施工缝、空洞等原因出现渗水，且渗水对封底砼长时间进行冲蚀，会进一步扩展渗水通道，造成渗水加剧。
3.4钢套箱围堰上浮
由于浅嵌岩深水扩大基础钢套箱围堰是直接落在岩层表面，主要靠围堰自重、配重及与封底砼的摩擦力抵抗浮力，在围堰内抽水时，围堰承受的浮力会逐步加大，如围堰配重及与封底砼的摩擦力不足以抵抗浮力，则钢围堰上浮时会拉裂封底砼，造成渗水或涌水，严重者围堰全部浮起，施工失败。
3.5扩大基础基坑爆破开挖造成封底砼、基坑岩壁、基坑底部的振动及破坏
由于浅嵌岩深水扩大基础要求扩大基础需嵌入岩层一定的深度，一般要求嵌岩不小于2m，深水扩大基础基坑开挖采用冲击破碎或静态爆破均进度极其缓慢或难以施工，时间过长，在水压力下则会造成渗水的加剧，一般均需采取爆破开挖，而爆破会造成对封底砼、基坑岩壁、基坑底部的振动及破坏，形成新的渗水通道，引起渗水。
3.6基坑岩壁、基底岩层裂隙发育
部分浅嵌岩深水扩大基础墩位处岩层裂隙发育，在基坑抽水开挖后，强大的内外水压力差，导致围堰外水流沿基坑岩壁、基底岩层的裂隙渗入基坑内。
4. 浅嵌岩深水扩大基础钢围堰渗水防治措施
浅嵌岩深水扩大基础，往往需要对钢套箱围堰进行合理设计及加工安装以保证封底的稳定性，优化封底方案，采取防堵排三结合的阻水措施以满足扩大基础的无水施工要求。采取的渗水防治措施可分为以下几步进行：
4.1合理进行钢套箱围堰的设计
钢套箱围堰结构必须根据施工过程中最不利荷载组合进行强度、刚度及稳定性的计算，一是充分考虑施工过程中施工荷载、结构重力、水流压力、浮力、土压力，二是考虑可能出现的冲刷、风力、波浪力、流冰压力、船舶或其他漂浮物撞击力及河床断面被压缩后流速增大、水位增高增加的冲刷、水压力，三是要考虑围堰刃脚必须满足能承受围堰重量的需要，以确保施工、使用过程中不会损坏。同时围堰内结构尺寸必须满足围堰内环向封底的厚度、基坑内集水坑（槽）及扩大基础施工操作宽度的需要，封底厚度可通过弯曲应力、剪应力等计算确定，集水坑（槽）宽度和施工操作宽度一般按1.5m留置。
4.2严格控制钢套箱围堰的制作、安装质量
钢围堰的施工方法主要有分块制作后在墩位处拼装下沉和在岸边平台拼装后整体浮运到墩位就位下沉两种方法，无论采用何种方法施工，均需保证：①钢围堰各构件的焊接质量满足要求，且经水密性检查无渗水；②钢围堰在下沉过程中严禁偏载，避免围堰刃脚不均匀受力而损坏漏水；③钢围堰安装位置符合要求，以保证封底厚度。
4.3采用多层封底阻水结构，减少渗水通道
由于覆盖层不能确保被清理干净及封底砼施工中可能存在的施工缝等缺陷，常规采用的围堰内环形封底形式过于单一，在渗水出现后难以治理且在基坑开挖时容易被爆破震动损坏，故一般应采用围堰外套环形封底+围堰内环形封底的双层阻水结构，具体做法是：①围堰就位下沉前，根据潜水员探明的水下岩面情况，采取水下钻孔爆破整平围堰刃脚处岩面，然后根据覆盖层地质情况、水深情况分别采取水上挖机挖除、水下泵吸、高压风吹扫、潜水员清理等方法将围堰外套封底下及围堰内岩面覆盖层清除干净，围堰外清除范围一般应为外套封底厚度+2m+1.5倍覆盖层厚度，水流速度较大时，适当增加；②围堰下沉就位后，采用钢板和槽钢焊制外套封底模板安装在围堰外侧，然后在围堰外侧采用导管法灌注C30不分散混凝土作为外套环形封底，常规采用的配合比为水泥：水：砂：碎石：减水剂：絮凝剂=1：0.52：1.7：2.55：0.008：0.03，混凝土的坍落度控制在18～22cm；③在外套封底砼强度达到后，将围堰内水抽干，采用膨胀止水条等材料对外套封底与岩面结合不紧密的地方进行堵漏；④对基坑进行爆破开挖，开挖范围应包括扩大基础及其操作宽度、集水（坑）槽范围，爆破宜采用弱振微差爆破，开挖爆破前，先沿基坑边缘钻设一排减振孔，然后自基坑中心逐层爆破扩挖至减振孔，严禁全基坑面一次爆破；⑤基坑开挖到位后，人工将围堰内环形封底处的覆盖层及其他杂物清理干净，模筑浇筑围堰内环形封底，若外套封底砼渗水较大，难以完全堵塞，也可采用导管法灌注不分散砼作为围堰内环形封底，由于外套+内环双封底可以将内环封底处的覆盖层完整清理干净，在内环封底后岩面与封底砼紧密结合，岩面渗水将被完全止住，且两环封底砼的施工缝等缺陷将由于不在同一个截面上而被堵漏。如外套封底抽水后，渗水较大难以进行基坑开挖，也可先清除内环形封底处的覆盖层，导管法灌注内环形封底后再进行基坑开挖，基坑开挖后若内环形封底因爆破出现渗水，在内环形封底内注水泥－水玻璃双液浆堵水。
4.4严防钢围堰上浮，破坏封底阻水结构
钢围堰上浮的因素有两个：一是围堰抵抗上浮的平衡力不足，整体上浮；二是围堰封底混凝土自身的受力不能满足要求，封底混凝土破坏而使围堰上浮。故围堰应精确计算后进行配重，其抗浮力应大于围堰最大浮力的1.2倍以上，配重可采取围堰内灌水、灌砂、灌砼及围堰上挂锚锭等方式；同时封底砼的强度、厚度应能满足抗剪和抗弯曲要求，为确保钢围堰侧壁与封底混凝土之间充分结合，一般应在砼与围堰接触处设置长50cm、间距30cm的∠75角钢作为剪力钉，并将围堰与砼接触面清刷干净，必要时在封底砼内设置钢筋笼。
4.5注浆堵水，封闭基坑壁和基坑底岩层裂隙渗水通道
当基坑壁、基坑底由于基坑开挖爆破振动或岩层节理裂隙出现渗水时，在基坑开挖完成后，在基坑壁或基坑底部采用水泥－水玻璃双液浆注浆堵水，注浆宜在围堰内外水压力平衡的条件下进行。注浆管采用无缝钢花管，注浆压力大于1.0Mpa，一般浆液配比：水泥浆水灰比0.6～1.1；水泥浆与水玻璃浆体积比1:1～1:0.3；浆液凝胶时间:20s～60s；注浆顺序：以主要出水点为中心，先外后内，逐步推进的注浆原则，先作四周出水影响带的注浆施工，再作注浆封堵出水点。
4.6以防、堵为主，防堵排三结合彻底清除围堰内渗水
一般来说，通过前述5条的外防内堵，钢围堰渗水均会得到妥善的治理，但由于水下施工的特殊性，难以确保做到百分之百不渗水，在此时可在围堰基坑外设置集水坑或集水槽将渗水排除，通常做法是基坑壁和基坑底部渗水，在基坑边缘外开挖1m深的集水坑抽水排除，岩面和围堰渗水，在基坑壁上焊制钢制集水槽抽水排除，但无论是采用集水坑还是集水槽，其集水和抽水能力应大于渗水。在扩大基础施工完毕后，无水情况下可直接浇筑砼封闭基坑与扩大基础之间的空隙，在有水的情况下，可水下灌注不分散砼封闭基坑与扩大基础之间的空隙。
纵观多年来对浅嵌岩深水扩大基础的施工，围绕解决围堰渗水问题，已先后尝试运用了多种方法，从采用单一的围堰内环形封底技术走向因地制宜，各种方法综合使用，但由于地形、地质、水文等情况，围堰渗水仍是浅嵌岩深水扩大基础施工防治的重点，因此还需要我们在以后的桥梁钢围堰施工实践中继续总结经验，以探求更好、更先进的钢围堰渗水防治方法。
参考文献:
[1]桂业昆，邱式中编．桥梁施工专项技术手册[M]．北京：人民交通出版社，2005.
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