支護和降水的不同施工順序之優勢

田 瑛

(太原市政建設集團有限公司，山西 太原 030002)

0 引言

在富含地下水的地區進行地下工程施工時，降水和支護是必要的施工措施，其施工效果對工程的工期和造價有著巨大的影響。降水和支護施工的先后順序沒有定論，需根據場地土層性質、埋深、地下水位、附近地下和地上建構筑物等因素，綜合考慮開挖、支護、降水方案。總的施工原則為：既要保證工程的降水質量、施工安全，使得工程進展順利；又要在最大限度上減小降水對周邊建構筑物的影響，避免不必要的民事糾紛及經濟損失。

下面以我公司近年來承建的典型工程為例，說明不同的支護、降水施工順序在工程中的應用。

1 先支護后降水的經典案例

1.1 工程實例

水西關雨水泵站位于濱河東路與水西關街路口西側、汾河公園汾河暗涵東側，出水排入汾河。泵站為全地下鋼筋混凝土矩形結構，平面尺寸為108.6 m×21.4 m，開挖深度19.30 m，泵站進水井開挖深度18.35 m。泵站基坑西側11.27 m處為現狀汾東暗涵；東側8.60 m處為引黃自來水管。

康樂街雨水泵站及調蓄池工程位于康樂街與濱河東路相交節點西側的汾河公園內，采用合建式全地下布置方式。泵站地下箱體長125.40 m，寬54.20 m，開挖深度19.50 m，泵站西側15 m處為汾河暗涵；東側20 m處為現狀引黃管線。

這兩個工程均為地下結構埋深較深且周圍有重要建構筑物的大型地下工程，施工基坑屬于安全Ⅰ級。根據工程地勘報告及施工現場開挖情況顯示，施工范圍內地下水位偏高且為承壓水系：水西關泵站地下水深位于地下1.8 m左右，康樂街泵站地下水深位于地下3.5 m左右。兩個泵站的結構埋深超過80%位于地下水位以下，必須降水后再施工。而施工現場周圍環境、土質及挖深又不允許進行放坡大開挖，于是支護和降水成為這些工程的關鍵節點、重點工序。

1.2 施工部署

因兩工程情況類似，現以水西關泵站的施工部署詳細介紹如下：

根據地勘報告，施工現場地下潛水水位位于地下0.5 m位置，土質以砂土為主，極不利于施工。

其中，降水井基坑長19.4 m，寬18.8 m，坑底標高-17.55 m。基坑涉及土層為4層，具體情況見表1。

表1 土層地質分布表

泵房基坑長42.9 m，寬18.8 m，坑底標高-18.5 m。基坑涉及土層為4層，具體情況見表2。

表2 基坑涉及土層分布表

通過對降水時影響范圍曲線的計算，對比工程周邊建構筑物與施工范圍的距離可知，達到施工需要的降水深度必然會使地面產生較大程度的沉降，進而導致周邊建構筑物產生沉降裂縫、拉裂、損壞不可移除管線，影響施工現場周邊管線、房屋、退水渠等的安全運行。為了兼顧施工效果與周邊建構筑物的安全，我公司決定在降水井、泵站基坑周圍采用先封底、再圍護、后降水、最后開挖的順序施工，以最大限度的在保證施工安全的前提下降低施工對周圍環境的影響。具體措施為：

泵站基坑采用地下連續墻作為基坑圍護，沿墻高設三道鋼筋混凝土支撐增加墻體剛度；同時在地連墻兩側用三軸水泥攪拌樁改良雜填土及砂土的性能、對槽壁進行加固、防止槽壁坍塌。基坑底部設封底樁和抗拔樁，以控制基坑底部穩定。

地下連續墻厚度為1 000 mm，墻長34 m,36 m，共計47幅，皆采用鎖口管接頭；三軸水泥土攪拌樁采用三重管施工的高壓旋噴樁，φ800@550搭接250 mm，長度均為地面至地下20 m。封底樁為φ800@550的高壓旋噴樁，使用P42.5級普通硅酸鹽水泥，水灰比0.8，水泥與粉煤灰總用量為450 kg/m，水泥∶粉煤灰=1∶0.4。進水井基坑實樁長4.6 m，南北泵房基坑實樁長6.0 m。進水井共設置20根抗拔樁，抗拔樁為φ800的鉆孔灌注樁，混凝土標號C30，實樁樁長20 m，頂部進入結構底板10 cm。

泵房共設置降水井10口：進水井基坑2口、泵房基坑8口，各井間距約12 m，降水井井深約20 m。在基坑東西兩側，各布設減壓井1口作為應急措施，深約25 m。同時泵房東西兩側打觀測井4口，井深10 m，當需要調節坑外水土壓力、樁基施工、坑內水量過大等情況時，可配合坑內施工，適當采取坑外降水措施。

在施工過程中應對基坑頂部水平及豎向位移、基坑周邊地表豎向位移、深層水平位移、地下水位、基坑周邊2倍范圍內的地下管線、周邊建筑物四角沉降進行實時沉降監測，直至施工完畢后、連續監測數據趨于穩定時結束，檢測結果隨時反映給施工管理人員，確保將施工對造成周邊環境的不良影響控制在最小的范圍內。

1.3 施工優勢

該施工方法將施工區域內部與外部地下水源隔離開來，使施工區域成為一個相對獨立的空間，在此相對獨立的空間范圍內實施降水，所需降水量為一定量。該方法能較準確計算出需降水量，可大幅減少降水所需時間、設備。且因降水過程中無周邊地下水涌入補給，降水3 d～5 d完成后即可逐步進行開挖施工，降水至預計高度后也無需再持續降水以維持地下水位的高度。基坑底部的封底樁和抗拔樁可有效緩解承壓水對基坑的影響，保證施工安全有序進行。

比較傳統的先降水后支護開挖的模式，本施工方法無需從施工前兩周開始降水，一直持續到構筑物具備抗浮條件才停止降水，可節省大量的降水資金投入、縮短降水周期、減少降水的后續措施安排，經濟效益明顯。檢測顯示該方法對周邊建構筑物影響極小，社會效益不容忽視。

更進一步，降水完成后進行開挖等一系列的施工活動時，高壓旋噴樁及混凝土灌注樁所形成的帷幕系統繼而轉換成為基坑的支護結構，地下工程無需另做支護結構的施工及拆除，可極大程度提高工程的經濟效益。同時因施工過程屬于干槽施工，操作安全方便，可有效控制施工偏差在設計和規范要求的范圍內，有利于后續設備的安裝。

2 先降水后支護的經典案例

2.1 工程實例

水西關街位于水西關泵站東側，水西關街改造時雨水工程設計了主線和支線兩套系統。

3.5 m的雨水主管道由東向西依次穿過都司街、城西水系、新建路、桃園路、勁松路、濱河東路，終點通過汾河公園內泵站提升后排入汾河，其布置具體如表3所示。

表3 雨水主管布置情況

雨水支線位于道路南側4.25 m位置，起點位于濱河東路口，分四段接入桃園路、新建路、都司街現狀雨水管線，終點為都司街口，具體布置如表4所示。

表4 雨水支管布置情況

污水工程直埋管線分為兩段設置，其中：K0+083至新建路南側6.25 m位置為單管鋪設，采取DN1 000 mm鋼筋混凝土管直埋；新建路至解放路為南北兩側鋪設，南側6.25 m位置為DN600 mm，北側9.25 m位置為DN800 mm；從汾河公園內至K0+083南側6.25 m位置，采用頂管過濱河東路，具體布置如表5所示。

表5 污水管道布置情況

2.2 施工部署

根據水西關街改造區段地勘報告顯示，因改造路段較長，工程沿線地層變化較復雜，在勘探深度范圍內場地土主要由第四紀全新填土、粉土和砂類土構成，各類土層在各段埋深、厚度差異較大但整體滲透性較好。工程地下水位埋深介于1.8 m～3.5 m，管線基本全部設在地下水位以下，根據雨污水管線地質情況及現場場地狀況，經多方計算比較后，我公司決定采用深井降水，待地下水降至施工面以下0.5 m處時配合采用鋼板樁作為溝槽支護來保證施工安全。具體布置如下：

頂管工作井基坑由于挖深過大、距離周邊建筑物較近，采用先支護后降水的施工提高施工效率、確保施工安全。頂管線沿線可不考慮地下水位對施工的影響，無需采用降水及支護輔助施工。

濱河東路至新建路段設計雨水支線、污水管線分別位于道路南側4.25 m，6.25 m，從高程和位置上看具備合槽施工條件，安排這兩趟管線合槽施工，在溝槽北側1.5 m的位置布置單排降水井，可同時兼顧道路北側電力管道的施工降水。新建路至解放路，南北兩側均有設計開挖管線，于道路中心線兩側距溝槽1.5 m處各布置一排降水井降水。施工采用管井降水，井徑700 mm，井深10 m～12 m，井距10 m，周期結合現場計算。

全線的溝槽全部采用鋼板樁支護，具體為：

溝槽深度不小于4.5 m，采取12 m的拉森鋼板樁加鋼管一道內橫撐支護，橫撐水平間距3 m，鋼管DN300 mm；溝槽深度小于4.5 m，采取9 m工字型鋼板樁一順一丁咬合支護，可根據現場開挖情況，決定是否加內橫撐。

2.3 施工優勢

鋼板樁支護具有施工方便快捷、造價低等特點，對于管線結構這種施工面窄但長度較長且埋深不大的結構來說，施工性價比極高。如采用地下連續墻或三軸攪拌樁這類帷幕結構則造價偏高且成型養護周期長，降水結束后因其與永久結構無關需拆除后方可進行后續工作，不具備工期及經濟優勢。在計算好工程進度及降水周期的前提下，做好分段流水施工時，單位長度降水+鋼板樁支護模式要比封底+帷幕樁+降水模式的具有施工成本費用低、周期短、操作技術難度小等優勢。

3 兩種施工順序的優勢對比

先支護后降水的施工方法將降水區域限于構筑物主體范圍內，降水范圍小且有效，可有效降低施工降水、開挖對周邊區域土質及地下水位、建構筑物變形的影響，且支護結構可與永久性結構相結合，兼顧了施工工期及經濟優勢。對周邊建構筑物較多且地上地下管線繁雜、屬于片狀區域性施工的工程有明顯的經濟效益。

先降水后支護的施工方法，降水范圍大、施工簡單，對于可合槽施工的管線及埋深相對較淺、土質滲透性較好的管線工程尤其適用。該方法配合以恰當的流水施工安排，可大幅度減少降水及支護的施工工期及費用。

總之，不論采用哪種順序進行降水和支護的施工，其依據始終是水利安全計算、土質情況的調查，配合以合理的工序安排，才能最大限度的發揮其經濟、工期優勢，實現工程的利益最大化。