某一體化預制泵站深基坑支護方案選型及設計

賈玉賓，邵金星，黎 超

（武漢市政工程設計研究院有限責任公司，湖北 武漢 430023）

0 引 言

一體化預制泵站比傳統鋼筋混凝土泵站具有占地面積小、造價低、安裝方便、施工周期短、易與周邊環境協調及后期管理維護方便等優點[1]。因此，近年來在全國各地得到廣泛推廣和應用。一體化預制泵站主要由筒體、潛污泵、格柵、液位計、進出水管、控制閥門、通風系統、檢測儀表、控制柜等組成。泵站筒體根據材質不同可分為三種：GRP 筒體、PE 筒體和（HM）PP 筒體。筒體直徑1.2～4.2 m，筒高6～15 m，筒體底部設現澆鋼筋混凝土基礎，基礎內預埋地腳螺栓以固定筒體。一體化預制泵站基坑深度一般較深，基坑支護方案對整個項目的工期和造價有較大影響。本文以王林港一體化預制泵站基坑為例，在前期確定基坑方案的過程中綜合考慮施工難度、施工工期、對周邊環境的影響和工程造價等因素，以及工期較緊，最終選擇造價和工期都適中的灌注樁+ 止水帷幕方案。

1 工程概況

東寶區南片區污水處理廠現狀規模1.25 萬t/d，規劃規模5 萬t/d。由于東寶區工業園及長寧新城開發，現狀污水廠處理能力已不能滿足污水排放需求，王林港截污管內污水在王林港上游出現溢流現象，對王林港水質影響較大。經過多次踏勘現場，最終確定在王林港橋東北側設抽排泵站，污水經壓力罐抽排至2.5 km 外的夏家灣污水處理廠。王林港泵站規模3 萬t/d，選用一體化預制泵站，筒體直徑3.8 m，筒高9 m，筒體材質為高強度玻璃鋼（GRP），筒體底部設0.5 m 厚鋼筋混凝土基礎，基礎尺寸為6 m×6 m，如圖1 所示。泵站基坑底設計高程為50.6 m，場地內現狀地面高程及場平高程均為60.6 m，泵站基坑深10 m，平面呈正方形，如圖1 所示。

圖1 一體化泵站示意圖

2 周圍環境與水文地質資料

2.1 周圍環境

泵站南側距離現狀燃氣管線2.5 m，距漢江大道紅線6.5 m，漢江大道下有市政管線通過。泵站西側鄰近現狀圍墻2 m。泵站東南側分布有一根DN400西氣東輸管道，最近距離約35 m。根據管理部門要求，西氣東輸管道30 m 范圍內動土需審批。泵站北側為現狀綠地。

2.2 水文地質資料

泵站地面絕對高程為60.6 m(國家85 高程)。

在場地內鉆探所達深度范圍內地基土層主要由素填土、粉質黏土、粉砂、強風化泥質粉砂巖和中風化泥質粉砂巖組成，場地類別為Ⅱ類。第①層素填土為第四系人工堆積層，層厚5.1 m，低承載力，大孔隙，不均勻。第③層粉砂為一體化預制泵站基礎底板持力層，粉砂層滲透系數較大，當基坑開挖至底部時，在基坑內外水頭差的作用下，土體易產生管涌、流砂等現象。

場地內地下水有上層滯水和孔隙潛水兩種類型。上層滯水主要賦存在第①層素填土層中，孔隙潛水主要賦存于第③層粉砂層中。孔隙潛水與鄰近的王林港河道存在一定的水力聯系，其水位受河水影響比較明顯，粉細砂層滲透系數較大。王林港河道底高程51.8 m，常水位53.8 m，50 a 一遇洪水位58.4 m，與泵站基坑底高程50.6 m 有至少3.2 m 的水頭差。且由于泵站工期較緊，計劃施工期內會與汛期重疊，因此基坑支護方案必須慎重考慮如何處理孔隙潛水對基坑的影響。

場地的工程地質條件和基坑圍護設計參數見表1（分為五個土層：1 素填土，2 粉質黏土，3 粉砂，4 強風化泥質粉砂巖，5 中風化泥質粉砂巖）。

表1 土層設計參數

3 基坑支護方案

本工程基坑深度為10 m，基坑周邊有西氣東輸管線、燃氣管線、市政管線及現狀市政道路等設施。根據《湖北省地方標準基坑工程技術規程》（DB42/T 159—2012）[2]，基坑重要性等級為二級。由于基坑周邊環境的限制，基坑不具備放坡開挖的條件。為控制基坑變形，確保周邊環境安全，基坑應采用剛度較大的圍護結構。在安全、合理、經濟、可行的基本原則下，針對本工程基坑的開挖深度、開挖面積、場地內土質情況及周邊環境等因素，為保證工程在工期緊張的情況下按時完成，在設計初期共提出咬合樁、灌注樁+ 止水帷幕和沉井3 種支護方案，并從技術難度、施工工期和工程造價等方面進行了對比分析，綜合對比后選擇最優方案。

3.1 方案簡介

咬合樁具有防滲能力強、造價低、無需泥漿護壁、施工速度快、成樁質量高等優點，且適用于多種地質條件[3]。鋼筋混凝土樁與素混凝土樁切割咬合，樁與樁之間排列構成相互之間互相咬合的樁墻，此種結構即為咬合樁。為便于切割，樁的排列方式一般為一根素混凝土樁和一根鋼筋混凝土樁。素混凝土樁采用超緩凝混凝土（初凝時間為60 h），要求必須在素混凝土樁初凝之前完成對素混凝土樁的全部切削。鋼筋混凝土樁施工時采用全套管鉆機切割相鄰素混凝土樁相交部分的混凝土，實現咬合。咬合樁施工采用全套管+ 旋挖鉆機，施工流程為平整場地→測設樁位→施工咬合樁導墻→套管鉆機就位對中→吊安第一節套管→控測垂直度→壓入第一節套管→校核垂直度→抓斗取土，套管鉆進→孔深測量→清除虛土，檢查孔底→鋼筋混凝土樁吊放鋼筋籠→放入混凝土灌注導管→灌注混凝土逐次拔管→測定樁頂混凝土面→套管鉆機移位。咬合樁構造如圖2 所示。

圖2 咬合樁平面示意圖

灌注樁支護體系適用于各種地質條件下的深基坑工程，具有剛度大、變形小、技術成熟、施工速度快等優點。當需要隔地下水時，需要另行設置隔水帷幕。考慮到場地內的孔隙潛水，在灌注樁外側設高壓旋噴樁止水帷幕。灌注樁+ 止水帷幕構造如圖3 所示。

圖3 灌注樁+ 止水帷幕平面示意圖

沉井是一種在地面制作后，在井內挖土并依靠自身重量克服井壁與土的摩擦力下沉至設計標高的結構，常用于工業建筑中的構筑物、橋梁基礎、臨時基坑支護等領域[4]。在市政工程中，鋼筋混凝土主要用于頂管工程中的工作井、接收井等。沉井下沉深度較大，整體性強、穩定性好，可以承受較大的豎向和水平荷載，施工技術簡單，自身具有擋土和擋水的功能，適用范圍廣，且造價不高。但沉井需分節制作，分節下沉，每節高度一般不超過6 m。沉井的施工順序一般為地基處理→制作第一節沉井→抽墊木、挖土下沉→沉井接高下沉→封底。沉井混凝土強度達到設計強度的75%以上時才能下沉，單節沉井施工周期約20～25 d。本工程地下水豐富，沉井下沉深度范圍內透水層強的粉砂層，可采用不排水法下沉施工，即沉井帶水下沉至設計高程后，采用一定厚度的水下混凝土進行封底。待水下封底混凝土強度等級達到設計要求后再將井內水抽除。水下封底前須有潛水員潛入水下檢查井底是否開挖到位，按設計要求整平基底，并將刃腳混凝土面上的泥土沖洗干凈，以確保水下混凝土有足夠的斷面抵抗地下水的上浮力。沉井如圖4 所示。

圖4 沉井示意圖

3.2 方案比選

方案比選結果見表2。

經過對比分析可知，咬合樁方案造價高、施工難度大，且由于一體化預制泵站基坑工程量較小，設備進場費用較高，占總造價比例較高，因此不推薦此方案。沉井方案造價最低，但工期最長。灌注樁+止水帷幕方案造價和工期都適中，且本地灌注樁+ 內支撐支護形式應用較多，考慮到本工程工期較緊，推薦采用灌注樁+止水帷幕方案。

4 基坑支護設計

基坑支護結構按二維平面結構簡化分析，取單位長度按彈性地基梁進行計算，土壓力按朗肯土壓力理論分層計算，計算采用天漢軟件。經過計算分析，一體化預制泵站基坑支護采用頂部放坡+ 灌注樁支護的形式，頂部放坡高度2 m，放坡坡比1∶2，坡面采用0.08 m 厚掛網噴砼護面，坡底與灌注樁之間設1.5 m 寬平臺，灌注樁樁徑0.8 m，樁中心距1.2 m，樁長13 m，樁頂高程以下0.3 m 處設一道鋼筋混凝土角撐。灌注樁外側設直徑0.6 m、間距0.45 m 的高壓旋噴樁止水帷幕，旋噴樁樁長10 m，樁之間咬合0.15 m。樁身最大彎矩設計值為448 kN·m，樁身最大水平位移為11 mm，小于60 mm，滿足二級基坑變形要求，被動區抗力系數大于1.05，抗隆起安全系數大于1.8，均滿足要求。基坑支護如圖5 所示。

圖5 一體化預制泵站基坑支護

5 結 語

一體化預制泵站基坑深度一般較深，但基坑平面尺寸較小，基坑規模小，深基坑支護方案應根據工程實際情況進行方案比選，選型合理、技術可行、經濟適用且兼顧工期的要求，選擇最適合的方案。