外排壓力管道項(xiàng)目深基坑開挖及降水施工方案探究

張金城 （天津泰達(dá)市政有限公司，天津 300457）

0 前言

近年來,我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展,涌現(xiàn)出越來越多的管道工程[1]。很多管道都采用地下埋設(shè)的方式，不可避免的要進(jìn)行深基坑開挖。在深基坑工程中，一些地區(qū)地下水含量豐富,在此區(qū)域進(jìn)行基坑工程施工必須面對地下水的影響,有效的降水措施顯得尤其重要[2]。此外，開挖卸荷還會引起坑底土體隆起變形,坑壁四周土體向坑內(nèi)滑移,嚴(yán)重的還會造成基坑塌陷[3]。

地面已無更多資源可以用來建設(shè)，如何利用好地下空間變得尤其重要，20世紀(jì)90年代開始，深基坑開挖與降水問題就已經(jīng)成為了影響社會發(fā)展的熱門問題，同時也帶動了城市地下空間開挖技術(shù)和理論的蓬勃發(fā)展[4]。

基坑降水技術(shù)對基坑工程施工有著重大意義，一方面能夠增加基坑四周土體的有效應(yīng)力,另一方面基坑降水會產(chǎn)生地下水頭差，水頭差在土體中引起滲流動水壓力,兩種壓力促進(jìn)了土體固結(jié)擠密,導(dǎo)致地表沉降問題的出現(xiàn)；因此必須對基坑開挖和降水方案進(jìn)行探究,優(yōu)選出適宜的施工方案，盡量減小由于基坑開挖和降水帶來的地表沉降危害[5]。

1 工程概況

本工程為天津開發(fā)區(qū)一汽大眾華北基地雨水外排管道一標(biāo)段，總體線路走向?yàn)檠貜S北街向東敷設(shè)至海清路，然后沿海清路向南敷設(shè)至廠中二街，沿廠中二街向東敷設(shè)穿越廠東五路排入潮白新河。本標(biāo)段總長度1611m，沿線鋪設(shè)兩根并排管道，管道采用預(yù)應(yīng)力鋼套筒混凝土管形式施工，施工現(xiàn)場總平面布置圖如圖1所示。

圖1 施工現(xiàn)場總平面布置圖

2 工程地質(zhì)條件

場地地處華北平原，屬沖積、海積低平原。場地地勢略有起伏。基坑深度影響范圍內(nèi)的土層主要為：

①人工填土層（Qml）

全場地均有分布，厚度一般為3.30～5.00m，底板標(biāo)高為0.34～-1.75m。

②新近沖積層（Q43Nal）

厚度 0.30～1.50m，頂板標(biāo)高為 1.65～-0.25m，主要由黏土組成，呈褐黃色，可塑～軟塑狀態(tài)，無層理，含鐵質(zhì)，屬高壓縮性土。

③全新統(tǒng)中組海相沉積層（Q42m）

厚度11.00～13.30m，頂板標(biāo)高為0.34～-1.75m。

④全新統(tǒng)下組沼澤相沉積層（Q41h）

厚度1.60～2.20m，頂板標(biāo)高為-12.13～-13.18m，主要由粉質(zhì)黏土組成，呈淺灰色，可塑狀態(tài)，無層理，含有機(jī)質(zhì)、腐植物，屬中壓縮性土。

⑤全新統(tǒng)下組陸相沖積層（Q41al）

本次勘察鉆至最低標(biāo)高-22.75m，未穿透此層，揭露最大厚度8.00m，頂板標(biāo)高為-13.99～-15.25m，主要由粉質(zhì)黏土組成，呈灰黃色，可塑狀態(tài)，無層理，含鐵質(zhì)，屬中壓縮性土。

勘察期間測得場地地下潛水水位如下：初見水位埋深1.50～3.20m，相當(dāng)于標(biāo)高0.87～0.53m。靜止水位埋深0.70～2.50m，相當(dāng)于標(biāo)高1.59～1.43m。根據(jù)勘察室內(nèi)滲透試驗(yàn)結(jié)果，提供埋深20.00m以上各層土的滲透系數(shù)及滲透性如下表所示：

地基土滲透系數(shù)及滲透性表

3 基坑開挖方案探究

依據(jù)本工程基坑形狀、大小、開挖深度及勘察測得的地層情況，綜合考慮采用機(jī)械開挖、人工配合的施工方案，由南至北施工，基坑開挖分二次進(jìn)行，首先降土開挖溝槽。然后進(jìn)行鋼板樁支護(hù)施工，在支護(hù)結(jié)構(gòu)的防護(hù)作用下進(jìn)行雨水管線基礎(chǔ)槽的開挖。

3.1 降土開挖溝槽

本工程項(xiàng)目場地空曠，溝槽兩側(cè)能夠用于降土、堆土。為避免開挖期間發(fā)生安全事故，在進(jìn)行鋼板樁支護(hù)施工前，將堆積于原地面1～3m高的降土清理運(yùn)走，保證溝槽開挖深度不會多于5m，同時有效的降低了工程施工中深基坑變形、沉降等危險事故的發(fā)生概率。

3.2 開挖鋼板樁支護(hù)雨水管線基礎(chǔ)槽

3.2.1 施工工藝流程

清理場地→測量放線灑白灰線→打工字鋼支護(hù)樁→溝槽開挖→鋼樁支撐→開挖至設(shè)計(jì)槽底以上20cm→人工開挖至溝槽底→挖排水溝（盲溝）、集水井（坑）→管道基礎(chǔ)→管道下管、安管→檢查井鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工→管道回填→拆除工字鋼支護(hù)樁支撐→拔出工字鋼支護(hù)樁→粗砂回填樁孔。

3.2.2 鋼板樁支護(hù)

①打入鋼板樁

單樁逐根打入法：首先確定出工字鋼支護(hù)樁的位置，然后隔一定距離進(jìn)行導(dǎo)向樁的施工，導(dǎo)向樁為工字鋼支護(hù)樁，然后掛繩線作為導(dǎo)線，打樁時利用導(dǎo)線控制工字鋼支護(hù)樁的軸線。準(zhǔn)備樁帽及送樁：打樁機(jī)吊起工字鋼支護(hù)樁，人工扶正就位。

②內(nèi)支撐施工

首先用10mm厚梯形鋼板的牛腿垂直焊接在兩側(cè)已打好的工字鋼支護(hù)樁上用來支撐上部工字鋼腰梁，鋼板牛腿水平間距2m，H型鋼腰梁每根長12m，中間用同厚度13mm的鋼板焊接。中間采用φ200×6mm厚空心鋼管橫梁支撐，橫梁使用挖土機(jī)吊起后，水平放至工字鋼腰梁中間，兩頭對準(zhǔn)工字鋼腰梁進(jìn)行焊接。

4 基坑降水方案探究

4.1 排水設(shè)計(jì)

本管道工程基坑排水施工遵循“疏干井→集水主管→集水箱→三級沉淀池→排水溝→市政管網(wǎng)”的施工步驟，確保基坑降水方案科學(xué)合理。為減小排水設(shè)施滲水引起的基坑外局部水壓力過大等問題，施工現(xiàn)場排水設(shè)施綜合選用鋼質(zhì)排水溝及鋼質(zhì)沉淀池的施工方式，現(xiàn)場施工布置圖如圖2所示：

圖2 鋼質(zhì)排水溝及沉淀池

4.2 降水井沉井施工

降水井成井施工工藝流程如下：定井位→埋設(shè)鋼護(hù)筒、挖泥漿池→成孔→換漿→吊放井管→填濾料→井口封閉→聯(lián)合洗井→下泵抽水→封井；填濾料示意圖如圖3所示。

圖3 填濾料示意圖

降水井施工主要采用的封井方法可以分為：先封井方法、后封井方法。施工工藝如下。

4.2.1 先封井方法

首先進(jìn)行降水，確保地下水位低于墊層底標(biāo)高，然后進(jìn)行墊層、筏板施工，隨后直接使用水泥、砂子、碎石混合干料進(jìn)行井內(nèi)封井施工。進(jìn)行抽水、回填工作，迅速將水泵提出，然后向井里進(jìn)行投料和夯實(shí)工作，為了保證井料的夯實(shí)度，在井上半部分使用加少量水的干料，夯填至墊層底標(biāo)高，完成封井。

4.2.2 后封井方法

①將套管套在井管上端，與井管焊死，然后在位于底板部位內(nèi)的井管外圍焊接一道止水鋼板，綁扎鋼筋并澆筑底板混凝土；②水泥、沙子、碎石按2∶2∶1的比例在井口攪拌均勻（全部干料）；③在投料前井內(nèi)的水全部抽空，快速把水泵提出，并把干料放入井內(nèi)，邊投料邊夯實(shí)；④夯填至比套管低50mm左右時，澆筑管內(nèi)混凝土，安放鋼井蓋與井管焊死。

5 結(jié)語

①基坑開挖和降水施工對管道工程進(jìn)度有著巨大影響，在實(shí)際工程中，我們需要結(jié)合工程水文地質(zhì)特性,選擇科學(xué)合理的開挖、降排水方法,同時嚴(yán)格依據(jù)規(guī)定進(jìn)行開挖、降水施工,時刻加強(qiáng)對施工人員的安全培訓(xùn)和管理,才能確保基坑工程順利完工，減少不必要的安全事故。

②土方開挖是管道工程的重要工序，基坑內(nèi)的地下水影響容易惡化開挖工作環(huán)境，同時地下水還會降低坑壁土體穩(wěn)定性，嚴(yán)重時還會導(dǎo)致基坑坑壁坍塌。從一些成功的工程案例中發(fā)現(xiàn)：基坑工程一般采用的降水技術(shù)主要有明溝排水、集水井降水、井管降水等。

③基坑降水施工對基坑工程起著至關(guān)重要的作用,基坑降水會改變基坑土體應(yīng)力場,導(dǎo)致地面不均勻沉降等危害，同時也會影響工程周邊環(huán)境。本文結(jié)合工程實(shí)例，對基坑開挖、降水施工工藝進(jìn)行了相關(guān)探究，選出了適合本管道工程的基坑開挖、降水方法，實(shí)際施工效果良好，可為國內(nèi)類似工程施工提供技術(shù)支持。