泵站基坑開挖及支護施工技術(shù)要點淺析

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摘要：完善基礎(chǔ)設(shè)施是加快社會發(fā)展的必要條件，在大部分基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過程中都需要開展基坑施工，因此，基坑開挖以及支護施工備受關(guān)注。隨著施工理念與技術(shù)革新，此類工程的施工水平也得到了大幅提升。本文著眼于泵站基坑施工，以優(yōu)化深基坑技術(shù)應用為目標，對常見的泵站基坑開挖和支護施工的技術(shù)方法進行總結(jié)，然后結(jié)合實際案例簡述技術(shù)應用要點，以供借鑒。

關(guān)鍵詞：基坑開挖；基坑支護；泵站工程；技術(shù)要點

泵站是水利工程的重要組成部分,建設(shè)泵站必須開展基坑施工,而且后者質(zhì)量將會直接影響泵站以及水利工程整體實用性。因此,科學選用施工技術(shù),強調(diào)基坑開挖與支護可靠性成為工作重點。在此情況下,探究泵站基坑開挖以及支護技術(shù)要點,有利于總結(jié)經(jīng)驗、優(yōu)化方法,能為泵站基坑工程現(xiàn)場施工提供有力支持和指導。

1.常見的泵站基坑開挖支護技術(shù)類型

作為泵站工程中不可或缺的一部分,泵站基坑施工的可靠性將直接影響泵站工程整體效益。隨著泵站使用范圍擴大、工程數(shù)量增多,有關(guān)于泵站施工技術(shù)的研究也不斷豐富。實際作業(yè)環(huán)節(jié),泵站基坑開挖以及支護技術(shù)種類極具多樣性,但在使用中卻不能隨意選用。從現(xiàn)實角度來看,泵站基坑開挖與支護技術(shù)選用必須從實際出發(fā),否則極容易出現(xiàn)支護失效的情況,將會對施工人員的生命安全造成威脅[1]。為此,筆者對常見的泵站基坑開挖與支護技術(shù)的種類和實施要點加以總結(jié),以便施工人員可以結(jié)合實際作出合理選擇。

1.1開挖技術(shù)要點

泵站基坑開挖主要依靠機械完成,施工時需要按照工程需求安全、快速地完成土方開挖。泵站屬于水利工程,所以此類工程的基坑開挖以明挖技術(shù)和邊坡開挖技術(shù)為主。1.1.1明挖技術(shù)。開挖泵站基坑前,設(shè)計人員需要先根據(jù)實際需求,選定阻水支護方案,從而避免地下水或土層位移引發(fā)安全風險。明挖技術(shù)具有簡單成熟、高效便捷的特點,是最具普遍性的一種基坑開挖方法。實際作業(yè)環(huán)節(jié),基坑開挖人員需從地表開始向下開挖基坑,開挖深度應該與設(shè)計標高等同；而且,在開挖過程中,應該遵循“邊挖邊支”的原則,確保基坑穩(wěn)定性和地下施工安全性。通常來說,基于明挖法開挖基坑,應先做好基坑排水再進行土方開挖；主要排水方法為設(shè)置排水溝、截水溝、擋水臺、排水井,打造排水管網(wǎng)[2]。為保證技術(shù)應用實效性,土方開挖環(huán)節(jié)施工人員應該按照分層、分段開挖支護的方式作業(yè),實踐中必須嚴守施工順序、高度重視質(zhì)量把控,嚴禁超挖。1.1.2放坡開挖。放坡開挖是一種具有較高安全性的基坑開挖方式,該方法在水利工程施工中十分常用。從本質(zhì)上來看,放坡開挖就是在深基坑邊緣放出足夠邊坡,將直上直下的基坑開挖方式轉(zhuǎn)化為斜坡下挖,從而避免土壁倒塌的一種基坑開挖技術(shù)。通常來說,放坡開挖技術(shù)適用于土質(zhì)條件惡劣的地區(qū),在軟土、砂土等土層穩(wěn)定性差的區(qū)域常采用此方法開挖基坑；而且,施工場地土層含水量高、基坑開挖深度超過3m或基坑周邊建筑數(shù)量多時也可選用此方法來提高施工安全性。需要注意的是,放坡開挖對周邊環(huán)境影響大且對空間開放性要求高。

1.2支護技術(shù)要點

結(jié)合實踐不難發(fā)現(xiàn),泵站基坑施工中開挖與支護技術(shù)需要配套使用,而在支護環(huán)節(jié)既可以選擇單一技術(shù)也可通過技術(shù)合用達到復合支護體系。當前,最為常用的集中泵站基坑支護技術(shù)如下。1.2.1土釘墻支護技術(shù)。土釘墻的本質(zhì)是一種土擋墻,施工時需要以粗鋼筋或角鋼為土釘加固天然土體從而極具穩(wěn)定性的擋墻。作為一種復合土體,土釘墻最大的價值就是保證基坑穩(wěn)定性,有效應用土釘墻不僅可以形成安全可靠的支護結(jié)構(gòu),使邊坡整體穩(wěn)定性和超載承受力增加；更能減少基坑施工的成本支出、噪音振動以及放坡難度。采用土釘墻支護技術(shù)時,泵站基坑施工人員同樣需要采取分層分段“邊挖邊支”方式作業(yè),施工順序如下：①基坑開挖；②邊坡處理；③鉆孔插筋；④注漿鋪網(wǎng)；⑤混凝土噴射；⑥混凝土養(yǎng)護。需要注意的是,應用土釘墻支護技術(shù)必須嚴格控制注漿水灰比（大多為1:3）,強調(diào)鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)環(huán)節(jié)的網(wǎng)片固定間距誤差控制（不超過±30mm）；還必須保證均勻且自下而上地灌注混凝土,結(jié)合實際控制分層噴射厚度并保證養(yǎng)護質(zhì)量。1.2.2土層錨桿支護技術(shù)。土層錨桿施工技術(shù)原理十分簡單,設(shè)計應用環(huán)節(jié)需要先做好基坑圍護結(jié)構(gòu)設(shè)置,然后隨著基坑開挖深度增加不斷在土層內(nèi)部進行錨桿施工。施工中,土層錨桿的兩端應分別與土層和基坑圍護結(jié)構(gòu)相連,這樣可以切實保證支護土層的穩(wěn)定性。對于泵站基坑施工人員來說,使用土層錨桿施工技術(shù)需做好錨桿鉆井,無論是基于沖擊式鉆機、旋轉(zhuǎn)式鉆機還是沖擊旋轉(zhuǎn)式鉆機都可有效成孔；將錨桿插入鉆孔前需做好防腐處理,錨桿插入時需要做好灌漿工作從而使錨桿與土層緊密結(jié)合；確保錨桿穩(wěn)固后即可張拉錨桿,此時可基于千斤頂施工,完成張拉錨固以后開展二次灌漿[3]。1.2.3水泥土擋墻支護技術(shù)。泵站基坑施工中,基于水泥擋墻支護也十分普遍。這種擋墻也被稱為重力式水泥土擋墻,是基于天然土層與固化劑共同形成的復合體,其支護原理與土釘墻支護技術(shù)具有一定的相似性。實際作業(yè)環(huán)節(jié),施工人員可基于高壓噴射注漿法實現(xiàn)原有土層與水泥漿混合,將原本的軟弱土體轉(zhuǎn)化為不易透水、穩(wěn)定性強且致密性強的擋墻。當前,水泥擋土墻種類眾多,格柵形式最為常見；技術(shù)應用環(huán)節(jié),可根據(jù)實際需求選擇是否在樁中添加型鋼。需要注意的是,基于水泥土擋墻支護技術(shù)的軟土基坑施工深度不可超過7m,若土層的初始抗剪強度低或土壤酸性強,則不適宜使用該方法。1.2.4地下連續(xù)墻支護技術(shù)。地下連續(xù)墻具有極強的擋土防滲作用,在土層含水量高的基坑施工中十分適用,所以這種基坑支護技術(shù)在泵站基坑工程中極為常見。從本質(zhì)上來看,地下連續(xù)墻支護就是依托于泥漿護壁技術(shù)打造連續(xù)的地下墻體,使之發(fā)揮截水防滲以及擋土支護作用。通常來說,地下連續(xù)墻適用于深基坑施工,具有整體性、承載力強和靈活性、穩(wěn)定性高的特點,而且施工擾動小、噪音少；不過,這種支護方式并不適用于軟黏土以及巖溶地區(qū),而且施工過程中會產(chǎn)生大量廢土、廢漿[4]。實際作業(yè)環(huán)節(jié),若采取地下連續(xù)墻支護技術(shù)施工,則需要按照如下步驟作業(yè)：①劃分墻段槽孔；②泥漿護壁；③機械鉆孔并插入接頭管；④混凝土灌注；⑤連接墻段。1.2.5排樁支護技術(shù)。顧名思義,排樁支護技術(shù)就是利用排樁形成支護結(jié)構(gòu)從而達到支護效果的基坑支護技術(shù)。在實際應用環(huán)節(jié),排樁的樁型并不固定,單體樁可通過多種形式排列,施工人員可按照實際需求設(shè)定排樁方案。旋噴樁、壓漿樁、灌注樁都是常見的樁型；單樁排列可按照咬合排列、交錯排列、分離排列、雙排樁等形式設(shè)計。從現(xiàn)實角度來看,排樁支護技術(shù)應用環(huán)節(jié),需基于“支護樁+防滲帷幕+土層錨桿”打造系統(tǒng)支護結(jié)構(gòu),以便為深基坑施工提供穩(wěn)定環(huán)境。實踐中,排樁支護施工必須重視單樁連接,只有保證連接可靠性才能發(fā)揮整體支護效果,常用的連接方式是設(shè)置樁頂環(huán)梁

2.泵站基坑工程項目概述

案例泵站為某市雨水泵站工程,主體屬于單層地下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。泵站的占地面積以及設(shè)計規(guī)模分別為3135m2和15.8m3/s。在案例泵站基坑施工環(huán)節(jié),需開挖處面積為1352m2的圓形基坑,基坑9.25m深?；铀闹苡锌盏?也有景觀河道以及車道,但無管線。從實際情況來看,泵站主體結(jié)構(gòu)位于地下,這一鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的參數(shù)如表1所示。施工現(xiàn)場30m深度范圍內(nèi)的土層由人工填土層、淤泥質(zhì)粘土層、粉質(zhì)粘土層組合而成；場地內(nèi)地下水含量豐富,粉土以及砂土層均為含水層,以孔隙潛水作為主要地下水。受到海水和降水影響,地下水位會隨著時間和溫度不斷變化。在本次施工前的地質(zhì)勘探期間,地下水位相對穩(wěn)定,其埋深和標高分別是1.6-2.5m和2.37-3.38m。受水文地質(zhì)條件以及開挖深度影響,本次施工需采用深基坑支護技術(shù),必須高度重視開挖與支護安全性。

3.泵站基坑開挖與支護技術(shù)要點

案例泵站基坑的水文地質(zhì)條件較為特殊,經(jīng)分析不難發(fā)現(xiàn)土壁穩(wěn)定性相對較弱,所以在基坑開挖及支護環(huán)節(jié)必須選擇穩(wěn)定性、支撐力強的支護形式。從現(xiàn)實角度來看,泵站基坑支護深受環(huán)境因素和主體工程因素影響,無論是水文地質(zhì)條件、施工條件、周邊建筑物還是支護設(shè)計依據(jù)、技術(shù)特性還是工程目標,都會對現(xiàn)場施工產(chǎn)生深刻影響。為此,在本次泵站基坑開挖與支護方案選用環(huán)節(jié),施工人員必須高度重視方案必選,強調(diào)因地制宜,做好可行性、安全性、適用性、便捷性、高效性、經(jīng)濟性分析。

3.1方案比選

當前,可選用的泵站基坑施工類型極多。從基坑淺部開挖和支護方面來看,由于施工場地開闊性強、四周較為空曠且地勢平坦,所以極為適合開展放坡開挖。案例工程的基坑開挖深度為9.25m,在放坡開挖深度范圍之內(nèi),該方法既可以保證開挖支護質(zhì)量又能提升施工便捷性和經(jīng)濟性,所以該方法極為適用。在確定泵站基坑深部支護技術(shù)時,可從現(xiàn)有施工技術(shù)中選用單一技術(shù)或融合技術(shù)。在本次施工中,由于基坑深度較大所以水泥擋土墻技術(shù)并不適用（基坑深度不宜超過7m）；而且,施工現(xiàn)場以淤泥質(zhì)土為主,難以鉆孔成孔所以同樣不適合適用土釘墻支護技術(shù)。相比之下,排樁支護技術(shù)以及地下連續(xù)墻支護技術(shù)與現(xiàn)場施工條件較為相符,但后者造價過高所以同樣不適用。從現(xiàn)實角度來看,排樁支護綜合性價比最高,所以施工階段可采用此方法作業(yè)。經(jīng)過方案比選后擬定的泵站基坑開挖與支護方案如下：（1）淺部地層采用放坡開挖方式開挖支護；（2）深部地層采用排樁支護技術(shù)施工。此外,為解決施工現(xiàn)場地下水位高的問題,施工過程中基于降水井進行降水。

3.2基坑開挖

正如前文所言,案例泵站基坑所在地的施工條件極為適合放坡開挖,所以施工人員應先制定施工順序和標準而后有序開挖。為保證施工安全性,可先進行試開挖,基于這一操作可統(tǒng)計開挖速度,并對邊坡留置加以分析。實際作業(yè)環(huán)節(jié),施工人員必須踐行分段分層開挖支護原則,嚴格執(zhí)行“邊挖邊支”規(guī)定。放坡開挖時,可采用島式開挖方法作業(yè),可按照先撐后挖順序施工,而且開挖后應及時回填。土方開挖階段,需確定各步驟的土方開挖深度以及開挖總量：（1）原土4.1m-大沽高程2.7m部分的整體卸土方量以及卸土深度為4389m3、1.4m；（2）下部土方開挖以及減載環(huán)節(jié)共需挖出16160m3土方,按9.25m的深度開挖。施工過程中,所有開挖土方都需運送至臨時搭建的棄土場?；觾?nèi)土方開挖時,需按照順序開挖。本次施工的基坑內(nèi)土方開挖共分為五個步驟,自大沽4.1m開始施工,而后各階段的施工節(jié)點分別為大沽2.7m、大沽0.7m、大沽-1.55m、大沽-3.3m、大沽-6.55m。

3.3基坑支護本次施工選擇

以排樁支護方式實現(xiàn)深基坑支護,在實際作業(yè)環(huán)節(jié)將基于排樁構(gòu)建復合支護體系。施工人員可利用工字鋼擋墻以及環(huán)梁與管樁合用,從而打造出極具穩(wěn)定性的基坑支護體系[5]。為此,本次排樁支護的樁型主要分為管樁和工字鋼樁,為保證單樁有效連接將設(shè)置鋼筋混凝土環(huán)梁。實踐中,選用底面寬144mm、筋厚12.5mm、每米理論重量為73.878kg的40B工字鋼樁,其有效長度以及布設(shè)范圍分別為12m和4.25m（地下）。施工中,管樁與工字鋼樁相鄰,前者在后者內(nèi)側(cè),其有效長度以及樁頂深度分別為14m和5.9m（地下）。為提高內(nèi)支撐效用,混凝土環(huán)梁位于管樁和工字鋼樁頂部。需要注意的是,本次深基坑支護環(huán)節(jié)的降水井位于基坑內(nèi)部,以無砂大口管井形式存在,井徑、管徑以及深度分別為700mm、400mm、12m。為保證泵站基坑支護可靠性,施工人員需要在施工前做好水土荷載計算,并依托于彈性地基梁法、剛性支承連續(xù)梁法、空間彈性地基梁方法、力學簡化方法以及增量計算法實現(xiàn)支護結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析。通過合理計算支護體系整體穩(wěn)定性、工字鋼樁與管樁受力情況、環(huán)梁受力情況確保施工方案的可行性。為保證技術(shù)方案可靠性,施工人員還可以基于FLAC3D模擬基坑施工從而觀察支護效果,為方案調(diào)整以及實踐工作提供指導。在實際作業(yè)環(huán)節(jié),當基坑開挖深度達到2.25m時,可采用自中心向出口的退挖方式作業(yè)；而后應按照一順一丁方式布設(shè)鋼板樁,降水井施工應與土方開挖穿插進行。需要注意的是,放坡開挖以及鋼板樁施工后的內(nèi)卸土形狀應分別為島型和環(huán)狀溝；挖土底面為-3.3m時可進行墊層施工以及混凝土環(huán)梁施工。為避免發(fā)生機械應用引發(fā)的管樁損壞,在清樁（頂部20cm）時刻采用人工方式作業(yè)。

4.結(jié)束語

綜上所述,泵站基坑工程本身具有復雜性和綜合性特點,施工難度大、影響因素多且質(zhì)量安全標準高,一旦出現(xiàn)技術(shù)方案不合理問題就容易引發(fā)事故。對于泵站基坑施工人員來說,明確基坑周邊環(huán)境以及質(zhì)量安全因素,從實際出發(fā)選用適宜的深基坑支護技術(shù),并基于規(guī)范施工與嚴格質(zhì)控保障技術(shù)有效應用至關(guān)重要。

作者:賴清照 單位:中投德創(chuàng)建工有限公司