基坑施工封閉降水技術在沿海塊石回填區的應用

張以祿，賈 永

（神華（福州）羅源灣港電有限公司，福建福州 350012）

0 引言

以往的工程實踐中發現，基坑封閉技術多針對軟土地基、地下水穩定、封閉范圍小的基坑，然而針對塊石地基、高潮差海水、大范圍止水封閉等情況難以適用。以神華福建羅源灣港儲電一體化項目電廠防滲工程為施工案例，分析在塊石地基、高潮差海水、大范圍止水封閉環境下，克服高水頭差、塊石地基上實現封閉一系列問題的重點難點，對比分析不同建設方案，提出了不同基坑封閉方式的組合應用方案，在實踐過程中效果明顯，為綠色施工技術在沿海塊石回填區域沖擊性推廣提供實踐檢驗。

1 工程概況

神華福建羅源灣港儲電一體化項目包括電廠、碼頭及儲煤基地三個工程，電廠工程規劃容量4×1000 MW 機組，一期工程建設2×1000 MW 機組。電廠一期工程往北依次為電廠二期工程、儲煤基地及3#泊位前沿，儲煤基地靠近電廠二期側500 m已完成回填，回填采用100 kg 以上塊石，透水性好；儲煤地基至碼頭300 m 未回填完成，該處淤泥面標高為-2.0～+1.0 m。電廠一期工程西側依次為排洪溝、4#泊位東護岸，排洪溝已完成砂墊層回填，標高為+3.0～+4.0 m；4#泊位已完成陸域形成，陸域形成采用100 kg 以上塊石回填，透水性好。電廠一期工程東側為山體，凝灰性溶巖。

廠區擬建的建筑物包括汽機房、鍋爐房、煤倉間、煙囪、廠內輸煤、給排水、電氣、除灰、脫硫、化水等建構筑物。廠區室外場地平整零米設計標高為10.61 m（當地理論基準高程，下同），根據廠區的總體設計，埋深最大建構筑物有主廠房局部基底+3.4 m（室內標高下7.5 m），汽機基座底+3.4 m（室內標高下7.5 m），排水暗溝外底+3.3 m，雨水泵房基底標高+0.4 m，電廠其余建構筑物除了化水、電氣等輔助構筑物基底在+8.0 m 以上外，其他建構筑物基底均在+5.4～+8.0 m。

1.1 水文要素

本海區的潮汐為正規半日潮型，設計高潮位（高潮累積頻率10%）6.89 m，設計低潮位（高潮累積頻率90%）0.51 m。電廠場坪設計標高為10.61 m，且場地主要為回填開山石形成陸域，回填層密實性較差且不均勻，基礎基坑開挖到設計深度后，大部分基礎位于平均高潮位之下，將受到潮汐的影響。

1.2 地質條件

根據鉆孔成果和現場調查，結合地區經驗，一期工程場地上覆地層主要有素填土，第四系海積、沖積地層（Q4al～m），巖性主要為拋填塊石、吹填海砂、淤泥、淤泥質土、黏土、混碎石粉質黏土；下伏基巖為白堊系石帽山群火山巖（K1sh），巖性為凝灰熔巖。根據已有鉆孔資料和地層情況，對場地地層分布及巖土工程性質進行了劃分，自上而下共分為6 個大層。

第一層（層號①）素填土：新近回填，廠區陸域造地形成，根據其成分，將該層分為2 個亞層，分述如下：

①1層開山石：該層由1#、2#碼頭南側丘陵山體開山石回填形成。塊體一般直徑30～80 cm 不等?？睖y時尚未壓實，顆粒級配差，空洞孔隙大，透水性強。

①2層細砂：吹填海砂形成，以細砂為主，淺黃色，級配不良，分選性好，含泥量較低，松散。該層一般回填厚度為1.2～5.7 m，平均厚度為2.6 m；層底埋深為1.2～10.9 m，相應的層底標高為-0.85～+5.0 m。

第二層（層號②）淤泥：深灰色，飽和，流塑，具腐臭味，質較純，局部含有少量貝殼，局部層位淤泥層夾有粉細砂薄層，局部地段淤泥相變為淤泥質土。該層土屬高壓縮性欠固結軟土，不屬于有機質土。該層一般厚度為4.0～14.0 m，平均厚度為9.5 m；層底埋深為4.2～17.6 m，相應的層底標高為-11.55～+0.5 m。

第三層至第六層分別為黏土、混碎石粉質黏土（淤泥質土）、碎石及凝灰熔巖。

2 情況分析及方案比選

2.1 情況分析

電廠場坪設計標高為10.6 m，且場地主要為回填開山石形成陸域，回填層密實性較差且不均勻，基礎基坑開挖到設計深度后，大部分基礎位于平均高潮位之下，受到潮汐影響基坑水位將隨潮變化。經現場實際測量計算，大潮期漲潮1 h 區域內將增加30 萬立方米潮水；即使平潮時期，漲潮2 h 區域內將增加30 萬立方米海水。若采用電廠循環水取水泵（Q=9 m3/s）進行抽水，大潮期將需要10 臺取水泵，平潮期需要5 臺取水泵同時工作才能保證施工區域內處于干施工狀態；若以目前已有資料的超大流量潛水泵（Q=8.1～8.7 m3/h）進行降水，大潮期將需要3.4 萬臺潛水泵，平潮期需要1.7 萬臺潛水泵同時工作才能保證施工區域內處于干施工狀態。

基于上述數據分析，在不采取任何措施情況下，直接降水方案理論上是可行的，但是實際操作過程中，由于數量龐大、集水坑大、造價異常高等因素，顯然無法實現。

2.2 確保干施工方案比選

基于2.1 情況分析，為解決工程建設重大問題，經設計單位提供如下方案：①提高基礎底標高，根據現有潮位資料，電廠區域平均高潮位為7.01 m，將電廠豎向標高整體抬升3.7 m，實現除了雨水泵房需局部降水外其余均可在平潮期間進行施工作業；②建設封閉基坑，基坑外側采用帷幕或基坑側壁帷幕+基坑底封底的截水措施，阻截基坑側壁及基坑底面的地下水流入基坑，確?；资┕l件。

（1）提高基礎底標高。優點：①工程施工工序簡單、成熟；②除了局部簡單降水外，無需降水措施；③穩定性好，不受外界因素影響，保證率高；④施工時間短。缺點：①項目整體標高不一致，難以與碼頭等銜接；②基礎太高，重心上移，不利于結構穩定；③增加取水泵揚程；④水位變動區仍按照潮水位計。造價：①一二期增加造地費用約5883 萬元；②增加樁基工程造價約2220 萬元，增加運行費用約1480 萬元/年。

（2）基坑封閉施工。優點：①保證了項目全場場地標高一致，便于三個工程銜接；②降低結構重心，有利于結構穩定；③降低取水泵揚程；④施工工藝成熟，一二期共用；⑤基坑封閉可以實現與海水的隔絕，避免由于場內施工影響海水水質；⑥減少場區內水位變動。缺點：存在受外界因素影響被破壞的風險，保證性差，施工時間長。造價：增加造價最高約4400 萬元，相對提高基礎標高方案減少年運行成本1480 萬元/年，降低水位變動區混凝土防腐造價。

由上可知，提高基礎標高雖然工序簡單、施工時間短、穩定性好、保證率高，但其工程造價增加一半以上，且年運行費用增加較多，不可取?；臃忾]施工即使保證率低一些，但是其造價低，運行成本低，且適應當前國家環保要求，為國家綠色施工技術之一，值得推薦。

2.3 基坑封閉方案比選

2.3.1 基坑封閉情況

（1）封閉范圍：考慮到電廠一期與二期緊鄰，基坑封閉措施將埋置于室外地坪以下，若單獨考慮一期工程或局部深基坑封閉，將存在影響本期或二期各建筑基礎施工的可能，同時二期建設也將需要進行基坑封閉，因此確定本次基坑封閉范圍為電廠區域全部建設范圍。本期建設電廠區域面積為26 萬平方米。

（2）封閉周邊條件：電廠區域北側大部分已經回填了厚度20 m 左右的開山塊石，開山石粒100～300 kg，場地標高普遍為+11.0 m 左右；西側防滲帷幕區域尚未回填，仍處于海灣灘涂地段，灘面高程為+3.0～+5.0 m，西側受潮汐影響較為顯著，同時西側也是地質相對薄弱的區域，淤泥層厚度1.9～12 m，軟弱土層對于快速施工結構有巨大的影響；南側防滲帷幕區域場地正在進行海砂吹填及塑料排水板插打施工，吹砂層頂標高為+5.0～+5.5 m，砂層厚度約1～3 m。

（3）封閉存在的困難：①北側區域為回填開山石，開山石粒徑較大，透水性強，實現封閉較為困難；②西側地質相對薄弱的區域，淤泥層厚度1.9～12 m，軟弱土層對于快速施工結構有巨大的影響；③海水漲落，形成封閉內外水頭差大，對施工造成相當大的困難。

2.3.2 基坑封閉方案比選

根據2.3.1 所述現狀，本次西側以及南側可用工藝較多，相對比較簡單，僅對北側回填塊石區域進行比較。

在塊石回填的場地上直接施工止水帷幕的方法，理論上有灌漿結合高壓旋噴法以及柔性地下墻等。在高潮差、塊石回填條件下直接施工帷幕灌漿存在漏漿、不起壓、灌注時間長、吃漿量大、漿液擴散遠、重復灌注很難結束等難點，人力、物力、材料浪費嚴重，因此需要先采用沖擊鉆成孔、孔內低壓灌注水泥漿液，漿液擴散、充填塊石件空隙，然后再進行高壓射流沖擊、切割及擾動，漿液擴散、充填，與周圍地層摻混攪拌，形成封閉的防滲墻。柔性混凝土防滲薄墻施工是先修筑混凝土導向槽，采用鉆孔等方式成槽，用膨潤土泥漿固壁，然后采用水下直升導管法混凝土成墻（或咬合樁）。上述兩種方法在技術上皆是可行的，且有成功案例，但是施工步驟較多、速度較慢、成本高，且對質量控制要求嚴格，將影響止水帷幕的防滲效果。針對現場條件，建議采用咬合樁方案。

建議另一種方法是首先在止水帷幕施工區域先開挖出一條通道后換填小粒徑的回填料，然后再施工常規的高壓旋噴樁（或防滲膜）。為了減少開挖范圍并且保證施工安全，要求分段開挖并且及時回填。該方法就地取材，造價最低，且工期能夠得到保證，但開挖面大，不易控制水下開挖質量，容易受到潮水影響施工工期。

（1）咬合樁方案：①優點，施工工藝簡單，施工步驟少，施工條件成熟，受地質和場地、潮位條件影響較?。虎谌秉c，工期時間長；③造價，1.0 萬元/m。

（2）開挖+高壓旋噴（或防滲膜）：①優點，工期短，工藝簡單，條件成熟；②缺點，施工工序多，施工質量不易控制，受地質、潮水條件影響大，開挖量大，施工作業面廣；③造價，1.2 萬元/m。

由上可知，咬合樁方案雖然工期長，但造價低，工藝成熟，影響條件小。

3 設計概況

北側現場大部分區域已經回填了一定厚度的開山塊石，場地標高普遍為+11.0 m 左右，為了更好地節約成本，本次防滲結構考慮先對場地開挖至+7.0 m 標高，然后使用沖孔機械施工鉆孔咬合樁形成防滲帷幕，鉆孔咬合樁為Φ1 m～Φ1.2 m，深入淤泥層1.5 m，防滲帷幕上方設計漿砌塊石擋墻結構，等擋墻結構強度滿足要求以后，根據實際需要回填到陸域使用標高。

4 工程效果

4.1 工程檢測結果

本次共完成86 根旋噴樁的鉆芯檢測，鉆芯取得的加固體芯樣外觀大部分連續、完整，但局部存在芯樣膠結情況差、麻面、少量氣孔坑槽等問題。鉆取并制作153 組抗壓芯樣，進行樁身芯樣實體抗壓強度測試，加固體實體強度為2.0～17.7 MPa，滿足加固體強度≥2 MPa 的要求。根據現場完成的原位壓水試驗結果，旋噴樁滲透系數為（0.4～10）×10-6cm/s，滿足設計要求。綜上，本工程對86 根旋噴樁的鉆芯檢測、153 組抗壓試驗以及原位壓水均滿足設計要求。

4.2 工程監測結果

經抽取場地內一個點的水位監測情況進行匯總，檢測結果表明：無論外面潮水位如何變化，基坑封閉區域內水位變化不大。

5 結束語

采用沖孔咬合樁形成防滲墻，既克服了塊石回填所帶來的困難，又在高潮差、大范圍的區域內實現基坑封閉，達到止水目的。針對建設過程中出現的問題分析及建議如下：①從現場施工情況看，在整個封閉結構合攏處仍存在咬合樁蜂窩麻面較多區域，經分析和潮水漲落有較大關系，建議在合攏處增加止水措施；②咬合樁防滲墻屬于剛性墻體，本工程咬合樁未在樁體內增加鋼筋，受壓和受剪能力弱，在需要堆載預壓區域應慎重考慮，在必須采用時應對墻體加強剛性或增加柔性設施。