袁橋泵站深基坑開挖專項施工方案分析

高萌

（河南省水利第二工程局）

1 工程概況

袁橋泵站屬于引江濟淮工程（河南段）施工1 標(biāo)段建設(shè)內(nèi)容。標(biāo)段主要利用清水河河道引水，主要施工內(nèi)容為：袁橋泵站工程、清水河節(jié)制閘工程、清水河治理及疏浚工程等。袁橋泵站是引江濟淮工程（河南段）第一級泵站，設(shè)計流量43 m3/s，泵站安裝立式軸流泵機組4臺，裝機功率5 200 kW，建筑物總投資9 190萬元。泵站包括站下引渠段、清污機閘、前池、進水池、泵房、出水池、出水渠道、副廠房、安裝間等。因袁橋泵站布置在清水河主河道外，且計劃建成后修建泵站上下游引渠與清水河主河道貫通，故泵站施工期不涉及河道導(dǎo)流問題。工程場地開挖的最終基底標(biāo)高約為▽21m，基坑深度16 m，屬深基坑開挖，按照《水利工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強制性條文》（2016版），屬超過一定規(guī)模的危險性較大的單項工程，專題研究其施工方案很有必要。

2 工程地質(zhì)條件

工程區(qū)屬黃淮沖積平原，地勢較平坦、開闊。場區(qū)附近清水河河道寬約60 m，深約7 m，附近河底高程約為30.30 m；兩岸地面高程一般35～37 m；附近堤防頂寬13～16 m，高約4.50 m。場區(qū)有堤防道路與村村通公路相通，交通較便利。場區(qū)在勘探深度范圍內(nèi)，地層主要分為8 大層，基坑開挖深度及基坑圍護影響深度范圍內(nèi)主要土層：第1層人工填土，厚度4.50 m；第4層重粉質(zhì)壤土，厚度9.40～11.40 m；第7層粉土，厚度4～7 m。

場區(qū)地下水類型為第四系松散層孔隙潛水，主要賦存于下部粉砂及壤土層中，下部粉砂層中地下水具承壓性。勘察期間地下水埋深3.30～4.70 m，水位高程32.60～32.95 m。勘察期間河水位高程約為33.20 m。地下水具動態(tài)變化特征，變幅一般1～3 m。各土體的力學(xué)性指標(biāo)建議值見表1。

表1 各土體的力學(xué)性指標(biāo)建議值表

3 工程難點

①基坑土方開挖深度較大，基坑易發(fā)生涌水破壞和邊坡滑移。②場區(qū)臨近清水河，地下水存在動態(tài)變化風(fēng)險；同時施工期易發(fā)生由于施工降排水引發(fā)的不均勻沉降等環(huán)境地質(zhì)問題，對附近房屋、道路、管線等建筑物造成破壞。

4 基坑降排水

4.1 基坑降排水難點

袁橋泵站設(shè)計基坑開挖16 m，為保證干地作業(yè)和考慮基礎(chǔ)處理施工地下水位需降至建基面0.50 m以下。按此要求，施工降水井水位需下降16.50 m。地勘報告顯示泵站建基面位于粉砂層上，其滲透系數(shù)較大（2.00×10-3～8.50×10-3cm/s），且存在承壓水。同時，泵站基坑距離清水河較近（實測河道水面距泵站開挖基坑45 m）場區(qū)河水與地下水互為補排。因此，采用管井降水不能有效降低地下水位。

降水井需穿透第⑥層粉砂層（地下水具有承壓性），且進入下層不透水層2～3 m。原始地面高程為▽37.00 m，不透水層高程為▽16.50 m.本工程降水井深度為25 m，降水深度大。

4.2 基坑降排水布置

為實現(xiàn)2019 年9 月開工，次年汛前工程完成至地面以上的進度目標(biāo)，項目部決定：①在泵站開挖前基坑周邊增加防滲墻（基坑兩側(cè)和上游側(cè)），且與泵站下游水泥土攪拌樁防滲墻連接形成封閉結(jié)構(gòu)（袁橋泵站設(shè)計在▽34.5 樁號上游側(cè)一字型布置水泥土攪拌樁防滲墻一道，成墻厚度0.30 m，樁段穿透第⑥層粉砂層，進入下一層土≥0.50 m）。以此來降低基坑周邊水層滲透壓力。②根據(jù)降水試驗結(jié)果，最終在基坑邊坡約▽27 m 高程一級馬道平臺內(nèi)側(cè)設(shè)置基坑降水井，布置參數(shù)：井底低于基坑底部9 m（穿透含水層），降水井沿施工一級馬道平臺內(nèi)側(cè)布置，間距30 m，左右岸對稱布置，共布置降水井10 眼，降水井水泵揚程32 m，功率為5.50 kW，具體水泵型號為：QY40-32-5.5。局部局域與水泥土攪拌樁防滲墻沖突區(qū)域，適當(dāng)錯位避開。

5 支護設(shè)計

根據(jù)設(shè)計單位出具的袁橋泵站施工圖中顯示：泵站及進口引渠建基面主要位于第⑥層粉砂中，邊坡開挖深度7～16 m。邊坡中下部處于地下水位以下，且下部粉砂、砂壤土易產(chǎn)生流沙、流土等影響邊坡穩(wěn)定的因素。確定本工程壤土層施工開挖邊坡坡比為1∶1.75，粉砂、砂壤土層施工邊坡坡比為1∶2.50，并采用分級開挖，中間每隔6 m設(shè)置馬道平臺馬道。同時采取噴射素混凝土、打土釘掛網(wǎng)等基坑支護措施。

5.1 素噴混凝土

選用由試驗室出具的C20 潮噴法施工配合比，具體參數(shù)為：水泥用量430 kg/m2、砂943 kg、小石771 kg、速凝劑0.47 kg；水膠比0.47。

5.2 打土釘掛網(wǎng)

土釘：采用HRB335 Ф20鋼筋制成，入土長度6 000 mm，外露長度150 mm；土釘孔徑為Φ80～100 mm，水平夾角為俯角45°，土釘采用機械鉆機或洛陽鏟成孔，加強觀察確保釘桿平直錨入壁坡；土釘設(shè)置間距：上下兩排錯開梅花狀布置1 000 mm，沿坡腳往上梅花型布置4 排。孔內(nèi)安放土釘后進行重力注漿或注漿泵壓力注漿，采用普通硅酸鹽純水泥漿或水泥砂漿，強度不低于M20，水灰比為0.45～0.50。

鋼筋鋼筋網(wǎng)片：鋼筋采用HPB300Ф6 250×250；采用焊接聯(lián)結(jié)，鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)時每邊的搭接長度不應(yīng)小于一個網(wǎng)格邊長或250 mm，（上下坡鋼筋的綁扎≥300 mm）。

6 基坑開挖

6.1 開挖原則

工程開挖采用設(shè)計圖紙?zhí)岢龅姆€(wěn)定坡比，自然放坡開挖，局部不良地質(zhì)條件加強支護的施工原則。壤土層施工開挖邊坡坡比為1∶1.75，粉砂、砂壤土層施工邊坡坡比為1∶2.50。按設(shè)計圖紙自然放坡后，仍然要密切觀察邊坡地質(zhì)情況，從開始施工就要堅持“慎開挖、勤監(jiān)測、早處理”的原則，方能確保基坑邊坡穩(wěn)定和基坑工程的安全。

本工程場地開挖的最終基底標(biāo)高約為▽21 m，基坑深度16 m，屬深基坑開挖。開挖順序按先開挖四周臨時排水溝或設(shè)置擋水小圍堰，后由泵站進口引渠和出口明渠分兩個工作面從施工臨時道路留下基坑路腿，分層開挖。地下水位以下邊坡每開挖完成一層即進行邊坡支護，每層開挖厚度≤3 m。開挖的土方采用1.20 m3反鏟挖掘機直接裝車外運。

基坑坑底預(yù)留300 mm厚待施工基礎(chǔ)時采用人工開挖。基坑開挖分層情況見圖1：

6.2 土方開挖施工工藝和方法

泵站實際開挖過程中考慮施工的先后順序及緊要程度，采取分三期開挖。具體如下：

一期開挖：為保證基礎(chǔ)處理設(shè)備如大型樁機的穩(wěn)定及便于作業(yè)，分層開挖至▽30 m高程，進行基礎(chǔ)處理施工。一期開挖坡比設(shè)置為1∶1.75，開挖深度約6.70 m，采用自然放坡方式，在▽33 m高程位置設(shè)置2 m寬馬道平臺。基坑周邊設(shè)置排水溝，排出淺層地下水。本層開挖完成后進行基礎(chǔ)處理施工。具體施工內(nèi)容如下：BZ0+034.50 樁號上游水泥土攪拌樁截滲墻施工，工程量約1 500延米；BZ0+0.00～BZ0+034.50樁號泵房段基礎(chǔ)處理施工，工程量約4 700延米；BZ0+0.00～BZ0-050.00樁號擋墻段基礎(chǔ)處理施工，工程量約7 981延米。出水池BZ0+034.93～BZ0+054.53擋墻段基礎(chǔ)處理施工，工程量約3 744延米。

二期開挖：主要開挖泵站泵房段，在▽27.00 m位置設(shè)置馬道平臺，馬道寬度2 m。出口設(shè)置對外連接的交通道路坡比為1∶10 具體開挖基坑位置及邊坡形式見示意圖。

二期開挖旨在便于短時間內(nèi)進行泵房段混凝土施工，二期分層開挖過程中，使用洛陽鏟等工具，對預(yù)開挖地層進行探明和查實，若發(fā)現(xiàn)砂層出露較早，則提前改變該部位開挖臨時坡比，粉砂層按設(shè)計1∶2.50 坡比進行開挖。同時在開挖過程中，密切觀察邊坡放坡開挖后穩(wěn)定情況。為保障邊坡穩(wěn)定性，現(xiàn)場采取噴射混凝土和打土釘掛網(wǎng)的加強支護措施。待加強支護措施完成、邊坡穩(wěn)定后，繼續(xù)下層開挖。

三期開挖：在泵站施工至地下水位以上時進行，對上下游基坑周邊進行擴挖整修，開挖出進出口連接段上部。同時基坑周邊一旦具備回填條件，即刻組織機械進行回填施工。

7 基坑監(jiān)測

基坑土體開挖施工及施工期間，在不同高程坡面設(shè)置位移監(jiān)測點，加強對已開挖基坑邊坡和支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀況進行監(jiān)測；發(fā)現(xiàn)異常情況必須及時采取有效措施，消除隱患，確保基坑內(nèi)施工人員安全和工程順利進行。

7.1 監(jiān)測內(nèi)容

①基坑周邊沉降及位移監(jiān)測；②土體側(cè)向變形監(jiān)測；③地下水位監(jiān)測；④邊坡裂縫監(jiān)測。

7.2 監(jiān)測周期和頻率

監(jiān)測周期從建立監(jiān)測網(wǎng)起到整個泵站地下水位以下回填施工完畢，具體監(jiān)測周期要求為：各種監(jiān)測初始值監(jiān)測2次，以此為依據(jù)值；其余按《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》第7.0.3確定。

7.3 監(jiān)測點布置

水平、豎向位移監(jiān)測基準(zhǔn)點埋設(shè)在基坑開挖深度2倍范圍以外不受施工影響的穩(wěn)定區(qū)域，基坑開挖深度約為16 m，水平、豎向位移基準(zhǔn)點布置在基坑底部橫向距離＞32 m 處，每側(cè)坡頂設(shè)置4個。具體監(jiān)測布置點根據(jù)實際情況進行調(diào)整。

8 結(jié)論

通過地質(zhì)復(fù)勘、地下水復(fù)測，在充分考量場區(qū)水文、地質(zhì)條件的背景下，做出深基坑降排水、開挖、支護的措施安排，為工程順利進展提供了堅實保障。