污水处理厂深基坑排放泵房基础的支护

［摘要］南京市江心洲污水处理厂扩建工程一雨污水泵房泵室基坑施工时的方案比较和最终施工方案确定。泵室埋深8.5m，地下水含量丰富，且在基坑开挖深度范围内为软弱复杂土层。施工时，在基坑内、外采用两层管井井点降水，对夹层土中的地下水采用轻型井点降水，同时对基坑边坡采用土钉支护，获得成功。

［关键词］复杂地质；深基坑；管井降水；土钉(喷锚网)；支护

［中图分类号］TU753.4　［文献标识码］A　［文章编号］1727-5123(2011)03-074-03

南京市江心洲污水处理厂扩建工程――雨污水泵房由阀室和泵室两个单体组成，其中阀室基础底板尺寸为25.25x7 m，开挖深度1.8m；泵室底板平面尺寸为23.4x9m，泵室工程为天然地基，其持力层为粉砂层。现场自然标高8.100m，基坑土方开挖至标高-0.4m，开挖深度8.5m，属深基坑施工。两个单体相距2.5m，位于江心洲腹地，隶属长江冲淤积――江心洲地貌单元，系长江新近冲淤积堆积而成的心滩。

1　工程地质、水文地质以及现场条件

1.1　场地工程地质特征。根据工程勘察地质报告，泵室深基坑土方开挖深度范围内，土层分布情况复杂，且软弱土层较多；其中开挖深度约4.20m左右时，遇2～3夹层(粉土夹砂层)，平均层厚1.5m，为透水层；该夹层下为2～4层(淤泥质粉质粘土层)，平均层厚2.0m，为微一不透水层；基底持力层为2～5层(粉砂层)，平均厚度5.0m，为透水层，因此应采取措施将该夹层中的地下水予以排除，以免影响边坡稳定。

1.2　场地地下水特征及水位。拟建场地位于江心洲，其西北为长江主航道，东南为长江叉流夹江，长江水位年平均标高5.00m左右，年最高水位多年平均值8.20m。

地下水由上部孔隙潜水与下部微承压水组成，受大气降水及地表水入渗补给，水量充沛。孔隙潜水与下部微承压水之间无良好隔水层，并与江水水力联系密切，其水位相近，地下水位动态受季节变化影响明显。

泵室深基坑施工期正处于雨季(5～7月份)，场地地下水位平均标高约维持在+6.80m左右，又逢长江水位上涨期间，且经常伴有雷阵暴雨。

从上述情况不难看出，降水施工是本工程深基坑施工突出的重点和难点，必须认真研究施工方案，严格进行施工管理，以确保泵室池体施工的顺利进行。

1.3　现场条件。泵室施工场区较为平坦，场地平均标高约为8.100m，周围20m范围内无任何建筑物，距泵室西侧40m左右为农村鱼塘，水位较高。

2　基坑支护方案

雨污水泵房基坑是江心洲污水处理厂扩建工程中开挖深度最深的基坑。鉴于江心洲的地质及环境条件，开挖净深度8.5m的基坑难度很大，如果开挖时考虑不周、方法不得当，将会给后续施工带来很大的困难。如何做好深基坑的支护，保证基坑开挖后的施工正常进行，根据现场条件，拟订了四种方案进行比较：方案一、深层搅拌桩+H型钢(图一)

施工说明：①先将雨污水泵房场地挖至阀室底板标高一2.5m(绝对标高)，预留200mm厚，防止阀室部位底板地基扰动。②在泵房部位深基坑边做支护，先打入H型钢桩，一根与一根之间扣紧，钢桩长9m，嵌入土层3m，再打入深层搅拌桩(双轴)，水泥掺入比14～1 5％，深搅桩嵌入土层6m。⑧基坑排水：在基坑周边做砖砌排水沟，用潜水泵抽水，坑顶做砖砌排水沟。方案二、深层搅拌桩与放坡结合(图二)

施工说明：①本方案考虑将深层搅拌桩截水、H型钢挡土相结合，尽量减少使用型钢，便于施工操作，单排深层搅拌桩维护三边，采取放坡挖土，临近阀室一侧采用双排深层搅拌桩，外侧用H型钢起支护作用，目的是使阀室部位的地基不扰动。②先将雨污水泵房场地挖至阀室底板标高-2.5m(绝对标高)，预留200mm厚，防止阀室部位底板地基扰动。③在泵房部位深基坑边做支护，先打入H型钢桩，一根与一根之间扣紧，钢桩长9m，嵌入土层3m，再打入深层搅拌桩(双轴)，水泥掺入比14～1 5％，深搅桩嵌入土层6m。④基坑排水：在基坑周边做砖砌排水沟，用潜水泵抽水，坑顶做砖砌排水沟。方案三、深层搅拌桩(隔栅式)(图三)

施工说明：①基坑支护采用八排深层重力挡墙的帷幕体系和全降水处理方案。②深层搅拌桩内外两排各插1日1 2螺纹钢筋加强，其中内层插筋长6m，外层插筋长12m。⑧深层搅拌桩桩顶设压顶梁，梁宽4.2m，厚0.30m。④降水：基坑降水采用10口管井降水，井位沿基坑深层搅拌桩外边线均匀布置。管井井径Ф360/300，井深20m，上部12m为水泥井管壁，下部8m为滤水管管井成孔孔径Ф600，井管外填滤料(绿豆砂)。

3　方案比较

采用方案一和方案二，基坑开挖面积小，能节省施工作业面，但是这两种方案不能很好的解决边坡稳定性的问题，而且在江心洲这种地质条件下也没有采用这两种方法施工深基坑的经验，所以不能盲目使用。采用方案三，基坑开挖面积小，能节省施工作业面，但造价高，工期长。关键的问题是江心洲地质条件复杂，开挖深度超过3m就进入粉沙层，且流动性大，这种地质条件是不利于深层搅拌桩施工的，一旦上述三种止水帷幕失败，将对整个污水厂工程造成极大的影响。因此，决定采用基坑大开挖与边坡挂网喷浆结合管井降水、井点降水的方案。

4　具体深基坑降水及支护方案

根据工程地质、水文、现场条件及基坑开挖深度，经反复研究确定本工程深基坑降水及支护方案：采用两层管井降水和一层轻型井点降水、二级放坡开挖、边坡土钉(喷锚网)支护。

基坑内、外均采用Ф600mm管井降水，按1:1二级放坡进行大开挖，边坡采用土钉(喷锚网)支护，其中2-3夹层(粉土夹砂层)

由于本工程工期紧，且基底持力层为较厚的粉砂层，采用管井降水能及时高效的将该土层中的地下水排除，可以满足降水深度要求，使基坑土方开挖得以顺利进行，且随着时间的推移，能有效使软弱土层的土体强度得到明显加强。采用轻型井点降水，可将夹层中的地下水排除，从而使基坑边坡稳定得到加强。此外，本工程基坑边坡分布有较厚的软土土层，采用锤击钢管钉并在钢管钉中高压注浆，使得土体硬化，从而有效地确保了边坡的最终稳定和安全，避免坍塌事件的发生，且土钉支护可随土方开挖进行施工，周期短，有效地确保了工期要求。

5　深基坑降水施工

5.1　管井及轻型井点降水系统的安装施工。本工程管井直径Ф600mm，共侣口，设计井深16m，其中上部4.0m为混凝土井壁管，下部12m(共三节)为滤水井管，井管直径Ф300mm／360mm，成孔直径Ф600mm。①管井施工程序：井点测量定位一钻机就位一成孔一成井一洗井一试抽一抽水系统安装一正式降水一降水完毕一封井。施工时，必须按照施工程序及质 量标准进行，尤其是严格控制成井及洗井质量。②成井：成井质量是降水施工成败的关键。成井包括井管下沉和回填砾料，成孔采用回转式潜水钻机进行成孔，成孔孔径为Ф600mm；成孔后立即安装井管，其中滤水井管外包滤网布必须仔细检查，以免影响出水效果。③洗井：洗井是成井工序中重要一道工序，管井降水能否发挥作用，取决于洗井质量。洗井采用空压机清洗滤水井管，在填砾石后立即进行，以防井壁泥质硬化，造成洗井困难；洗井直至满足洗井前后两次抽水涌水量差小于15％，洗井后井内沉渣不上升或基本不上升，方能认可满足要求。④抽水系统安装：管井抽水水泵采用OX-6-18-0.75-25(代号-流程一扬程一功率一管径)深井潜水泵，每口管井内安装一台；整个管井系统供电线路设成双线路，避免中途意外停电或发生故障时，造成水淹基坑，引起边坡坍塌。⑤轻型井点系统安装：本工程基坑周围布置3台套轻型井点系统，进行2-3层(粉土夹砂层)中地下水的降水，井点管长度6.0m(包括滤水管长)，间距1.2m，井点管插入2-3层土中。⑥观测井系统安装：基坑四周各设一观测井，位于每侧坡顶中心外4m处，孔径150mm，深12m，孔中下入Ф100mmPVC管，空隙处投入滤料。

5.2　降水施工。本工程基坑布置了12口管井，坑内布置了6口管井，在土方开挖完成前，18口井同时抽水，7天后，地下水位降至地表以下5m左右，故第一层土方开挖可以顺利进行，降水12天后，地下水位降至基坑底面以下500mm，从而确保了整个基坑挖土和护坡的顺利施工，当基坑挖土和护坡完成后，基坑内6口井抽水成为主要降水井，而基坑的管井降水就成为辅降水井。另外，本工程基坑布置了3套轻型井点降水系统，当完成2～3夹层中的地下水降水后，出水量有所减少，随着降水的进行，到后期，仅靠鱼塘一侧的降水系统仍不断抽水，其它2套降水系统视情况间断抽水即可满足降水要求。

6　深基坑边坡土钉支护施工

根据已确定的支护方案，经设计计算及相关规范规定要求，本工程深基坑采用1:1二级放坡进行土钉(喷锚网)支护设计，具体设计如图5所示。

6.1　土方开挖。土方开挖分三次进行：第一层开挖深度为4.20m，随挖随支护；第二层开挖深度为1.50m，以便进行二级边坡第一排锤击钢管操作，待该部位锤击钢管、二次压入注浆完成，进行第三层深2.80m的土方开挖、支护施工。6.2一级边坡土钉支护施工。随一级边坡土方开挖进行，人工修坡，根据设计要求，采用人工锤击Ф14mm钢筋，推进土层中，分段锤击钢筋完毕，及时铺设单层(60x40x2mm)钢板网，喷射80mm厚C20混凝土，一次喷射完成。

6.3　二级边坡土钉支护施工。二级边坡土方第一次挖深1.50m，满足第一排锤击钢管操作面时，进行第一排钢管锤击施工。锤击钢管采用空气锤施工，该段施工完成，进行下面深2.80m土方开挖，进行下面两排锤击钢管施工。分段锤击钢管完毕，向钢管中压入水泥浆，水灰比为0.5，水泥用量不少于50Kg／m，钢管端部用双向通长2Ф14mm钢筋与钢管焊接连接，隐蔽验收后挂网喷混凝土面层。

7　施工中遇到的问题

7.1　本工程土方开挖至设计标高－0.400m(即挖深8.50m)，基坑底部13～18#共6口管井涌水量突然增大，主要是该基坑降水时间正逢长江水位上涨，故原设计的QX-6-18-0.75-25(代号-流程-扬程-功率-管径)深井潜水泵抽水已不能满足涌水量大的降水要求，因此及时更换为QY-15-26-2.2-50(代号-流程-扬程-功率-管径)深井潜水泵，使地下水快速有效的降到了要求的深度，使本工程钢筋混凝土池体施工得以顺利进行。

7.2　在本工程池体施工过程中，至土方回填完成前，共经历四场暴雨，其中一次为50年－遇的特大暴雨，使得深基坑的池壁外侧有大量积水，在其西侧农村鱼塘水位维持在7.50m左右，对基坑的边坡稳定造成极大危险，因此及时使用4台Ф100潜水泵，配合深井泵将基坑的积水排除，避免了基坑不被雨水长期浸泡，使其处于干燥状态，加之土钉支护的有效作用，使边坡保持了稳定，使施工得以顺利进行。

8　几点体会

8.1　本工程深基坑按照大井法、承压非完整井计算管井降水，群井井点系统理论计算的总涌水量(Q群)虽然略小于基坑总涌水量(Q总)，但在泵室池体施工过程中，实际降水效果满足了施工要求；因此本工程深基坑的涌水量计算，按照承压非完整井计算管井降水的方案是可行的。

8.2　在地下水源特别丰富，且土质条件情况很差的深基坑施工中，可以优先考虑设置双排管井井点降水方案。

8.3　当基坑底标高以上的夹层中，存在厚度相对较为均匀的粉土夹砂层，且透水性较大，但厚度和埋深均不很深时，可采用轻型井点进行降水，与里层和外层的管井降水相配合，可以起到良好的降水效果。

8.4　深基坑施工中，当地下水极其丰富，土质条件复杂，且处于长江江心，施工期又逢雨季和汛期，采用内外两层深管井降水、浅层轻型井点降水和土钉墙支护方案的配合应用，是确保复杂地质条件下深基坑施工的有效办法。