鐵路排水池深基坑處理方案淺析

程世林

（中鐵二十一局集團路橋工程有限公司，陜西 西安 710061）

0 引言

現場南側靠近烯烴鐵路專用線，北側靠近中天合創事故消防池容量50000m3，如放坡坡度較大會影響周邊建筑物，不具備大范圍放坡條件，基坑施工嚴重影響現場施工人員及烯烴鐵路專用線路基道床及行車安全，為保證人員安全及鐵路正常運輸不受水池施工干擾，根據對多種施工方案的經濟性、施工周期性及安全性進行對比確定采用施打I20 型工字鋼進行基坑周邊加固、安全防護。

1 工程概況

中天合創烯烴鐵路排水池工程位于內蒙古自治區鄂爾多斯市烏審旗圖克鎮境內的中天合創烯烴化工廠區。北側靠近烯烴廠區事故消防池，南側靠近中天合創烯烴鐵路專用線，為有效解決烯烴鐵路排水困難問題，經呼和浩特鐵路局及業主相關單位的要求在事故消防池南側增加鐵路排水池，以解決鐵路排水溝及廠區內周邊排水給鐵路所帶來的水害問題，保證烯烴鐵路開通，烯烴產品順利外運。排水池工程為有效容積2000m3的方形鋼筋混凝土水池，水池周邊環境復雜，水池地形土壤為風積沙，風積沙遇水易液化、坍塌，地下水豐富，需進行井點降水。基坑開挖深度為6.5m，容易引起塌方，需要工字鋼防護。對開挖的基坑基礎進行換填處理，基坑開挖后發現底標高位置以下有1.5～2.0m 的軟泥層，并且臨近既有事故消防水池附近都是回填土，基坑基礎需要處理，為保證鐵路排水池施工質量以及運營安全，基礎需要進行處理，換填級配碎石處理軟基礎[1]。

2 施工方案

圖1 工字鋼防護樁施工工藝流程

2.1 測量放線

使用全站儀在作業平臺上方放出基坑位置線，采用白灰灑出鋼板樁內側凈空位置線。

2.2 工字鋼施工

針對工字鋼的施工需要結合現場實況進行測量與設計，根據施工圖及高程放設沉樁定位線→引孔的施工→沉樁位置溝槽開挖1m 深→根據定位線設置沉樁導梁→整修、平整施工機械行走道路→工字鋼插入和預打→挖除地表面1.0m 厚土及放坡→開挖至第一道圍檁位置→設置圍檁及支撐→開挖至第二道圍檁位置→土方開挖→施工至第二道支撐下0.5m 處→填土及拆除第二道圍檁及支撐→施工至第一道支撐下0.5m 處→填土及拆除第一道圍檁及支撐→主體結構施工完成→回填土→拔除工字鋼→在樁的縫隙處用細砂回填密實，在施工過程中采用集水明排和井點降水的方式[2]。

本次工程采用履帶液壓振動錘前端夾鉗，夾起工字鋼一端讓工字鋼呈自由垂直狀態，使用震動錘沿導梁將9m 長工字鋼以相互咬合的方式打入土中，樁頂與地面齊平。振動錘施工中，要注意先將工字鋼以相互咬合方式對好位，先依靠振動錘及工字鋼的自重進行沉樁，待工字鋼沉樁穩定后，使用振動錘開始打樁。

由于工字鋼較長，柔性較大，4m 以下工字鋼下沉采用振動錘自由落體擊打進行沉樁；4～7m 采用人工控制短時間起爆法進行擊打沉樁；7m 以下采用振動錘起爆連續擊打，直至打與地面平。逐根插打到底，從一端開始到最后形成閉合。完成捶打后在工字鋼底部堆碼沙袋避免雨水沖擊鐵路路基[3]。

2.3 基坑開挖

工字鋼施工完畢后，對水池基坑施工區域進行開挖，開挖范圍為內側工字鋼基坑范圍內，采用邊開挖邊支護的方式。基坑上部土體可采用普通挖掘機進行開挖，開挖深度至3m 后進行內部支撐；支撐前采用∠140×90×10 角鋼制作牛腿焊接在豎向工字鋼上，牛腿設在距樁頂面3m，水平間距3m 且頂面水平保持一致，以便于圍檁型鋼的放置；內部支撐采用I20 工字鋼水平放置，進行圍檁支撐，延鐵路方向南側采用地錨鋼管加鋼絲繩支撐加固，圍檁四角采用焊接連接，同時井點降水。

基坑圍檁加固完成后再向下開挖，由于開挖深度較大，下部開挖采用修筑便道再用挖掘機進行開挖。基坑開挖過程中，挖掘機與基坑邊坡的距離大于2m，以防止基坑頂部荷載過大，產生較大土壓力，造成基坑支撐結構受力不均勻。開挖過程中，設專人對挖掘機進行指揮，防止挖掘機碰到樁頭及內部支撐系統[4]。

根據現有現場施工情況，顯示靜止水位埋深為1.0～1.5m，水位標高在1306.600～1306.976m。針對現場進行測量，實際開挖后發現地下水深度在地面以下3m 位置，符合明排水條件，工程選擇井點降水和明排水配合的方式對現場進行排水施工。由于要開挖的排水池南側為中天合創烯烴鐵路專用線及鐵路排水溝，為保證鐵路路基基底安全不受施工范圍場地制約，本次工程采用在開挖時選擇應用工字鋼支護。工字鋼施工需要在土方開挖之前，需要優先對溝槽底部尺寸和相關標高進行設計，根據工程實際情況，需要保證溝槽底尺寸比結構邊線尺寸多出1.5m，測量顯示，水池的溝槽深度最高在8.2m，研究決定一次開挖至設計標高。優先將已經挖出的土方堆放至先前劃分好的溝槽上部位置，運走堆積土方，在距離目標位置120cm 厚時進行分工開挖，避免影響平整性，應用高程控制樁掛線避免超出標高涉及范圍。對于現場開挖后的土方需用自卸汽車外運，避免現場材料堆積影響其他施工工序，基坑回填時再將土方回運。

2.4 基坑排水降水

本次工程施工時間為冬季，當地天氣寒冷，難以保證基坑施工排水降水的有效性，因此工期選擇方面決定延后至第二年3 月份。此時已經完成基坑開挖工序，調查發現的地下水距離地面3.0m，回填土透水性較強，容易塌方。施工的鋼筋混凝土水池，水池周邊環境復雜，南側靠近烯烴鐵路專用線，水池地形土壤為風積沙，風積沙遇水易液化、坍塌，地下水豐富，又處于廠區最低處，鐵路沿線及廠區北側所有地下水都往此處流，施工范圍狹小，井點降水效果不佳，需要采用分坡分級井點降水，東西方向自然放坡，分兩級井點降水布置雙排井點管，基坑分層開挖，每層厚度1.5m，每分一層需要重新插拔井點管，基坑底部采用環形雙排井點管降水，考慮到降水難度大基坑中間需要布置兩排井點管。基坑底部四周設置排水溝，四角設置集水井，并采用大功率污水泵進行抽排水[5]。

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針對鐵路水池底部為保證施工安全，需要進行排水，研究根據施工現場實際情況選擇小型集水坑和明排水溝方式，配合水泵完成排水工作，并在離工字鋼基礎邊緣50cm 位置加設沙袋，在離基礎邊緣50cm 位置開挖積水槽：寬為50cm、深為30cm，利用碎石回填。積水坑根據施工現場需求，分別設置廢柴油桶在東西兩側，并做好筒壁鑿眼處理，在整個開挖過程和溝槽回填規程配合水泵進行持續抽水。若遇到降雨天氣則需要修筑圍擋或覆蓋彩布條。本工程為避免地面水進入溝槽，還在溝槽的兩側設計了圍擋，有效抑制滲水漏水情況。

2.5 基坑基礎處理

基坑開挖后發現底標高以下位置有1.5～2.0m 的軟泥層，并且臨近既有事故消防水池附近都是回填土，基坑基礎需要處理，為保證池子施工質量及以后運營安全，防止基礎沉降需要進行處理，經過多種方案比選最終采取級配碎石換填處理軟基礎，且需換填2.5m 深才能到達未擾動的持力層。

2.6 基坑堵漏

基坑開挖完畢后，對錯位的工字鋼之間的縫隙進行封堵，防止淤泥、流沙涌入基坑中。堵漏采用布袋裝沙土對縫隙進行塞縫處理，缺口較大采用沙袋進行堆碼封堵，不宜采用沙袋封堵的工字鋼同工字鋼焊接進行封堵。直至所有滲漏點全部堵塞完畢，確保后續施工順利進行，待完工后拔出工字鋼即可，工程選擇應用振動捶打的方式對工字鋼進行拔出，為節省材料成本，拔出后還需及時整修，可進行二次利用。

3 工程數量

工程數量如表1 所示。

表1 工程數量

計算過程：

（1）基坑碎石換填。

基坑碎石換填v=（51.94+44.44）×2.5/2×18.5=2187m3。

（2）基坑開挖土方。

基坑開挖土方w 寬=2.7+13.2+6=21.9m；

V=（69.04+51.94）×5.7/2=344.793×21.9=7551m3。

（3）井點降水。

井點降水=51.94×2+21.9×2=147.8/1.5×2=197 根/183d（下層降水）；

井點降水=69.04×2+21.9×2=182/1.5=121×2=242 根/183d（上層降水）；

井點降水=21.9×2/1.5=29.2 根；

197+29.2=226+11=237 根/183d。

4 基坑變形監測的內容及要求

4.1 監測圍護體的沉降與位移情況

為保證施工安全性，需做好對現場圍護體的實時監測，根據現場工字鋼結構和地質情況設置沉降、位移預警值，一旦超出目標范圍或發生較大變化，需及時進行預警，由專人負責監控與上報。

4.2 監測坑底土體、圍護外側土體的變化情況

在特殊地質條件和水文條件下，鐵路排水池深基坑處理后存在土體隆起風險和圍護外側土體剪切破壞風險，一旦出現此類情況會直接影響鐵路施工質量。因此，需要施工單位派遣專人定期進行基坑監測，及時發現風險問題并報告，采取應急措施。

4.3 監測地表開裂狀態

一些鐵路深基坑施工處理后存在地表裂開風險，需要派遣專人進行巡視，觀察地表是否存在開裂，并記錄位置和開裂程度，巡視時間控制為2 次/d，必要時可拍照，對記錄信息進行對比，根據開裂變化程度判斷是否需要采取相關措施。

4.4 監測基坑滲漏情況

鐵路深基坑施工后可能由于滲水量的影響而出現測量壓力增大、縫隙擴張以及土體黏結性降低的情況，對邊坡穩定性不利，需要重點加強對基坑滲漏情況觀測。

4.5 監測次數

鐵路施工隊伍在開挖和圍護階段，由專人負責完成1 次/d 的監測。開挖完工后可減少監測次數，回填后可不用再繼續監測。若在土體、圍護出現位移和沉降情況的階段，需要進行實時連續的監測，保障安全。

4.6 監測報告

做好監測數據記錄工作，保證信息實時性、精準性、全面性，及時向有關部門反饋。

5 結語

鐵路排水池深基坑施工重點在于地下排水情況的檢驗與控制，但過程相對復雜，涉及步驟較多，需要明確詳細施工流程，做好技術交底工作，建立臨時維護結構和安全警示標識，詳細劃分作業范圍，維護現場秩序，建立全天候實時監控模式，確保能夠及時發現并處理危險情況。鐵路排水池深基坑施工完后能夠保證鐵路排水通暢，避免每年7—9 月洪水沖刷鐵路路基，保障鐵路運行安全，為鐵路早日開通奠定了基礎，為項目部節約了施工成本。