某取水泵房深基坑開挖及支護施工技術

梅繼元

摘 要：針對取水泵房深基坑地形復雜、靠近水源的特殊情況，先進行碾壓式土方圍堰圍護，再進行基坑開挖工作，并采用“細石混凝土噴坡防護+水泥攪拌樁止水+混凝土灌注柱支護”的基坑支護方式，取得了良好的施工效果，可為類似工程提供參考作用。

關鍵詞：取水泵房;基坑開挖;基坑支護;圍堰;施工監測

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.19.084

1 概述

1.1 工程概況

沃沙取水泵房位于湖南省臨澧縣沃沙水庫南岸，為臨澧縣新建水廠兩個取水泵房之一。取水規模12x104m3/d，現階段安裝設備規模4x104m3/d。泵房采用圓型井筒式取水泵房，為半地下式結構，建筑層數一層，地上高度9.45m。本工程建筑安全等級為二級，泵房下部為現澆鋼筋混凝土筒體結構;上部為現澆鋼筋混凝土框架結構。泵站基坑深12.5m，屬于深基坑，大槽底面最深處絕對標高為76.4，地面根據地勘報告，基坑最深處現況地面最高點絕對標高為88.89。泵站邊的沃沙水庫水位高度為85.75。

1.2 工程周邊環境

沃沙取水泵站區域，地形陡緩不一，地面高程為81m-104.9m，地形坡度一般為5°-15°。沃沙水庫水下區域地面高程為81m-85.75m，地形坡度為10°-15°;庫岸邊公路至水庫東側開挖形成的陡坎之間，地形平緩，地形坡度為3°-10°，地面高程為88.9m-91.8m;水庫東側開挖形成的陡坎高度一般為2m-5m，其東側為斜坡，地形坡度一般為10°-15°。取水泵站區地形總體上由南向北傾斜、由東向西傾斜。泵站區土體主要為第四系沖積層，其次為人工填土，人工填土主要分布在水庫攔水壩區和公路區，無基巖裸露。擬建地下構筑物位置無地下線管線。料場，材料加工廠位于擬建泵站西側荒地，距離施工地點較遠，不會產生地面負載情況。泵站臨時道路距離基坑較遠，地面超載取值按15kN/m2考慮。

1.3 水文地質條件

（1）地質條件。沃沙泵站區域經鉆探揭露和地面地質調查與測繪、鉆探揭露，場地分布地層主要有第四系人工堆積物（Qml）和河湖沖積物（Qal）。由新至老分述如下：①第四系人工堆積物（Q4ml），主要由粉質粘土、卵礫石、粉細砂等組成。②第四系河湖堆積物（Q3al）具明顯的多元結構，主要為腐植土、粉質粘土、粉細砂，其中粉細砂多夾于粉質粘土中，成層性差。

（2）水文條件。施工場地毗鄰沃沙水庫，無法施工。因此在施工之前需先進行圍堰的圍護工作，待隔水措施施工完畢之后，再進行施工。雨季施工時，河水水位將進一步上升，對工程會造成不利的影響。

2 圍堰施工技術

沃沙泵房背靠水岸，面臨水源。在進行基坑開挖施工時需要對基坑臨水面填筑圍堰以防止水庫內的水流入基坑。圍堰采用土方碾壓型圍堰，基坑施工前平整場地需要對泵房周圍的山坡進行削平處理，能開挖出大量土方，對開挖料進行分析，現場開挖料多為粉質黏土，粘結強度較高，滲透系數小，因此采用開挖出的開挖料作為圍堰材料進行填筑，圍堰頂部標高88.0，上頂寬3.5m，左右邊坡坡比為1：1.5。圍堰距基坑邊1.5m，由于只要在水庫岸邊修筑圍堰，水位較淺，圍堰按高出水面1m設計，堰頂標高為88.5。圍堰位置如圖1所示。

2.1 圍堰施工

圍堰施工前先在水庫河床上放出圍堰的內邊線，使用竹竿作為控制點每隔20m平均布置。開挖前使用挖掘機將河床底上的石塊、淤泥等雜物清除干凈，再在河道內采用黃土進行填筑。施工自上游開始至下游合龍，當填土超過現況水面后，每填筑起20cm碾壓一次，逐層壓實至距圍堰頂部，壓實度保證達到95%。黃土填筑時，注意按照圍堰的底部寬度填筑，填筑時，保證供料的銜接，爭取圍堰一次填筑完畢，避免圍堰基礎散土受浸泡時間過長。土車在傾倒黃土的時候，不宜分散大量傾倒，導致散土受水流影響沖散，污染水環境。基坑開挖時，基坑上口距圍堰內坡腳的距離不得小于1.5m。泵房及水底附屬設施施工完畢后將圍堰拆除，人工機械配合將堰體從水庫內挖出并棄運。

2.2 圍堰排水設施

圍堰排水采用集水井、排水明溝加潛水泵的方式排出，沿圍堰內底距堰角0.5米處每10米設一個60cm×60cm×60cm的集水井，井底鋪設20cm厚碎石;在集水井間貼著圍堰坡腳設置一道明排水溝。寬30cm，深30cm，溝底鋪設10cm碎石;共配置5臺3KW的潛水泵，逐個將集水井內的水抽出，為確保雨季期間施工順利，備用2臺3KW潛水泵。排水溝及集水井待水庫施工完畢后采用碎石回填至原水庫底標高。

2.3 圍堰滲漏應急措施

圍堰滲漏時，水庫內的水滲入基坑，從而導致基坑積水，影響施工安全。因此針對圍堰滲漏的不同原因采用相應的處理措施。圍堰滲漏的原因有兩種，一是由于填筑的防滲土料的粘度計抗滲指標未達到要求，未能起到很好的防滲效果，從而引起大面積滲水現象;二是由于岸坡上渣土未清除干凈，或粘土與邊坡未能較好的結合，導致圍堰與左右兩岸岸坡的相接處產生較大滲漏[1]。

針對第一種滲水情況，應當選用符合質量的土料，繼續在原鋪設好的防滲粘土上填筑，減小滲漏;針對第二種滲水情況，一種處理方式是對岸坡渣土進行進一步處理，并填筑防滲粘土，另一種處理方式是增長岸坡的粘土鋪蓋長度，延長滲徑，或同時使用以上兩種方式。

當采用了相應的處理措施后，滲漏不能得到很好處理，流量過大的情況下，需在圍堰下游增設一截水槽，增加排水設施的投入，加大排水量，對滲漏水進行強排，保證基坑在干處進行混凝土作業施工。

2.4 超標洪水時的應急措施

當圍堰上游出現超標設計水位洪水，必須發布緊急撤離通知，對在圍堰及基坑內施工的所有人員及設備進行緊急轉移。汛期圍堰在設計洪水沖刷下可能發生集中滲漏、局部坍塌等險情。當圍堰發生集中滲漏情況，首先在圍堰迎水側找出滲流進水口，及時堵塞，截斷滲水來源。同時，在背水側滲流出口采用反濾料壓填，降低水流流速，延緩圍堰土料的流失，防止險情擴大。采用蓋堵法對圍堰滲漏部位進行搶護，采用篷布蓋堵，再用土袋或石渣袋拋投壓腳，直到斷流為止。圍堰出現局部塌方時，及時對塌方范圍拋填塊石進行修補完善，恢復圍堰斷面尺寸，防止圍堰斷面減小、險情擴大。

3 基坑開挖施工

根據巖土工程勘察報告，沃沙泵房區域土質主要為粉質粘土構成，但在實際開挖過程中發現，地層中夾雜了大量的砂層，需要對邊坡支護體系進行重新設計。結合施工現場實際情，場地面積廣闊，根據土質情況，考慮施工便利，并保證質量和安全的前提下，本著少挖方、少占空間、節約成本的原則。在標高85.3m及以上采用1：1.5的坡度放坡開挖，在標高85.3至82.3之間采用1：2.的坡度放坡開挖，82.3至76.3之間采用水泥灌注樁雙排樁支護。

3.1 制定基坑開挖方案

土方開挖前依據施工圖紙，測放出基坑上口線、下口線，上口線在土方開挖過程中，測量員隨時測量，以防基底超挖。土方開挖采取分級開挖方式，由于基坑深度超過5m，開挖時采用分層的方法，每層步道寬2m，開挖完成后進行噴坡支護，支護完成后繼續進行下一步開挖施工。基坑分三層開挖，第一層開挖2-10m，第二層開挖3m，第三層開挖至基坑底部。基坑內距坡腳0.5m處設置一趟300*300的明溝，同時沿明溝在基坑底部的南部和北部設置集中排水井，井頸500*500mm深1m。同時在基坑上口線外沿0.5m處設置一道0.5m高的擋水墻，擋水墻靠基坑外底部設一道0.3*0.3m的截水溝。同時，在基坑東部位置設置一道人員上下的便梯，便梯為預制裝備式鋼梯采用標準節整體焊接，標準節之間采用螺栓組裝或采用定型構配件承插連接。

3.2 基坑土方開挖施工

基坑開挖采用土方機械開挖同時人工配合，基坑開挖作業在支護措施達到要求強度后開始著手進行。在標高82.3m以上的基坑采用機械開挖+土車沿馬道運輸的方式進行開挖，在82.3m至76.3m的位置則采用吊斗垂直運輸土方。土方開挖挖至設計基底以上300mm，余下的300mm由人工清挖。清挖過程中及清挖完成后嚴禁重型機械駛入槽底。基地各高程都需要嚴格按設計高程控制，不同高程之間的接茬處按設計要求處理。挖槽過程中，隨挖槽隨由人工削坡，削坡完畢后立即進行噴砼護坡。沿基坑頂線四周距邊1m處用F48管做欄桿，欄桿高1.2m，立柱間距3m，立柱入土0.6m以上，欄桿設兩道橫桿，立柱外側設500mm高擋水埂。在基坑開挖過程中，如遇不明地下障礙物，或地基出現與設計不符現象，及時與監理單位及建設單位有關人員聯系，征求設計單位處理意見，確定適當的方法并經實施處理后，可進行下一步施工工序。

4 基坑邊坡支護

4.1 基坑支護方案

沃沙泵房基坑安全等級側壁安全等級為二級，基坑側壁的重要性系數為0.9，圍護結構最大位移≤0.6%H。根據地勘報告，基坑邊坡為黏土層內夾粉砂層，邊坡穩定性一般，邊坡在82.3m及以上位置采用噴砼防護形式加固。由于內含粉砂層滲透性大，因此沿基坑標高85.3的位置打設一圈三層水泥攪拌樁止水，基坑內的降水采用集水坑明排的方式進行降水。基坑在標高82.3至76.3之間采用雙排灌注樁支護進行支護。基坑支護方案如圖2所示。

4.2 基坑支護設計參數

基坑在標高88.85-85.3之間，深度3.5m，采用噴砼防護，坡比為1：1.5放坡（34°）;坡面噴50mm厚的細石混凝土面層，噴射混凝土的強度為C20，添加適量速凝劑，混凝土采用人工攪拌的細石混凝土。

基坑在標高85.3-82.3之間，深度3m，采用噴砼防護，坡比為1：2.0放坡（26.6°）;坡面噴50mm厚的細石混凝土面層，噴射混凝土的強度為C20，添加適量速凝劑，混凝土采用人工攪拌的細石混凝土。

基坑在標高82.3-76.3之間，深度6m，采用雙排水泥灌注樁支護，坡度為90°，在基坑開挖時清理邊坡面上的浮土。

雙排水泥灌注樁為直徑1mC30水泥灌注樁，樁深12m，采用旋挖成孔，樁的軸向間距為2m，排間間距為4m。每排水泥灌注樁樁樁頂設一道1.2*1m環形冠梁，冠梁之間采用連梁連接。連梁混凝土強度同水泥灌注樁。樁間坡面采用掛網噴坡支護。

5 施工監測

5.1 監測目的

為保證基坑體系、周邊建筑的安全及主體結構施工的順利進行，及時獲取基坑開挖過程中圍護結構和周邊土體的變形信息，做出安全預報，實現信息化施工非常重要，因此采取對基坑施工進行即時監測[2]。

5.2 監測內容及測點布置

結合本工程的特點，根據相關規范，本工程重點基坑的內外觀察、周圍地表沉降、坡頂水平位移、坡頂垂直位移、深層水平位移、地下水位、坑底隆起等項目進行監測。

（1）基坑內外觀察：隨時進行，含地質條件、結構、周圍地面裂縫、塌陷、滲漏、超載等;（2）基坑周圍地表沉降：在基坑長短邊垂直坑邊設置監測剖面，每個監測斷面設監測點;（3）坡頂水平及垂直位移：在基坑短邊的中點，基坑陽角處、基坑深度變化處以及基坑長邊每20m設一測點;（4）深層水平位移及地下水位監測：基坑短邊的中點，基坑陽角處、基坑深度變化處以及基坑長邊每40m設一測點;（5）坑底隆起：基坑縱向或橫向剖面，間距20m設置。

5.3 監測警報值

施工監測各項目報警值見表1。

6 結語

根據本工程結構的特殊性和施工工期短的要求，結合地質水文條件及周邊環境情況，先進行碾壓式土方圍堰圍護，再進行基坑開挖工作，并采用“細石混凝土噴坡防護+水泥攪拌樁止水+混凝土灌注柱支護”的基坑支護方式。在實際施工過程中取得了不錯的施工效果。本工程中的圍堰施工、基坑開挖和基坑支護等施工技術問題，對湖泊水庫型水源地型取水泵站新建工程具有一定的普遍性，在今后類似工程施工過程中，有許多值得借鑒的地方。

參考文獻：

[1]鐘振云.深水基礎圍堰施工方案比選[J].鐵道建筑，2009（02）：6-8.

[2]何堯，錢建固.昆山市某深基坑工程施工及監測分析[J].工程質量，2018，36（03）：73-76.

[3]建筑基坑支護技術規程[S].JGJ120-2012，北京：中國建筑工業出版社，2012.

[4]建筑邊坡工程技術規范[S].GB50330-2013，北京：中國建筑工業出版社，2013.