沿海地下建筑物基坑降水開挖及支護

王金超，劉 偉

（1.中國水利水電第十三工程局有限公司，天津 300384；2.山東省膠東調水局膠州管理處，山東 膠州 266300）

也門穆卡拉弗瓦哈城市污水管網工程，位于弗瓦哈市南部，距海邊最近的施工區域離海岸線僅10余米。施工內容包括長度約70km的uPVC污水管道鋪設及2963個人孔井的制作、安裝；兩個污水提升泵站的建造及設備安裝。兩個污水提升泵站為20 A,20B，位于沿海公路和海岸之間，泵站所在位置的地下水位在高程1.3m左右，海面水位平均高程為1.4m。根據地質勘探報告，泵站處的地層主要為細粉沙并有少量礫石層夾在其中。該處氣候干燥、降雨偏少、多風。

1 施工特性分析

1）基坑開挖難度大：泵站20A和20B的地面高程分別為6.1m和4.8m，泵房開挖深度分別達9.1m和8.5m。因泵站的土質為細沙，加之地下水位高很難直接開挖成型，需采取支護和降低地下水的措施。基坑支護與開挖需交叉進行，較深基坑土用挖掘機直接開挖，自卸車配合外運。

2）采用井點降水法降低地下水位。該方法是在基坑的周圍埋下深于基坑底的管井，每個井單獨抽水，使地下水位下降形成一個降落漏斗，并降低到坑底以下0.5～1m，從而保證可在干燥無水狀態下挖土，不但可防止流沙、邊坡失穩等問題，且便于施工。

3）采用鋼板樁作為支護結構。鋼板樁適用于軟弱地基和地下水位高的地區。

2 基坑降水施工

根據地質勘探報告，泵站現場地質為均質細沙，土質松散、灰色，表面土料濕潤，地下水位以下土料飽和。經勘查分析泵站20A和20B處的土壤滲透性很高，故采用井點降水的方式進行降水，濾水井管采用無砂管井。無砂管井布置簡單，可一次到位，不用重復布井，且排水管路對場內施工道路影響較小。

2.1 基坑涌水量計算

本工程屬于均質含水層潛水非完整井，近河基坑降水，含水層厚度很大，涌水量按下列公式計算：

式中Q為基坑涌水量；k為土壤的滲透系數；s為基坑水位降深；l為井中水深；b為海水至基坑斷面中心的距離；r為基坑等效半徑。

按照上述公式進行基坑涌水量計算時，涉及到基坑等效半徑r如何確定的問題。因本工程基坑為矩形，其等效半徑可按下式計算：

式中a、b分別為基坑的長短邊長（m）。經計算，基坑的最大涌水量為32.8m3/h。

2.2 降水井結構設計

井管采用無砂混凝土濾水管，管外徑520mm，管內徑420mm，無砂管井采用粒徑為5～10mm的細卵石加水泥按6∶1左右比例預制，強度大于2MPa，每節長1m左右。

2.3 降水井的布置

根據計算的基坑最大涌水量，降水井按圖1形式布置，以滿足降水需要：無砂管井布置在基坑外圍，間距為10m，共6口井，降水井深度為13m。

圖1 泵房降水井平面布置圖

2.4 水泵型號及數量

本工程中水位降深要求約在5m，故水泵選用型號為IS8050200的潛水泵，其功率3kW、揚程25m、流量20m3/h。按每口井配備1臺水泵，基坑最大涌水量為32.8m3/h，6臺潛水泵總抽水能力達120m3/h，考慮到抽水時的不定因素、海水水位變化及管井的現場布置情況，潛水泵的抽水能力完全可以滿足降水需要。水泵放于降水井管內，距井盤底座約0.5m，用鋼絲繩或粗麻繩固定于井面，通過4寸水籠帶將水從井中提到地面排掉。

2.5 降水井的施工

本工程中采用沖擊式成孔鉆機沖擊成孔，泥漿護壁，鉆孔直徑≥無砂管井的直徑+20cm，孔口設置護筒，以防孔口塌方，并在一側設排泥溝、泥漿坑。成孔后立即清孔，并安裝無砂管井，下入的第一口無砂管井井底用混凝土封住，管井與管井接頭處用土工布包裹，接頭外面夾木板用10號鉛絲扎牢，以免接縫處擠入泥沙淤塞管井。管井與土壁之間用3～15mm粒徑碎石填充作為過濾層。地面以下0.5m范圍內用黏土填充夯實。安裝水泵前，采用灌入稀泥漿用吸水泵抽出置換的方法沖除沉渣，直到井管內排出的水由渾變清，達到正常出水量為止。

2.6 降水運行管理

管井施工完成后，對管井設置明顯標志，以防破壞。投入正常運行后，盡量做到不停機，不使水位反彈。降水井設專人管理，定時檢查降水井水位和水泵運行情況。如有異常情況，立即進行處理。降水井運行完畢后進行封井，井內回填砂料、灌水使其密實。

3 鋼板樁施工

本工程中采用拉森式（U形）鋼板樁。

3.1 施工準備

1）一般要求。鋼板樁的設置位置應便于基礎施工，即在基礎結構邊緣之外并留有支、拆模板的余地。鋼板樁的平面布置形狀，應盡量平直整體，避免不規則的轉角，以便充分利用標準鋼板樁和便于設置支撐。鋼板樁施打前，應將樁尖處的凹槽底口封閉，鎖扣應涂油脂。

2）鋼板樁檢驗。主要進行外觀檢驗包括表面缺陷、長度、寬度、高度、厚度、端頭矩形比、平直度和鎖口形狀等項內容，檢查中要注意：對打入鋼板樁有影響的焊接件要予以割除；有割孔、斷面缺損的予以補強；鋼板樁有嚴重銹蝕的予以剔除。

3）鋼板樁的矯正。鋼板樁的矯正有:①表面缺陷矯正；②端部矩形比矯正；③樁體撓曲矯正；④樁體扭曲矯正；⑤樁體截面局部變形矯正；⑥鎖口變形矯正6種方法。

4）鋼板樁吊運及堆放。裝卸鋼板樁宜采用兩點吊，吊運及堆放時應注意保護鎖口免受損傷。

3.2 鋼板樁施工

1）打樁機械的選擇。鋼板樁常采用錘擊打入法、振動打入法等施工方法。根據不同的施打方法應采用相應的打樁機械。在選擇打樁機械型號時，應考慮工程地質，現場作業環境，鋼板樁形式、重量、長度、總數量等具體條件，以便選用機械適用、經濟、安全。本工程采用錘擊打入法，振動錘選用DZ30振動錘，鋼板樁吊起設備選用16t吊車。

2）鋼板樁的打設:鋼板樁打設樁頂標高按±100mm控制，板樁軸線偏差按±100mm控制，板樁垂直度按1%控制。打設時先用吊車將鋼板樁吊至插樁點處進行插樁，插樁時鎖口要對準，每插入一塊即套上樁帽,輕輕加以錘擊。在打樁過程中，使用吊垂保證鋼板樁的垂直度。

3）轉角和封閉合攏:鋼板樁的轉角和封閉合攏采用騎縫搭接法，利用選用的鋼板樁作閉合板樁，打設于板樁墻閉合處。閉合板樁應打設于擋土的一側。

4）問題處理:在砂層中打樁時出現的問題主要為阻力過大不易貫入，原因主要有兩方面，一是在堅實的砂層中沉樁，樁的阻力過大；二是鋼板樁連接鎖口銹蝕、變形，入土阻力大。對第一種情況，拌以高壓沖水，不要用錘硬打；對第二種情況，加以除銹、矯正，以減少阻力。

5）鋼板樁拔除:鋼板樁拔除采用振動錘，16T吊車配合使用。基坑內建筑物施工結束后，鋼板樁與建筑物間空隙用開挖料進行回填，盡量使鋼板樁兩側土壓平衡，有利于拔樁作業。拔樁后，灌水密實回填料。

4 土方施工

降水井施工完畢后即可開始基坑開挖工作。

1）上層土方開挖:地面以下2m的土方采用推土機推出基坑開挖線外即可。

2）深層土方開挖:用挖掘機開挖，15T自卸車外運的方法進行。基坑土方開挖時，協同鋼板樁支護一同進行，并時刻注意觀察基坑穩定及地下水降水情況，如有異常情況，及時采取相應措施。

5 結語

沿海地下建筑物的施工相比較于地上建筑物來說，困難在于需要采取降水、支護的措施來完成開挖基坑的工作，降水和支護工作又受建筑物所在位置的地下水位、地質情況以及氣候環境的影響。本文介紹了降水和支護方式中的最通用的一種，在實際工程中，需根據現場實際情況確定降水及支護的方式，以滿足工程質量和進度要求。