污水處理廠粗格柵深基坑支護方案確定及質量控制

傅玉芬

(天津市自來水集團華雙水務有限公司,天津300040)

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污水處理廠粗格柵深基坑支護方案確定及質量控制

傅玉芬

(天津市自來水集團華雙水務有限公司,天津300040)

污水處理廠粗格柵屬于深基坑工程，基坑支護方案的確定與質量控制是污水處理廠施工的重點。以天津市空港物流加工區污水處理廠為例，對粗格柵深基坑支護方案及質量控制措施進行了系統闡述，以期為同行業深基坑支護方案的制定提供參考。

深基坑； 支護； 施工

1 工程概況

空港物流加工區污水廠工程處理能力為12×104m3/d，占地面積12.49 hm2，工程主要包括粗格柵及進水泵房、細格柵、MBR池等水處理構筑物以及廠區道路、管線、綠化等，建成后將承擔起整個空港物流加工區的污水處理以及中水處理任務；施工時間為2006年12月至2007年11月，總工期350天。

粗格柵高程位于整個廠區構筑物最低的位置,單體占地面積為291 m2，平面呈規則多邊形，頂板標高+4.50 m，地坪標高+3.75 m，南部底板底標高-6.75 m(標高均為大沽標高)，北部底板底標高-9.04 m，全部采用鋼筋混凝土結構。

地質條件：地貌類型屬于河流下游沖積平原，地處淤泥黏土層和流沙層，成流塑狀態，基坑淤泥質土很厚，且地下水豐富，為典型的變形控制承載力的軟弱土層。

2 基坑開挖方案

2.1 開挖斷面

根據粗格柵設計尺寸如圖1所示，基坑開挖南北深度不同，南部開挖深度在10.45m，北部開挖深度為12.74 m。開挖縱斷面圖如圖2所示，屬于深基坑工程。

圖1 粗格柵平面尺寸

圖2 開挖縱斷面

2.2 條件分析

(1)基坑面積小，深度大，呈帶形分布， 作業面狹小，無法進行正常大開挖施工，安全風險大,給支撐系統帶來較大的難度。

(2)基坑開挖會產生較大的位移和沉降，對周圍建筑物、市政設施和地下管線造成影響，因此對深基坑穩定和位移控制的要求很嚴。

深基坑與相鄰構筑物細格柵及曝氣沉沙池凈距僅4.6 m,但高差相差達11.7 m，細格柵地基處理采用水泥土攪拌樁，且樁體埋深較淺。因此須控制基坑周圍場地的沉降和水平變位，確保基坑及周圍場地的穩定性，保護樁基不至破壞或發生漂移，基坑開挖時要確保細格柵地基強度不受影響。

(3)深基坑開挖有兩個深度，淺坑被圍護結構分割，易造成基礎承載力不均。

由于深度不同，淺坑達到標高后要進行土建施工，而深坑要繼續開挖，兩者工序交叉，同時進行，機械、設備、材料等調度安排要求高，需盡量減少不利因素的產生。

(4)深基坑工程施工周期長，從開挖到完成地面以下的全部隱蔽工程，需經歷多次降雨、堆載、振動、施工不當等許多對基坑穩定性的不利條件，工程施工條件差，安全的隨機性較大，事故的發生具有突發性。

(5)開挖及支護有嚴格的尺寸誤差限制以及強度要求，為后面土建工程的施工奠定條件。

2.3 支護方案

根據場地、地質條件，基坑深度及平面形狀特點，基坑支護擬采用連排灌注樁+高壓旋噴樁在灌注樁的間隙堵漏+雙層水平鋼支撐作為支護體系，如圖3、圖4所示，同時基坑周圈進行卸土。該方案具有施工作業面小、安全性能高、止水效果好、工期短，施工簡便且成本低的特點。

為確保支護的可靠性，聘請專業設計院根據基坑情況和現場土質現狀，對初擬方案進行了深化設計。

圖3 樁基布置

圖4 樁基支護示意

2.3.1 減輕荷載

先對地面卸載2.5 m，卸土寬度為5 m，深度為2.5 m，減輕堆土時對樁身的側壓力。

2.3.2 支撐體系

(1)采用連排鉆孔灌注樁Φ800 mm@900 mm的布置，灌注樁北部有效樁長15 m，南部有效樁長18.5 m，混凝土強度等級C30。

對于坑深10.45 m區域，灌注樁有效樁長15 m，其坑下嵌固深度與坑深之比約0.74；對于坑深12.74 m區域，灌注樁有效樁長18.5 m，其坑下嵌固深度與坑深之比約0.70，滿足支護強度要求。

(2)采用上下兩層水平鋼支撐體系。第一道支撐在標高1.150 m處，采用四道斜撐安裝在四角和一道橫撐安裝在基坑中間，材質為￠600壁厚12 mm焊接鋼管；第二道支撐在標高-4.100 m處，采用同種材質四道斜撐和三道橫撐，樁基頂端用帽梁連接在一起，采用鋼筋混凝土結構。在第二道支撐高程上，圍繞基坑緊貼支護樁，做一圈腰梁，采用40bQ235工字鋼(三道疊放)。

支撐體系可以顯著地減小水平變位，確保基坑開挖的順利進行和周圍環境不受影響，并能大幅度降低支撐樁用量。由于場地周圍進行了卸土，水平支撐體系設置兩層即可滿足變位和受力的需要，這樣不僅降低了造價，還可以有效地縮短工期。同時鋼支撐便于安裝和拆卸，不會對工期造成大的影響。

2.3.3 基坑降、排水

采用一道止水帷幕，坑內降排水的方案。

(1)采用Φ500 mm@900 mm的高壓旋噴樁帷幕避水，高壓旋噴樁北部有效樁長13 m，南部有效樁長18.5 m，水泥摻入比≥0.3% 。

對于坑深10.45 m區域，高壓旋噴樁有效樁長13 m，穿過弱透水的粉土層，進入不透水的粉質粘土層。經計算，不會由于承壓水作用而發生坑底隆起破壞，坑底以下5.75 m的嵌固深度滿足止水要求。

對于坑深12.74 m區域，高壓旋噴樁有效樁長18.5 m，穿過弱透水的粉土與粉砂層層，進入不透水的粉質粘土層。經計算有可能由于承壓水的作用而發生坑底隆起破壞，為保證基坑及其周圍場地的安全，采用高壓旋噴樁在灌注樁的間隙堵漏，將該土層穿透截斷。

(2)基坑內設4口大口井降水，采用Φ500無砂水泥管，外圍土工布及等粒徑碎石，其透水直徑不小于700 mm；坑深10.45 m區域降水井深15.5 m；坑深12.74 m區域降水井深18.0 m。

(3)基坑外設觀測井4口，井深為14 m，成井要求同降水井，井口高出地面0.5m并加活蓋以防堵塞(井口一節為水泥管)，在溝槽開挖階段用作降水井同時降水。

(4)基坑開挖至坑底標高時，沿基坑周邊作等粒徑碎石盲溝，寬300 mm深500 mm，與降水井相連組成降排水系統。

3 深基坑施工

3.1 深基坑施工

深基坑施工流程如圖5所示。

圖5 深基坑施工流程圖

(1)澆筑鋼筋混凝土灌注樁、高壓旋噴樁，同時按井位布置打井。

(2)樁頂帽梁處挑槽開挖至大沽標高+0.500 m，施工帽梁。

(3)待灌注樁及帽梁強度達到設計要求，并降水10天后，基坑全面開挖至于大沽標高0.500 m，坑外卸土至大沽標高+1.200 m。

(3)安裝第一層鋼結構水平支撐系統。

(4)待第1層水平支撐系統達到設計要求檢驗合格后，開挖至大沽標高-4.100 m。

(5)施工腰梁YL,安裝第二層鋼結構水平支撐系統。

(6)待腰梁YL強度達到設計要求，并且第二層鋼結構水平支撐系統檢驗合格后，分別開挖至坑底大沽標高-6.750 m、-9.040 m，到達基坑低標高。

3.2 質量控制

基坑支護的可靠性直接關系到施工安全和正式結構的順利進行 ，要確保嚴格控制施工質量，確保支護強度和止水效果。

3.2.1 鉆孔灌注樁施工及旋噴樁施工

確保灌注樁和旋噴樁的施工質量，控制好灌注樁與旋噴樁的咬合是保證基坑無滲漏的關鍵。因此，嚴控樁的施工質量，準確測放樁位和保證樁的垂直度成為施工控制重點。

本工程鉆孔灌注樁Φ800，樁長15.0 m，總樁數36根；灌注樁Φ800，樁長18.5 m，總樁數63根；樁身混凝土強度C30。確保樁位測放精度，加設導墻或護筒，作好泥漿護壁，防止塌孔或縮頸。鋼筋籠吊放緩慢進行，對準孔位，避免碰撞孔壁。水下混凝土澆筑事先作好配合比試驗，灌注成樁后，樁頭應及時覆土養護。樁身混凝土強度達到設計強度后方可進行基坑開挖施工。

高壓旋噴樁Φ500，坑深10.45 m區域樁長13.0 m，總樁數37根，坑深12.74 m區域樁長18.5 m，總樁數62根；采用32.5普通硅酸鹽水泥，水泥摻入量≥30%。確保樁位測放精度，保證鉆桿中心與樁位重合，樁機調平，保證高壓泵，管路和回水通暢，高壓旋噴過程中，要隨時注意壓力變化，前臺樁機操作與后臺供漿密切配合，后臺供漿必須連續。

施工控制目標：支護樁和帷幕樁樁位偏差< 50 mm，垂直度≤0.5%，支護樁變形控制在30 mm以內，確保基坑整體穩定無滲漏。

3.2.2 排降水

由于地下水豐富且基坑淤泥質土很厚，應盡早提前降水，基坑內設置4口大井，且外設4觀察井，8口井同時連續降水10天以上后再進行土方開挖。

抽水設備采用深井潛水泵，設計總出水量≥670 m3/d，開挖過程中一直保持降水不間斷。地下水位降深基本保持在基坑地槽面下約0.5 m處，保持基坑穩定。嚴格控制降水與停井時間對構筑物浮漂與沉降關系。確保安全檢查成井技術質量及出水常清。

3.2.3 土方開挖

嚴控土方開挖與支護及支撐的關系，嚴禁違規施工。

土方開挖的順序、方法和設計工況嚴格一致，遵循“開槽支撐，先撐后挖，分層開挖，嚴禁超挖”的原則，堅持分層、對稱、由南往北有序挖土，在每一、二層水平支撐系統未達到設計要求之前，帽梁等混凝土結構強度要達到設計要求前，嚴禁進行下一步的土體開挖工序。

在開挖過程中，保護井點、支撐等不受碰撞或損壞。防止因挖土過快，高差過大，使工程樁受側壓力而傾斜。在每一步回填土未達到設計要求標高之前，嚴禁進行該步支撐的拆除。盡量縮短結構施工時間，減少支護強度。

3.2.4 基坑支護監測

體系的破壞通常具有預兆性，因此進行基坑支護監測非常必要和重要，隨著開挖深度的增加，基坑支護體系會產生側向變位，因此側向變位的發展趨勢和控制是基坑支護監測的關鍵。基坑支護的監測不僅要對基坑支護的整個體系進行檢測，還要對周圍環境進行監測。這樣有利于對基坑周圍支護的穩定狀態及周邊土體的變化進行更好的掌握，能夠更好地了解施工對周圍房屋建筑、地下管線、道路等的影響狀況，使得基坑施工和環境安全得以確保。

監測內容：

(1)支護結構位移(支護樁的傾斜、樁頂帽梁、支撐系統的水平位移， 以及支撐系統的撓度)的量測；

(2)周圍場地的沉降及地表開裂狀態(位置、裂寬)的觀察；

(3)鄰近建筑物和重要管線等設施的變形測量和裂縫觀察；

(4)密切關注觀測井的水位變化(必要時采取回灌措施)；

(5)基坑滲、漏水和基坑內外的地下水位變化。

監測方法：

(1)建立監測控制系統，埋設控制點，測放位移測線，建立監測制度，明確觀測周期、記錄制度、測點保護、資料匯總以及信息返饋等；

(2)基坑支護由專人負責，及時將監測資料反饋給施工項目部、設計院及有關單位，便于及時分析。在監測數據出現異常、位移(速率)較大或挖土等關鍵工況時，應加密監測頻率，并對監測數據進行分析。

3.3 安全控制

基坑內安裝兩個爬梯方便上下，周圍設置圍檔，以防人員跌落。在施工部位下處安裝防護網，以防高空墜物。制定各工序的專項施工方案和一系列的規章制度及技術要點，確保傳達到第一線，堅持施工前技術安全交底制度，設專職巡查，加強管理。

4 結語

粗格柵及進水泵房2006年12月開始施工， 至2007年6月施工完畢，用時7個月，其中基坑支撐和開挖用時3個月，結構施工 3個月，基坑回填 1個月。

整個施工過程中由于降水措施得當，基本實現干槽作業，基坑實施過程中未發生任何安全事故，各項控制目標達到控制標準。聘請專業的測量單位對基坑進行第三方監測，得出結論：①水平樁位移控制在22 mm內，支護在施工期間基本穩定； ②周圍地勢沉降控制在允許范圍內，基本未對四周地勢產生影響。

[1] 王克峰，商子江，張洋. 污水處理廠進水泵房深基坑施工技術探析[J]. 城市建設，2010(32):465-466.

[2] JGJ 311—2013 建筑深基坑工程施工安全技術規范[S].

TU992.05

C

1673-9353(2016)05-0061-04

10.3969/j.issn.1673-9353.2016.05.015

傅玉芬(1973- )， 女， 高級工程師， 主要從事工程建設及供水管網管理工作。

E-mail：fuyufenfyf@163.com

2016-07-20