城市排水泵站深基坑工程施工技术

摘要:深基坑围护施工是排水泵站工程建设的关键环节，其施工质量直接影响到泵站水下混凝土结构的安全。为此，本文结合工程实例，通过比较三种基坑围护结构设计方案，选取了外护内撑基坑围护结构体系，并围绕此基坑围护设计和施工工艺进行探讨，基坑工程施工取得了令人满意的效果，为类似工程提供借鉴。

关键词:排水泵站；深基坑工程；支护方案比选；水泥搅拌桩；施工工艺

中图分类号：TU74 文献标识码：A文章编号：

排水泵站工程是城市基础设施建设的重要组成部分，担负着排涝、防洪和降低地下水位等重要任务。在排水泵站工程施工过程中，由于大多数泵站位于地下水丰富且埋藏深度浅的地方，泵房和导流渠水下混凝土结构的质量安全容易受到影响，一旦处理不当，很可能影响到泵站整体工程的质量。因此，有必要采取有效的支护技术措施和降水措施来保证排水泵站深基坑工程的施工安全。

本文比较了三种基坑围护方案，包括采用格栅式深层水泥搅拌桩挡墙式支撑挡土的支护方案、采用钢筋混凝土地下连续墙的支护方案和采用外护内撑基坑围护结构的支护方案，经过分析比较，选取了外护内撑基坑围护结构体系。施工结果表明，该围护结构操作简单、效率高、适应性强，完全满足了施工要求。

1工程概述

本工程是一座具有排涝、防洪等重要功能的大型排水泵站。泵站规划建设场地面积为400㎡，泵房及导流渠基坑开挖范围为(长×宽)44.6m×36.4m，开挖深度为4.0～7.3m。经过支护方案比选。

2工程地质条件

根据工程地质条件勘察结果,在基坑开挖深度及影响范围内,地基的主要有以下部分组成: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。

3基坑围护结构支护方案比选

3.1方案简述

(1)方案一。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。配置深井降水系统，并辅以局部井点降水。

(2)方案二。采用钢筋混凝土地下连续墙的支护方案，即为射水法造墙机成槽后，泥浆护壁法浇筑水下混凝土形成地下连续墙，作为深基坑施工围护挡墙，配置深井降水系统，并辅以局部井点降水。

(3)方案三。采用柱列式钻孔灌注桩“外护”支撑挡土及水泥搅拌桩帷幕防渗，“内支”为钢筋混凝土锁口梁、环形梁及支撑杆件，为外护桩的稳定提供足够的支撑力，配置必要的深井降水系统，并辅以局部井点降水。

3.2方案比选

根据表1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)44.6m×36.4m，φ600钻孔桩长15m、φ600水泥搅拌桩长18m。

表1不同形式的基坑围护方案的技术经济比较

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，并且投资相对较省，能从整体上满足要求。

图1基坑地质土层分布图

4基坑围护支护

4.1支护灌注桩长

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):

σa15.0=98kPa，σp15.0=273kPa

∑Eai=188.5kN/m，∑Mai=534kN

Tc=∑Mai/Lc=534/(6.7+1.2-1.2)=80kN/m

Mmax=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

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。桩身混凝土强度等级为C25，配筋8φ18，箍筋φ8@200，加劲箍φ14@2000。桩端为泥质中细砂。

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

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，桩径为φ600，桩距为500mm，搭接长度为100mm。搅拌桩的水泥掺量为15%，水泥搅拌桩芯样无侧限抗压强度(28d)≥1200kPa。

4.3水平支撑体系

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，混凝土强度等级为C25；环形内支撑混凝土强度等级为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，桩身混凝土强度等级为C25，桩底标高等同于支护桩为。

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，基坑距江边仅为b0=100m。矩形基坑等效半径r0=0.29(a+b)=23.5m，降水井影响半径R=2S=369m。

若按潜水完整井计算，基坑涌水量为:Q=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52.9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。

图2基坑支撑混凝土构件平面布置图

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)的混凝土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混凝土制作、浇筑成桩。

5.2水泥搅拌桩施工方法

(1)机械设备选型。采用SJB-1型深层搅拌机及其配套机械。

(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150b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混凝土进入下一循环。

5.4降水井施工方法

(1)施工特点及难度。交叉作业，离江边河道近，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。

(2)施工方案:①降水井点的布置:按设计要求布置降水井26口；②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，位置见图3。

图3测斜管最大平面位移示意图

分别在基坑开挖至1/2，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见图3。从以图3可知最大侧位移发生在9#测斜管，最大位移值为26.3mm

7结语

实践证明，本工程采取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，确保了泵站工程施工总工期能够按计划完成，同时基坑围护结构操作简单、效率高、适应性强，可适用于一些淤泥夹砂地基的泵站深基坑工程施工当中。

参考文献

[1] 杜建文.雨水泵站深基坑施工技术[J].山西建筑.2012年第32期

[2] 王国礼.小议城市排水泵站深基坑支护开挖施工技术[J].大科技.2010年第12期