基于狹窄空間內基坑支護方案優化的應用

黃華輝

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

基于狹窄空間內基坑支護方案優化的應用

黃華輝

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

結合自來水深度處理工程項目實踐，分析了深度處理工程的特點及難點，闡述了基坑工程支護方案優化的應用過程，通過方案優化及其施工過程控制，切實達到了安全、高效、經濟的效果，對類似工程項目的實施具有一定的參考價值。

狹窄空間；基坑；支護方案；優化

0　引言

21世紀以來，我國處于城市化和工業化的高速發展階段，水源受污染現象較為嚴重，其中長江三角洲、珠江三角洲地區水污染現象尤為嚴峻。為提升供水水質，上海地區加快了“提質”類水廠技改的深度處理工程。

1　工程概況

1.1工程簡介

星火水廠6萬m3/d深度處理和排泥水處理工程為上海市政總院以EPC工程總承包模式承接的工程。工程旨在提高供水水質和生產排放水水質，提升市民生活質量和減少對環境的污染，促進奉賢地區經濟社會持續協調發展。

工程位于正在運營的現狀水廠內（見圖1），水廠總占地面積為38 883.2 m2，其中,施工區域為東側的深度處理區域和西南側的排泥水處理區域,新建建（構）筑物10余幢,占地面積僅2 380.31 m2，場地非常狹窄。

1.2地質條件

擬建場地在現狀水廠內，周邊為水廠現有建（構）筑物和其他工廠。地勢較為平坦，地下水埋深1.70～2.20 m。

該工程基坑開挖主要涉及土層見表1。

土層對基坑開挖的影響分析如下：

①層為填土，土質一般，結構松散，強度低，自穩能力較差，易發生坍塌。

②1層為灰黃色粉質黏土，土質較好、有一定自穩能力，但該層厚度較薄，土質不均，局部夾砂較多，基坑開挖時，受擾動影響其強度降低，可能產生坍塌。

②3層為灰色砂質粉土，土質一般，稍密狀，擬建場地均有分布。基坑開挖后在一定動水壓力下，易產生流砂坍塌現象，需做好支護及排水措施。

③層為灰色為淤泥質黏土，流塑，土質較均勻，含少量有機質、腐植物等。

④層為灰色淤泥質粉質黏土，流塑，土質不均，含少量有機質、腐植物等。

圖1　工程總平面布置示意

表1　基坑開挖主要影響土層一覽表

1.3工程特點難點

（1）施工場地狹小、施工難度大

工程位于現狀水廠內，施工區與正常生產區進行隔離，施工場地、作業面非常狹小，且施工場地內僅有一條約4 m寬的現狀道路（圖1中施工便道），不能會車通行。同時，由于工期緊、新建單體多，對工程總體平面布置、施工部署、基坑方案的選擇、交通組織和機械設備進出場以及文明施工等都提出了很高的要求。

（2）周邊建（構）筑物及地下管線保護要求高

該水廠為開發區唯一供水水廠，始建于20世紀80年代，設施陳舊。經過二十幾年的發展建設，廠內建（構）筑物繁多，各類管道、電纜、光纜等管線錯綜復雜。且工程深基坑多，部分基坑之間緊鄰，基坑與各類管線等現狀建（構）筑物距離近。為確保水廠在施工全過程中能夠正常生產運行，對基坑支護方案提出了極高的要求。

2　EPC工程總體策劃

2.1EPC總承包管理

該工程為勘察、設計、施工一體化的EPC總承包工程，在工程實施過程中，工程設計人員常駐現場，與工程技術、經濟管理人員密切配合，參與施工方案的編制和審核，參與施工技術質量交底，監控施工工藝流程，參與工程關鍵工序、重要節點、重要部位的質量驗收管理，對工程材料、機械設備、土方等各類臨時荷載進行驗算，有效指導施工。多措并舉，充分發揮EPC總承包的優勢，使工程達到設計創新、投資可控、工期可控、風險可控之目的。

2.2工程總體策劃

為確保工程按計劃節點順利展開，對工程實施進行總體策劃。

根據合同工期要求，結合工程特點及難點，確定工程關鍵工作和關鍵線路，編制工程總進度計劃。

施工前期，優化工程設計方案和施工組織設計，編制合理的交通組織方案和管線保護方案，合理安排施工任務。

該工程的關鍵線路為位于廠區東南角的回用水池和活性炭濾池及管廊基坑工程（圖1），它是決定整個工程施工能否順利實施流水作業、確保工期的關鍵節點。在施工過程中，對關鍵線路上施工點應確保道路通暢、確保施工場地滿足機械操作和進出場要求；對非關鍵線路上施工點可以根據現場實際情況，配合施工總平面進行相應調整。

因此，在工程總體安排上，實施流水交叉作業。先進行回用水池基坑施工，再進行活性炭濾池及管廊基坑的施工；在回用水池和活性炭濾池及管廊基坑施工的同時進行提升泵房臭氧接觸池和平衡池脫水機房基坑施工。

3　基坑支護方案優化

3.1原設計方案

在工程可行性研究階段，回用水池、活性炭濾池及管廊支護體系初步設計方案見表2。

表2　基坑支護初步設計方案

3.2方案優化論證

為保質、保量、安全、按期完成工程施工任務，對工程關鍵線路上的活性炭濾池及管廊（圖1中基坑支護優化區域）周邊主要環境因素進行論證、分析（見表3）。

表3　基坑施工安全、進度主要影響因素一覽表

通過表3的分析，為確保工程安全、平穩推進，有必要對原設計的水泥土攪拌樁重力式擋土墻支護方案進行調整優化，主要有兩個擬變更備選方案（見圖2、圖3、表4）。同時，受限于場區東西方向空間狹窄，回用水池、活性炭濾池及管廊兩者外壁間距僅3 m，而且基坑深度不同，面積大小不一，在基坑設計及施工時，需將兩個基坑統籌考慮，在其相鄰處共用一道工法樁擋墻及圈梁。

圖2　基坑支護備選方案一

圖3　基坑支護備選方案二

表4　基坑支護擬變更備選方案分析

3.3方案設計確認

結合前述特點難點及其方案論證分析，由于基坑周邊環境條件復雜，特別是回用水池距離清水池和工藝管道近，保護要求高，同時施工空間狹小，設計及施工難度大。

在基坑施工設計時，首先，充分考慮“時空效應”，為避免兩個基坑同時大面積開挖對周邊環境產生較大影響，確定先施工回用水池基坑。一方面回用水池基坑深，符合“先深后淺”的原則，另一方面回用水池基坑面積小，開挖時對清水池影響小，施工完畢回填后再施工活性炭濾池及管廊基坑，對清水池還可以起到一定的保護作用。其次，在圍護體系的選擇上，受周邊環境條件限制,均采用帶內支撐的圍護體系。回用水池基坑最大深度7.3m，屬于深基坑，為確保安全，共設兩道支撐，圍護樁采用SMW工法樁，由于距離清水池太近，三軸攪拌樁無法施工，采用兩排Φ700雙軸攪拌樁。活性炭濾池及管廊基坑深度3.95 m，圍護采用拉森鋼板樁，設一道鋼圍檁支撐（見表5）。

表5　基坑支護最終設計方案

在深基坑專項方案專家評審中，該基坑設計和施工方案獲得專家一致認可。

4　基坑施工控制措施

4.1狹窄空間鄰近基坑施工

受場區東西方向空間狹窄限制，回用水池與活性炭濾池及管廊基坑緊鄰，根據“先深后淺”的施工原則，該區域先進行回用水池基坑的施工，再進行活性炭濾池及管廊基坑的施工。同時，由于兩個基坑相鄰處共用一道工法樁擋墻，應采取措施避免基坑開挖和土方回填過程導致工法樁擋墻坍塌或者支護體系失穩。首先，土方回填時，先回填其余三側，待兩個單體結構均完成后同步回填相鄰側土方，土方回填完成并夯實后方可拔除H型鋼；其次，回用水池結構完成且達到強度要求后方可進行活性炭濾池及管廊基坑開挖施工，開挖時應堅持“先撐后挖”的原則，注意保護挖掘機不碰撞工法樁擋墻；再者，兩個基坑的所有圍檁支撐均應在兩座單體主體結構完成且達到強度要求后方能拆除，以保證兩個基坑支護體系的穩定和安全。

4.2主要施工工藝控制

嚴格按基坑設計圖紙、施工方案實施，確保工程安全、平穩、有序順利推進。

活性炭濾池及管廊基坑施工流程：鋼板樁施工、基坑降水、坑底加固→安裝鋼圍檁、鋼支撐、鋼支柱→開挖至坑底設計標高→澆筑水池結構混凝土→水池結構完成并達到100%強度后拆除全部支撐→封堵支撐洞口→基坑回填→拔出鋼板樁。

（1）拉森鋼板樁施工

拉森鋼板樁施工采用履帶打樁機，振動錘送樁。采用“屏風式”打樁法進行打樁。樁就位后，先采用振動錘輕輕振動錘擊數下，并進行測量校正，再正常振動插樁。插樁時鎖口應對準，樁與樁之間應保證鎖口緊密。

基坑轉角處采用1.5根拉森鋼板樁定制的角樁封閉止水（見圖4）。

圖4　鋼板樁角樁施工示意

鋼板樁拔除采用振動錘。拔樁時，先用振動錘將鋼板樁鎖口振活以減小土的阻力，邊振邊拔。對起拔阻力較大的鋼板樁采用間歇振動的方法，每次振動15 min。鋼板樁拔除后，留下的土孔縫隙應及時采用填砂或跟蹤注漿進行加固處理。

（2）水泥土攪拌樁施工

活性炭濾池及管廊與回用水池相鄰處共用一道工法樁擋墻，且其搭接處采用700雙軸水泥土攪拌樁進行防滲漏加固處理。

水泥土攪拌樁為采用兩噴三攪的施工工藝。攪拌樁水灰比0.5，水泥摻量14%，施工須嚴格控制提升速度、注漿壓力和漿液配合比。樁與樁的搭接不小于200 mm，相鄰樁施工時間間隔不得超過10 h；否則，施工接縫采用套打或后排補樁工藝，以保證隔水效果。

施工過程中應隨時檢查施工記錄，并對每根樁進行質量評定，按要求做好水泥土試塊，養護滿足齡期后及時進行試驗，確保水泥土強度達到設計要求。

在水泥土攪拌均勻、未初凝前，采用汽車吊將H型鋼吊起插入指定位置，依靠H型鋼自重下插到設計規定深度，然后固定在導墻上，直至水泥土凝固。為便于型鋼回收，在插入前，型鋼表面涂刷減摩劑。回收型鋼后及時對孔內填砂或跟蹤注漿，以防孔位坍塌。

（3）基坑開挖（見圖5）

圖5　基坑支護、開挖施工現場

基坑開挖前，采用輕型井點進行預降水，時間不少于14 d。降水后保證水位降至坑底以下0.5～1.0 m，并保證基坑落深處（集水井等深坑）降至坑底以下0.5 m。

考慮到整個基坑面積較大，為增加基坑施工安全性，遵循“先支撐后開挖”和分層、分塊開挖的原則，按照施工縫位置分塊實施，運用“時空效應”以減小基坑圍護位移。嚴格控制分塊開挖的土體坡度，臨時邊坡坡度不大于1∶1.5，確保土坡穩定。

開挖過程中，土方隨時外運，嚴禁在坑邊堆土。做好明排水措施，防止積水影響開挖。同時，保護好井點設備，保證井點降水的正常進行。基坑監測工作嚴密進行，指導挖土的流程和進度。

嚴格控制標高，嚴禁超挖。墊層施工緊跟基坑開挖進行，在墊層混凝土澆搗前，必須做好地基驗槽工作。

（4）鋼支撐施工

鋼圍檁支撐安裝前對鋼圍檁的位置和標高進行放樣，使三角形角鋼托架焊接在鋼板樁的同一平面上，并將各段鋼圍檁焊接成整體。由于基坑較大，在基坑內部設4根700SMW工法立柱樁作為安裝聯系梁，聯系梁作為鋼支撐中間位置的撐托，以防止支撐體系墜落。鋼圍檁支撐體系的所有節點構造均嚴格采用焊接連接和在局部設置加筋板，之間的縫隙處采用鋼楔塊塞緊墊實。

在基坑開挖過程中，挖掘機嚴禁與鋼板樁和支撐體系相碰。另外，嚴禁施工人員在底部掏空的支撐構件上行走與操作。

在底板、中樓板與圍護樁之間必須設置可靠的傳力帶，待其達到設計強度的100%方可拆除相應支撐。

5　實施效果

5.1周邊環境

在活性炭濾池及管廊基坑支護、開挖、回填施工全過程，對圍護體系位移、沉降、支撐軸力、地下水位及其周邊建（構）筑物、地下管線等項目進行了實時監測（見表6），做到信息化施工。

表6　基坑施工主要監測成果及評價　mm

通過對這些數據的比較、分析，一方面，指導了整個支護和基坑開挖施工的平穩實施，另一方面，也驗證了基坑支護設計和施工方案的科學性和安全性，有效確保了工程實體及其周邊環境的安全。

5.2經濟效益、社會效益

通過對活性炭濾池及管廊基坑支護方案的調整優化和施工過程的嚴格控制，為本工程關鍵線路的順暢推進贏得了寶貴的時間，使各單體、各工序銜接更加合理有序，避免了窩工現象的發生，節約了施工成本，實現了經濟效益和社會效益的“雙贏”（見表7）。

表7　基坑支護優化實施效果

6　結　語

本工程為EPC總承包工程，以設計為主導，工程勘察、設計、施工一體化，在滿足規范要求和使用功能與確保安全的前提下，設計施工雙向優化，以工程施工促進設計優化和以設計驗證指導工程施工，兩者齊抓共管，既便于橫向聯系也便于縱向協調，從而降低整個工程實施過程中的風險，切實實現工程經濟效益和社會效益。

同樣，對于非EPC總承包工程，也應根據工程現場實際工況進行有針對性的工程變更、設計優化，尤其是基坑工程，基坑支護有諸多類型可供選擇，各參建單位更應加強溝通協調，加強技術方案比選，從科學性、安全性、經濟性、合理性等各方面綜合權衡，評出最佳方案，創出“多贏”效果。

[1]王鴻志,左建英,張巖.水務市場現狀分析［J］.山西建筑,2012(22):201-202．

[2]郭琦.徐仲平.EPC項目設計階段可施工性分析應用初探[J].水電能源科學,2011,1:12-14.

[3]王春平,孫吉，沈利.在周邊環境復雜條件下的深基坑施工技術[J].建筑施工，2011，33(8):654-656.

206國道江蘇大吳橋主橋大節段主梁順利合攏 預計年底建成通車

近日，206國道大吳橋主橋大節段主梁順利合攏，為下階段拱肋的拼裝奠定了基礎，預計該橋年底建成通車。

新大吳橋位于大吳鎮境內解臺船閘下游約1.1 km處的京杭運河上，全長321.64 m，南北連接206國道賈汪段，總投資約1億元。新橋采用下承式提籃拱橋，為一跨過河，主跨跨徑達164 m，為蘇北地區內河橋梁中規模最大、跨徑最長的提籃拱橋。

按照設計，該橋主橋跨徑164 m，一跨過河，采用下承式鋼箱提籃拱橋，引橋為預制組合箱梁。主橋安裝采用先梁后拱、橋位拼裝的施工方法。本次施工方案的重難點在于兩個大節段主梁的安裝以及兩個大節段拱肋的安裝。在吊裝過程中，各參建單位按照事先做好的吊裝預案，分工協作，相互配合，現場各項工作有條不紊，主梁順利吊裝合攏。

TU753

B

1009-7716（2016）03-0117-05

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.03.034

2015-12-07

黃華輝（1981-），男 ，江西人，工程師，從事項目管理工作。