淺析泵站深基坑排樁支護施工技術

劉錫豪

（廣東省東莞市常平鎮水務工程運營中心, 廣東 東莞 523560）

1 工程概況

松崗泵站等別為Ⅲ等,規模為中型,屬于拆除重建工程,周邊是建成區。基坑總面積為3282 m2,基坑外形呈“Y”形狀,泵房基坑深度5.40 m～9.40 m,最深處位于泵房右側,周邊有建筑物及現狀路,前池基坑深度4.80 m～8.60 m。基坑東側為寒溪河河堤,西側為崗梓牌坊,西南側為恒利五金廠,北側為恒峰廠和現狀路,基坑周邊建筑物密集,環境復雜,基坑支護施工難度大。基坑圍護樁與周邊環境平面見圖1。

圖1 基坑圍護樁與周邊環境平面示意圖

2 工程地質水文及周邊環境條件

2.1 地質條件

場地地層具體分述如下：

1）填土層（Q4ml）。①壓實填土：由粘性土夾碎石組成,

2）沖積層（Q4al）。②-1粉質粘土：由粉粘粒組成,層厚1.80 m～7.60 m。②-2淤泥質土：層厚1.50 m～7.10 m。

3）殘積層（Q4el）。③粉質粘土：由粉粘粒組成,層厚2.80 m～12.20 m。

4）下古生界巖層（P）。④-1全風化石英砂巖：為極軟巖,層厚4.70 m～5.70 m。④-2強風化石英砂巖：層厚0.60 m～10.60 m。④-3中風化石英砂巖：巖芯呈塊狀構造,為較軟巖。

2.2 水文條件

沿線所經地段地下水,可劃分為松散層類孔隙水及基巖裂隙水。

松散層類孔隙水分布在第四系土層,場區主要為填土層、淤泥、粉質粘土等,透水性較強。

基巖裂隙水賦存于基巖風化裂隙帶中,其水量貧乏。鉆孔綜合穩定水位：1.10 m～4.60 m,水位高程為2.39 m～3.92 m；河水位深度在1.10 m～1.50 m。

2.3 場地周邊環境條件

基坑場地緊鄰工業廠房、市政道路、江河堤防等建筑物,具體如下：基坑西南側為恒利廠,與基坑最短距離約2.4 m；西側為崗梓牌坊,與基坑最短距離為0.8 m；北側為恒峰廠和市政路,與基坑最短距離為10 m；東側為寒溪河河堤。基坑開挖對鄰近建筑物位移、沉降影響大,整體施工難度大。

3 基坑支護類型分析

基坑工程核心問題是擋土支護和排降止水[1],在城市建筑密集區、軟弱土層地基上廣泛使用的支護結構類型有：鉆孔灌注樁、高壓旋噴樁、地下連續墻、攪拌水泥土墻等支護型式。降低地下水常用方法：輕型井點、深井井點、噴射井點等方法。

地下連續墻支護整體性、剛度及抗滲防水性能好,但施工時需要大型機械設備、現場施工需建造泥漿循環設施、單元接頭處理難度大且造價費用高、軟弱淤泥質土和含漂石的巖基上施工困難。

鉆孔灌注樁具有：（1）廣泛適用性。適合軟弱地基（淤泥、淤泥質土、軟黏性土）和水下施工,符合本工程地質條件。層厚1.20 m～5.20 m。（2）較大承載力。鉆孔灌注樁可靈活增加樁長、樁徑以提高承載力,適宜作水工永久結構。（3）施工成本低。鉆孔灌注樁一般現澆,相比預制樁,更節約成本。（4）施工對環境影響小。鉆孔灌注樁不擠壓周邊土體,不對周邊建筑物產生振動和沉降破壞,可有效減少對恒利廠、崗村牌坊、恒峰廠和現狀道路振動沉降影響。

高壓旋噴樁具有：（1）適用大多數土類,能在淤泥質土、粘性土等眾多土類施工,適用本工程第四紀的沖積巖、殘積層等地質條件,止水效果良好,加固效果穩定。（2）施工及設備操作簡單、施工速度快,能在狹小場地施工,適合本工程基坑與周邊建筑物距離近、施工場地狹小等情況。（3）低噪音、小振動。因振動效應小,能有效防止對恒利廠、恒峰廠、崗梓牌坊等建筑物的振動破壞。（4）防水性能好。缺點：樁身強度低、擋土抗側移性能較差。

4 本工程特點、難點及解決措施

4.1 本工程基坑特點

本泵站工程在建筑物林立的城區修建,采用基坑支護方式,并且具有以下特點：一是基坑支護體系作永久結構,需考慮長期荷載對基坑支護結構穩定性影響。二是泵站基坑臨河開挖,周邊地下水量大、水位高,滲流作用影響基坑支護安全。

4.2 本工程基坑難點

本基坑開挖深度較深,且開挖面積較大,周邊建筑林立,且基坑開挖面上下均為土質條件較差的淤泥質粉土,考慮基坑開挖周期較長對圍護結構比較不利,由此引發的“時空效應”[2]等對基坑的位移、整體穩定等一系列技術參數均不利,本次基坑圍護對支護體系的整體要求非常高。

4.3 解決措施

根據本泵站基坑土質條件差、支護結構作永久結構且承載力要求高、周邊建筑物離基坑近且工期短等特點。松崗泵站基坑布置在透水性較強、地下水位高的軟弱土層上,周邊緊鄰眾多建筑物,臨河軟弱土層基坑的變形和穩定對建筑安全影響大。可見,為保障基坑自身和建筑物安全,擋土、止水是該基坑工程的核心問題。

結合灌注樁和旋噴樁的優點,采用灌注樁與旋噴樁搭接,形成擋土止水的單排樁結構（見圖2）。若需提高排樁的整體抗側移和抗彎強度,可將單排樁調整為前后雙排樁,通過連系梁把前后雙排樁的冠梁相連,形成門式雙排擋土結構（見圖3）。排樁具有成本低、布置靈活、施工工藝簡單、無擠土、無振動等優點[3]。

圖2 單排樁搭接示意圖

圖3 雙排樁平面示意圖

綜上所述,從基坑的安全、穩定、施工造價經濟、縮短工期、提高基坑施工效率等因素綜合考慮,本基坑采用以鋼筋混凝土鉆孔灌注樁+高壓旋噴樁組成排樁為主要支護形式對泵站基坑進行支護和止水,局部為雙排灌注樁抗側移。基坑支護布置平面見圖4。

圖4 基坑支護布置平面示意圖

5 支護施工及要點

5.1 支護施工順序

場地平整→灌注樁、旋噴樁施工→冠梁施工→基坑土方開挖

5.2 排樁施工要點

旋噴樁與灌注樁施工搭接成排樁需重點處理好樁與樁搭接時施工時間配合問題和旋噴樁的垂直度問題。關于樁與樁搭接時施工時間配合問題。需重點做好旋噴樁與灌注樁施工時間安排,并做好成樁記錄,旋噴樁成樁2 d～7 d間適時開展灌注樁搭接施工,防止搭接施工中旋噴樁未初凝造成灌注樁成樁出現塌孔或旋噴樁強度增強造成灌注樁搭接施工阻力太大。關于旋噴樁的垂直度問題。保障噴射注漿管的允許傾斜度不大于1%,鉆孔位置與設計位置偏差不得大于50 mm,從而保證旋噴樁的垂直度,避免旋噴樁與灌注樁搭接出現止水不良、基坑漏水等現象。

5.2.1 旋噴樁施工要點

本工程采用Φ600 高壓旋噴樁止水,樁長為7 m～12 m,間咬合200 mm,旋噴樁與灌注樁咬合200 mm。旋噴樁采用跳打法施工,工藝為單管旋噴法,施工流程：定孔→鉆機到位→鉆孔至設計標高→高壓旋噴→邊噴邊提升→旋噴成樁。重點施工參數：漿液壓力20 MPa,流量80 L/min,噴嘴孔徑2 mm,水灰比1∶1,旋轉速度16r/min,提升速度20 cm/min,注漿外徑60 mm,固化劑：42.5普通硅酸鹽水泥,摻入比大于25%。

旋噴樁完工后,經對樁土層滲透檢測（滲透系數＜1×10-7cm/s）符合設計要求。采用抽芯法對成樁28 天的旋噴樁進行檢測,樁強度符合設計要求。

5.2.2 灌注樁施工要點

本工程采用Φ800和Φ1000鉆孔灌注樁,水下澆筑C30商品砼。灌注樁施工流程：護筒埋設→鉆機就位→開孔及鉆進→鉆孔檢查、清孔成孔→鋼筋籠的制作及入孔→拼接及下放導管→水下灌注砼。灌注樁重點做好鉆孔、鋼筋籠制作、水下灌注混凝土等關鍵工序的施工質量控制。

（1）鉆孔。在粘性土層中鉆進時,應加快鉆進速度；在易坍孔的砂土、軟土等土層鉆進時,宜采用低速、輕壓鉆進,保證護壁穩固且孔位水平位移≤50 mm、垂直度≤0.5%。

（2）鋼筋籠制作安裝。鋼筋籠采用現場焊接,外徑比設計孔徑小100 mm,主筋保護層為50 mm。同時,將鋼筋籠應平穩垂直吊放入孔,并對鋼筋籠設置防浮鋼管支撐定位。

（3）樁身水下砼灌注。灌注前,導管內先用鐵絲懸掛隔水塞并灌入0.1 m3～0.2 m3的1∶1.5水泥砂漿,再水下灌注砼,導管應插入砼中0.8 m～1.3 m。樁頭頂部混凝土超灌高500 mm,以保障樁頭質量。

5.2.3 樁頂冠梁施工要點

支護排樁完工后開展樁頭開鑿工作,排樁鋼筋與冠梁鋼筋搭接牢固,鋼模板安裝后現場澆灌C30混凝土。

5.3 土方開挖施工要點

土方開挖施工重點做好先撐后挖、逐層分段開挖、嚴禁超挖、土方隨挖隨運,支護樁強度和靜截檢測合格后,采用機械開挖基坑上層土方至冠梁標高,然后澆筑樁頂冠梁。待冠梁混凝土強度達到設計強度后,安裝鋼管內支撐并施加預應力,待預應力強度達到規范要求后開挖土方。土方逐層分段開挖至基坑底板標高以上30 cm,利用水準儀控制基底標高,防止土方超挖。

6 基坑及周邊建筑物變形監測

對泵站基坑及周邊建筑物開展施工變形監測,對位移、沉降變形監測日期為2020年10月26日～2021年7月30日,基坑開挖施工日期為2020年12月26日～2021年7月20日。

從基坑監測相關資料可得,支護結構頂部位移變化量為-2.1 mm～18.4 mm,基坑開挖施工期間位移變化量最大值為18.4 mm,累計沉降值為+0.13 mm～-18.08 mm,基坑開挖施工期間沉降量最大值為-18.08 mm；恒利五金廠監測點累計沉降值為-3.65 mm～-4.39 mm,基坑開挖施工期間沉降量最大值為-4.39 mm；崗梓牌坊監測點累計沉降值為-0.99 mm～-2.56 mm,基坑開挖施工期間沉降量最大值為-2.56 mm；恒峰廠監測點累計沉降值為-1.08 mm～-2.15 mm,基坑開挖施工期間沉降量最大值為-2.15 mm；基坑周邊道路監測點累計沉降值為-8.49 mm～-13.72 mm,基坑開挖施工期間沉降量最大值為-13.72 mm。

從基坑工程監測結果可得,基坑及周邊建筑物監測數據均在規范允許值（±20 mm）范圍內,施工期間未出現較大變形、位移、沉降,實現了支護安全、施工安全的目標。

7 結語

水利泵站基坑支護具有臨河軟土地基布設、支護作永久結構等個性特點,同時也具有受土質、水文、周邊環境共同影響等建筑工程基坑的共同點,基坑支護成敗的核心在于擋土和止水,基坑施工抓住核心問題才能事半功倍。本工程采用排樁基坑支護措施,取得了良好的擋土和止水效果,保障了基坑自身和周邊建筑物安全及泵站項目的順利施工,說明鉆孔灌注樁+高壓旋噴樁組成排樁支護在建筑物密集、施工空間有限且高地下水位的珠三角地區是經濟可行的。