某污水廠粗格柵及進水泵房基坑支護設計

許鳳光

為滿足城市污水處理要求,某市在郊區新建一污水處理廠,由于該工程中粗格柵及進水泵房開挖深度為8.0 m～10.4 m,而且工期制定極為緊張,因此對粗格柵及進水泵房的基坑支護成為該污水處理廠的控制工程。本文以該工程為例,對特殊條件下基坑支護設計與施工應用進行了探討。

1 工程概況

該污水廠粗格柵及進水泵房平面布置如圖1所示,圖1中所標為基底絕對標高,該處地面標高為25.450 m,粗格柵及進水泵房基坑開挖深度分別為8.05 m和10.40 m;進水泵房北側擬建為細格柵間,該建筑物為獨立柱基礎,基底埋深1.65 m,與進水泵房相距僅2.7 m。該工程場地位于城郊空曠區域,周圍無其他建(構)筑物和地下管線影響。

2 工程地質與水文地質

根據場地的巖土工程勘察報告,該場地地層主要為第四系黏性土、粉土組成,地表分布有0.30 m～0.40 m耕土為耕地,地形基本平坦,現對基坑支護設計有影響的土層詳述如下:①耕土:黃褐色,可塑,稍濕,主要為黏性土,含植物根系,土質較松散。厚度0.20 m～0.80 m,平均0.46 m。②粉土:褐黃色,稍密,稍濕～很濕,含氧化鐵及云母片,搖振反應迅速,無光澤反應,干強度低,韌性低。厚度0.70m～4.90 m,平均2.60m,層底埋深2.20 m～6.00 m,平均 4.96 m。②-1粉質黏土:黃褐色,可塑,含氧化鐵,局部夾黏土薄層,無搖振反應,稍具光澤反應,干強度中等,韌性中等。厚度0.50 m～4.20 m,平均1.93 m。③粉質黏土:黃褐色,可塑,含氧化鐵,無搖振反應,稍具光澤反應,干強度中等,韌性中等。厚度0.50 m～2.60 m,平均 1.42 m,層底埋深 5.00 m～7.30 m,平均6.41 m。④粉土:褐黃色,稍密～中密,濕,含氧化鐵及云母片,搖振反應迅速,無光澤反應,干強度低,韌性低。厚度0.40 m～2.00 m,平均1.01 m,層底埋深7.00 m～8.20 m,平均 7.42 m。⑤粉質黏土:灰褐色,可塑,局部軟塑,含有機質,偶見粒徑0.5 cm姜石,無搖振反應,稍具光澤反應,干強度中等,韌性中等。厚度1.50 m～4.00 m,平均2.59 m,層底埋深9.40 m～11.00 m,平均10.01 m。⑥含姜石粉質黏土:灰褐色～棕黃色,可塑～硬塑,含粒徑0.5 cm～3 cm姜石2%～5%,局部富集含量較高,無搖振反應,稍具光澤反應,干強度中等,韌性中等。厚度5.80 m～10.30 m,平均 8.08 m,層底埋深18.10 m～20.50 m,平均19.40 m。以下土層情況此處省略,同時,根據勘察報告,場地地下水為第四系孔隙潛水?？辈炱陂g,測得鉆孔內靜止水位埋深為2.40 m～3.10 m,平均值2.71 m。

3 基坑支護設計

3.1 總體方案確定

該基坑支護設計主要涉及兩個重要問題:

1)由于該基坑四周無建(構)筑物和地下管線影響,因此可以考慮采用直接放坡并掛網噴護,但是基坑部分位置開挖深度超過10 m,且場地土層以可塑為主,還有部分土層為軟塑,因此是采用一個坡度還是采用不同的坡度以及是否需要再結合進行土釘支護,以上問題在進行放坡設計時需要謹慎確定,另外需要注意坡度過大也會造成土方量大增。

2)該基坑工程另一個重點是進水泵房北部將要施工細格柵間,該結構物距進水泵房僅2.7 m,若進水泵房北側邊坡放坡開挖,只有在該基坑回填之后方可進行細格柵間的施工,從而影響細格柵間的施工進度;另外,細格柵間為獨立基礎框架結構,該結構將同時位于基坑回填土和原狀土之上,極易造成不均勻沉降,導致上部結構開裂。

針對該基坑設計中以上兩個重點問題,依據安全第一、經濟合理、技術先進的原則,經綜合考慮,制定以下基坑支護方案,其總平面圖如圖2所示。該基坑工程共分為3個支護剖面,1—1剖面為粗格柵部位,2—2剖面為進水泵房東西兩側剖面,3—3剖面為進水泵房北側剖面,其中1—1剖面和 2—2剖面均采用放坡支護,3—3剖面垂直開挖,采用超前支護微型樁加復合土釘支護。為避免基坑開挖陽角出現,將粗格柵與進水泵房交角部分挖除,基坑開挖底邊線如圖2所示。

3.2 深基坑放坡支護方案

該基坑1—1剖面和2—2剖面支護方案相同,區別僅是2—2剖面深度增加了2.4 m,此處以2—2剖面為例介紹深基坑大放坡支護方案,其支護剖面如圖3所示。

該方案首先對上部3.5 m土體進行 1∶1放坡,放坡后設置一寬度2.0 m的平臺,進一步消減上部土方荷重,對下部土體按照1∶1.2進行放坡,根據計算能夠滿足基坑整體穩定性安全系數。雖然該場地土質以可塑粉質黏土和粉土為主,經過基坑降水,土體抗剪強度能夠稍微提高,使基坑安全可靠度進一步增強。

3.3 微型樁復合土釘支護方案

為了不影響該基坑北側細格柵間的施工,或者影響細格柵間地基質量,對進水泵房北側邊坡采用垂直開挖,由于基坑開挖深度達到10.4 m,采用柔性支護,即微型樁復合土釘墻支護方案。

除去施工工作面,基坑北側已基本無放坡空間,故采用微型鋼管樁聯合復合土釘進行支護,鋼管樁樁徑220 mm,內置直徑89 mm鋼管,采用鉆機成孔后注漿方式施工。共布置6排土釘(錨桿),其中第二排為預應力錨桿,采用型鋼作為腰梁,約束邊坡的整體變形,該預應力錨桿能夠對邊坡施加一定的主動約束,進一步增強基坑邊坡的穩定性。

4 基坑降水設計

由于該場地靜止水位埋深為2.40 m～3.10 m,需進行降水施工。根據現場條件,周圍無建(構)筑物,可以采用管井降水,降水后的地下水位距離基坑底不小于0.5 m。粗格柵及進水泵房基坑共布置降水井17眼,基坑外側12眼,基坑內側疏干井 5眼;降水井水平間距10 m,降水井深度20 m,周邊部位的降水井中心布置在基坑頂部1.0 m處,基坑內部降水井中心距內側支護邊緣0.5 m。降水管井成孔直徑700 mm,濾管采用內徑400 mm的無砂水泥濾管,濾料采用直徑5 mm～10 mm的干凈石子,井底密封。井口高出現場地坪200 mm,降水井上部1 m處用黏土填充夯實,井孔、井管間空間用石硝或中砂填充密實,下井管要連續及時,填充完成后及時抽水洗井,補充填充料防止井口塌陷。沿基坑內部周圍設置排水溝,其尺寸為300 mm×300 mm,內填碎石,沿基坑四周每10 m設置一集水井,尺寸為500 mm×500 mm,井深不小于1.0 m。

5 結語

基坑支護設計不僅需要考慮其周圍建(構)筑物情況及地質情況,還需要結合相鄰建筑的施工工期和對地基的要求,保證同時開工的建筑物都能順利施工。通過該污水廠粗格柵及進水泵房基坑支護設計,充分體現了因地制宜,深基坑大放坡方案中設置中間平臺、采用二級放坡,垂直開挖采用超前支護微型樁復合土釘支護,以上支護方案經實際施工表明,基坑邊坡穩定,保證了細格柵間的正常開工和地基基礎安全,同時滿足了該污水廠整體施工工期要求,可為類似工程提供較好的借鑒作用。

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