软基上泵站深基坑围护施工技术

1. 工程概述
泉州市浦西排涝泵站位于泉州市丰泽区灯星村，是一座担负排涝、防洪等综合任务的大型排涝泵站。排涝泵站位于晋江下游防岸防洪堤内侧、浦西滞洪区内，规划建设场地为50×80m，泵房及导流渠基坑开挖范围为（长×宽）44.6×36.4m，开挖深度为4.0m～7.3m。由于泵站三面环水，地下水埋藏浅且补给丰富，为确保泵房及导流渠水下混凝土结构的施工安全和工程质量，必须对泵房和导流渠深基坑进行支护并采取有效的降水措施。采用的基坑围护型式详见下列图3、图5示(即方案三: 外护内撑基坑围护结构)。
2.工程地质条件
根据现场地质勘察结果，在基坑开挖深度及影响范围内，主要地基土的组成自上而下为：①杂填土、②粉质粘土、③淤泥、④含泥细中砂、⑤淤泥质土与中细砂互层、⑥泥质中细砂、⑦砾石中粗砂，地质剖面详见图4，场地各主要地基土物理力学指标如下表1。
该场地的有较为丰富的潜水，场地地下水埋深约2.0～2.5m，主要含水层为含泥中细砂、泥质中细砂、砾石中粗砂。 同时，场地受晋江河水侧向补给，经过对含泥细中砂抽水试验，其渗透系数为35.5m/d。
表1 地基土物理力学指标表

地层名称	重  度 (kN·m-3)	内聚力 C(kPa)	内摩擦角 φ(°)	层 厚(m)
①杂填土	17.0	10	15	1.4
②粉质粘土	20	15	15	0.8
③淤泥	16.0	10	7	0.5
④含泥细中砂	18.5	5	20	7.5
⑤淤泥质土与中细砂互层	17.5	5	20	1.3
⑥泥质中细砂	18.0	5	20	5.6
⑦砾石中粗砂	20.0			8.6

  
 
3. 基坑围护结构设计方案比选
3.1方案简述
方案一简述:采用格栅式深层水泥搅拌桩挡墙式支撑挡土的支护方案，即采用 “格栅状”双排水泥搅拌桩挡墙围护对外挡住边坡土体，在搅拌桩主挡墙内侧的设置被动区搅拌桩挡墙内侧的被动区设置被动区搅拌桩挡墙。基坑围护平面布置如图1示，配置深井降水系统，并辅以局部井点降水。
方案二简述:采用钢筋砼地下连续墙的支护方案,即为射水法造墙机成槽后,泥浆护壁法浇注水下混凝土形成地下连续墙,作为深基坑施工围护挡墙，基坑围护平面布置如下图2示，配置深井降水系统，并辅以局部井点降水。
方案三简述:采用柱列式钻孔灌注桩“外护”支撑挡土及外围水泥搅拌桩帷幕防渗，“内支”为钢筋砼锁口梁、环形梁及支撑杆件，为外护桩的稳定提供足够的支撑力，基坑围护平面布置如图3示，配置必要的深井降水系统，并时辅以局部井点降水。
3.2方案比选
根据下表2不同形式的基坑围护方案的经济技术比选，最终确定基坑围护方案采用方案三，即设计采用“外护内支”的基坑围护体系。围护基坑（长×宽）44.6×36.4m,Φ600钻孔桩长15m、Φ600水泥搅拌桩长18m。#p#分页标题#e#
表2 不同形式的基坑围护方案的技术经济比较

项目                  方案一                  方案二                方案三
一、方案经济比选
水泥搅拌桩(m3)        6943                                            865
钻孔灌注桩(m3)                                                        687
地下连续墙(m3)                                  2429
支撑冠梁钢筋砼(m3)    120                       115                   168
钢筋制安(t)           15                        310                   127
内撑型钢(t)                                     10
造价(万元)            155                       293                   147
二、方案技术经济比选
方案一：止水效果好，水泥搅拌桩工程量较大、施工工序较为简单、工期较长、施工场地占地面积较大，造价较大； 方案二：止水效果好，每孔地下墙接头技术要求高、施工工序较为复杂；需事先进行导墙施工、工效较低、工期较长、施工场地占地面积较小，但造价大； 方案三：止水效果较好，钻孔桩支撑结合水泥搅拌桩帷幕止水，桩基施工技术成熟、结构简单、操作方便、工效高、适应性广、工期较短、施工场地占地面积较小，造价较小。
综合以上分析，最终确定基坑围护方案采用方案三，即设计采用“外护内支”的基坑围护体系，能满足泵站基坑内地下水位以下部分的安全施工围护，以及帷幕防渗止水止砂要求，并且投资相对相对较省，能从整体上满足要求。

4. 基坑围护设计
4.1支护灌注桩长设计
土压力计算时取ZK₂(补勘探孔)作为计算剖面(地面现高程为黄海3.50m)。单撑桩板式结构计算按等值梁法进行，可得（计算过程略）：
σ_a15.0= 98kPa，σ_p15.0 =273kpa
∑E_ai=188.5kN/m, ∑M_ai=534kN
T_c=∑M_ai/L_c=534/(6.7+1.2-1.2)=80kN/m
M_max=80×(2.7+1)-[1.5×(2.7+0.2)+46×1.35+32×0.9]=200KN
桩长为：∑L=6.7+(6.1+1.65)×1.1≈15m#p#分页标题#e#
按照支护体系的内力计算结果，支护桩桩身应满足抗弯和抗剪要求，桩长应满足嵌固深度要求。支护桩设计采用Φ600钻孔灌注桩，桩距1000。桩身砼强度等级为C25，配筋8Φ18，箍筋Φ8@200，加劲箍Φ14@2000。桩端为泥质中细砂(标高为▽-15m)。
施工过程中，应控制桩顶标高，一般按设计标高超浇600mm，在锁口梁施工之前，再凿除超高部分的混凝土至设计标高，超高部分混凝土待强度达到设计强度的70％后凿除。
4.2水泥搅拌桩设计
考虑到水泥搅拌桩的止砂作用，桩端置于淤泥质土与中细砂互层(标高为▽-9.0m)，桩径为Φ600，桩距为500mm，搭接长度为100mm。搅拌桩的水泥掺合量为15％，水泥搅拌桩芯样无侧限抗压强度(28天)不低于1200kPa。
4.3水平支撑体系设计
考虑到基坑长宽比a/b=1.23较小，计算得到的支撑反力为80kN/m，设计采用环形水平支撑体系。
经计算分析，设计锁口梁的断面尺寸为800×600，砼强度等级为C25；环形内支撑砼强度等级为C25，环梁尺寸1000×800，梁内钢筋使用焊接，接头必须符合规范要求。
环形内支撑梁的自重是由通过锁口梁作用到支护桩上，而超出基坑部分的环梁自重则靠垂直支撑灌注桩来承担。
垂直支撑灌注桩两桩径Φ600，桩身砼强度等级为C25，桩底标高等同于支护桩为(标高为▽-15m)。
4.4基坑降水
降水系统设计：a=41m，b=49m，渗透系数k=35m/d，含水层厚度H=23m，水位降深S=6.5m，基坑距晋江仅为b₀=100m。矩形基坑等效半径r₀=0.29(a+b)=23.5m，降水井影响若按潜水完整井计算，基坑涌水量为： =13902m³/d，取单井抽水量为q=600m³/d，需布置的深井数n=1.1Q/q≈26口。
经验算降深S=9.4m>6.5m满足要求。
综合考虑场地的地质情况和地下水补给情况，采用Φ219井管形成深井降水系统，共布置26口深井，并在基坑周边设排水沟或埋设排水管。
5. 基坑围护工程施工工艺简介
基坑开挖之前，钻孔灌注桩及支撑体系（锁口梁）的砼强度应达到设计要求。土方开挖分层分段均匀开挖，并根据支护桩的侧向变形情况，调整开挖速度和顺序,土方开挖到设计标高以上30cm以后，采用人工开挖到设计标高。在土方开挖及地下部分施工期间，对支护桩的侧向变形及周围地面的沉降进行观测,达到信息化施工的效果。
5.1 钻孔灌注桩施工
施工工艺：采用“跳打”，即隔一根桩施工。
施工工艺流程：测量基线布置→局部场地平整→桩 位 放 样→移 机 就 位→埋 设 护 筒→钢筋笼制作、成 孔 施 工、泥 浆 制 备→一次清孔→钢筋笼吊放→下 导 管→二次清孔→质量检查→砼制作、浇注→成桩。
5.2水泥搅拌桩施工方法
5.2.1机械设备选型，采用SJB-1型深层搅拌机及其配套机械。
5.2.2深层水泥搅拌桩施工工艺流程：
定位下沉→沉入到设计要求深度→喷浆搅拌提升→原位重复搅拌下沉→重复搅拌提升→搅拌完毕形成加固体。
5.3环形水平支撑体系施工方法
灌注桩超高部分混凝土在强度达到设计强度70%后凿除，桩中的纵向钢筋应锚至锁口梁顶并做150°弯钩。水平支撑体系锁口梁及水平支撑杆件应放样准确，确保整个水平支撑体系处在同一水平面内。
环形水平支撑体系施工工艺流程如下：
搅拌桩、灌注桩施工后强度达70%→测量放样→砍桩→开挖土方→安放钢筋→支模板→浇捣砼→进入下一循环。
5.4降水井施工方法
5.4.1施工特点及难度
交叉作业,离晋江河道近，周围为水塘，地下水来量大；有搅拌桩帷幕止砂；施工季节处于雨季，地下水位高。
5.4.2施工方案
⑴降水井点的布置：按设计要求布置降水井26个。
⑵降水井施工工艺流程：测放井位→钻机就位→钻孔→清孔→下井管→填绿豆砂→洗井→置泵抽水→抽水试验→检验出水量是否符合要求。
6 施工效果
在泵房、导流渠基坑外围按设计要求布设了9个测斜孔，进行基坑施工期围护桩的位移检测，位置如下图6所示：

5

6

                。      。#p#分页标题#e#

14. 8

7

23.4

4. 3

2. 3

              。         。

8

。

。

4

4. 0

            
。

18

8

3

9

10

26. 3

            。                    。

10. 5

                       。        
 

2

1

。

                             。           
图6  测斜管最大平面位移示意图
分别在基坑开挖至一半，到设计开挖深度时的位移监测，观测测斜管最大平面位移值如图6所示。从以图6可知最大侧位移发生在9#测斜管，最大位移值为26.3mm＜允许值35mm。在基坑开挖到基底，尚未浇筑砼垫层前，之后位移趋于稳定，完全满足施工要求。整个基坑围护暴露在外历时达3个月，施工期间正值7～9月雨季，经受了暴雨考验，基坑围护工程均安然无恙。
7 结束语
泉州市浦西排涝泵站深基坑围护工程施工工期2个月，占整个泵站工期10个月的20%，是整个泵站工程施工的重要一步；由于选择了外护内撑式的基坑围护体系，没有影响基坑以外的其它附属构筑物的施工，整个泵站工程各个附属构筑物能够穿插进行，确保了泵站工程施工总工期能够按计划完成，说明浦西排涝泵站基坑围护工程施工是成功的。
该泵站深基坑围护结构简单、操作方便、工效高、适应性广，为泵站软基上的深基坑施工提供了充足的时间。外护内撑式的基坑围护造价主要为钻孔桩及水泥搅拌桩，工程投资相对较省，采用水泥搅拌桩帷幕防渗效果较好，适用于沿海淤泥夹砂软土地基的泵站深基坑围护施工。#p#分页标题#e#
参考文献
[1] 《基坑工程施工手册》刘建航、侯学渊，北京，中国建筑工业出版社，1997。
作者简介：温德源（1972-），男，福建泉州，工程师，从事市政工程施工与管理工作。