光明水廠凈水處理綜合體基坑支護(hù)施工技術(shù)研究

林 威

（深圳市路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，廣東深圳）

引言

在水廠凈水處理綜合體建設(shè)中，基坑支護(hù)施工技術(shù)的研究有重要意義。首先，水廠凈水處理綜合體建設(shè)往往涉及深基坑的開挖與支護(hù)，如地下水處理設(shè)施、污水處理設(shè)施等[1]。因此研究基坑支護(hù)施工技術(shù)有助于確保基坑的穩(wěn)定性和安全性。其次，水廠凈水處理綜合體建設(shè)通常需在復(fù)雜地質(zhì)條件下進(jìn)行。這些地質(zhì)條件對基坑支護(hù)施工提出更高要求，需研究和探索適合不同地質(zhì)條件的基坑支護(hù)施工技術(shù)[2]。研究水廠凈水處理綜合體基坑支護(hù)施工技術(shù)，可提高工程的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)效益，為水廠凈水處理綜合體的建設(shè)貢獻(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新和進(jìn)步。本文將以光明水廠凈水處理綜合體基坑支護(hù)施工項(xiàng)目為例，開展對其基坑支護(hù)施工技術(shù)的研究。

1 基坑土方開挖施工

采用土方分層分段的方式開挖基坑，以加固帶與后澆帶為分界，將施工區(qū)分成若干施工區(qū)。開挖深度和分段長度為土釘(錨桿)以下0.50 m 和50 m。在完成對其中一個(gè)區(qū)域兩邊開挖取土后，進(jìn)行護(hù)坡支護(hù)，再對中間區(qū)域開挖取土[3]。針對一個(gè)斷面擬布設(shè)3 臺大型挖掘機(jī)，兩側(cè)可同時(shí)選用小型挖掘機(jī)進(jìn)行對邊坡的修整和對基坑底部的整平處理。第一層的土方開挖必須趕在基坑工程圍護(hù)樁施工前完成，施工準(zhǔn)備工作要有序到位[4]。在預(yù)挖階段，必須在支護(hù)結(jié)構(gòu)的剛性達(dá)到設(shè)計(jì)剛性后，方可進(jìn)行預(yù)挖[5]。如果選擇土釘墻為支護(hù)系統(tǒng)，對水泥基材料的養(yǎng)護(hù)年齡應(yīng)該超過2 天，才能進(jìn)行開挖。圖1 為基坑兩端取土方法平面示意。

圖1 基坑兩端取土方法平面示意

基坑內(nèi)土方的高差應(yīng)當(dāng)控制在1.5 m 以下，且坡度不大于45°。在挖土?xí)r，避免挖掘機(jī)與支撐樁相撞，在坡頂2 m 以內(nèi)，不允許堆放其他材料。當(dāng)基坑達(dá)到坑底后，在機(jī)械作業(yè)的同時(shí)，還需人工修整基坑底部，并逐漸縮小挖掘孔。在距離基坑平面20 cm處，為防止受到土體干擾，必須用手挖。

2 基坑支護(hù)用泥漿制備

將光明水廠凈水處理綜合體項(xiàng)目的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)選為鋼筋混凝土灌注樁+高壓旋噴樁與攪拌樁的咬合樁。結(jié)合該類型支護(hù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，采用攪拌樁-灌注樁-高壓旋噴樁的順序進(jìn)行施工。通過勘查發(fā)現(xiàn)該工程場地為粉質(zhì)黏土，旋挖成孔速率過快，需單獨(dú)配制一種新的護(hù)壁泥漿。制備泥漿材料的性能指標(biāo)見表1。

表1 制備泥漿材料性能指標(biāo)

按照表1 完成對泥漿材料的制備，要求循環(huán)泥漿中黏性土比控制在1.1～1.2 范圍內(nèi)；砂土比控制在1.1～1.3 范圍內(nèi)；砂夾卵石比控制在1.2～1.5 范圍內(nèi)。黏性土黏度控制在16 s～25 s 范圍內(nèi)；砂土黏度控制在24 s～34 s 范圍內(nèi)，含砂率應(yīng)小于6%，膠體率應(yīng)超過95%。

3 護(hù)筒埋設(shè)與旋挖成孔灌注樁施工

光明水廠凈水處理綜合體項(xiàng)目淤泥質(zhì)土厚度為14～26 m，為確保施工作業(yè)的安全，需將鋼制護(hù)筒的長度增加到5.5 m，護(hù)筒應(yīng)當(dāng)超出地面250 mm，將內(nèi)徑設(shè)置為大于樁徑120 mm。在旋挖成孔施工時(shí)應(yīng)當(dāng)注意在成孔之前，或者在提起鉆斗時(shí)，都要檢查鉆頭的防護(hù)裝置，并且要檢查鉆頭的磨損狀況、直徑，并且清除鉆斗中的廢土。在鉆成孔的過程中，需要檢查鉆桿的垂直度。成孔時(shí)樁距應(yīng)控制在樁徑4 倍以內(nèi)，及時(shí)清除殘?jiān)⑹箽堅(jiān)鄻犊字辽? m。當(dāng)砂巖地層較厚時(shí)，應(yīng)更換砂巖地層中的鉆頭，并減小旋轉(zhuǎn)鉆頭的進(jìn)尺。在旋轉(zhuǎn)開挖的過程中，當(dāng)形成的孔洞滿足了設(shè)計(jì)要求后，就必須清除孔洞中的虛土。

在灌注混凝土的過程中，需將管道嵌入混凝土中并安置到2～6 m 的深度。最后一次灌注混凝土?xí)r需要注意灌注量，超灌高度應(yīng)當(dāng)高于項(xiàng)目設(shè)計(jì)樁頂高度為1.2 m 以上，充盈系數(shù)應(yīng)超過1.0。在灌注混凝土?xí)r，管道的埋入深度應(yīng)控制在2～6 m 間，并不使管道脫離混凝土表面。灌注標(biāo)高要在設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高1.0 m 以上。在挖土?xí)r，不要用大型鏟斗撞擊樁頂，以免造成樁身斷裂。在設(shè)計(jì)樁頂面之上，留出20 cm 的人工破除距離。對旋挖鉆機(jī)施工支護(hù)樁挖出的土方，用鏟車將其儲(chǔ)存至現(xiàn)場指定的位置，不對成孔、灌注、下籠及其他工序造成影響，再統(tǒng)一運(yùn)出場地。

4 清孔

為確保樁的質(zhì)量，本工程采取正向循環(huán)的方法。一次清孔是在旋挖完成的孔位就位后進(jìn)行的，二次清孔是在放下鋼筋籠和混凝土管后進(jìn)行的。正循環(huán)清孔是將泥漿通過橡膠管道連接到孔口灌水管，并將其輸送到孔底，其中懸浮物通過灌水管回到孔壁間環(huán)填料中，再流入沉淀池、循環(huán)溝，最終再流入泥漿池，使其得到再利用。圖2 為正循環(huán)清孔示意。

圖2 中，A 表示鉆頭；B 表示泥漿循環(huán)方向；C 表示沉淀池；D 表示泥漿池；E 表示泥漿泵；F 表示鉆桿；G 表示鉆機(jī)回轉(zhuǎn)裝置。在清孔過程中需注意，對于第一次清孔，可使用鉆機(jī)操作。將鉆頭抬離孔底0.2～0.3 m 的位置，并注入符合配制要求的泥漿，進(jìn)行一次循環(huán)的清孔。對孔深不超過60 m 的樁基，需要在15～30 min 鐘內(nèi)完成清除工作；對于孔深超過60 m 的樁基，則需要花費(fèi)30～45 min 的時(shí)間。第二次清井需要將符合配制條件的泥漿注入導(dǎo)管，并進(jìn)行循環(huán)清井。在實(shí)際施工中，水下灌注混凝土?xí)r，導(dǎo)管底部與孔底之間的距離應(yīng)保持在300～500 mm間。完成管道安裝后，需采用倒循環(huán)或正循環(huán)的方式進(jìn)行第二次清孔。

5 實(shí)例應(yīng)用分析

光明水廠凈水處理綜合體工程原始場地的地貌單位是一片殘丘斜坡，該區(qū)域是一片天然的山地，坡度為20°，高度大約25 m。勘探鉆孔的洞口平面高度為2.81～27.2 m，洞口的相對高差為25 m。人工填筑層主要為素填土，第四紀(jì)淤積層主要為和粉質(zhì)黏土；基巖為泥質(zhì)粉砂巖和細(xì)砂巖。通過分析鉆井資料，發(fā)現(xiàn)某些鉆孔的初始水位埋藏深度僅為0.0～5.6 m。同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場各鉆孔終孔24 小時(shí)后的水位測定結(jié)果，現(xiàn)場地下水的穩(wěn)定水位在0.20～10.70 m 之間，標(biāo)高在3.08～16.58 m 之間，且地下水的水位受地形的影響，其高低與地下水的高低呈比例關(guān)系。該地區(qū)的地下水年際變化受其水位、季節(jié)等因素的影響，年際變化幅度在1～3 m 之間。基坑支護(hù)施工監(jiān)測頻率如表2。

表2 基坑支護(hù)施工監(jiān)測頻率

在明確監(jiān)測的基本頻率后，在基坑支護(hù)施工位置上任意選擇3 個(gè)位置，并分別布置測點(diǎn)，編號為G1、G2、G3，對三個(gè)測點(diǎn)在7 d 時(shí)間內(nèi)的累計(jì)沉降變化值進(jìn)行記錄，并將結(jié)果繪制成圖3。

圖3 基坑支護(hù)施工測點(diǎn)7 d 累計(jì)沉降變化曲線

圖3 看出，三個(gè)測點(diǎn)的累計(jì)沉降變化值均沒有超過-5 mm～+5 mm 的范圍。根據(jù)該光明水廠凈水處理綜合體項(xiàng)目的建設(shè)要求，在進(jìn)行基坑支護(hù)施工時(shí)，累計(jì)沉降變化值不超過-10 mm～+10 mm，不會(huì)影響施工以及后續(xù)綜合體的正常運(yùn)行。另一方面，累計(jì)沉降變化值的有效控制也說明在應(yīng)用本文提出的基坑支護(hù)施工技術(shù)后，基坑整體的穩(wěn)定性和安全性也得到提升。實(shí)例結(jié)果證明，本文設(shè)計(jì)的基坑支護(hù)施工技術(shù)具備極高的應(yīng)用可行性。

結(jié)束語

本文以光明水廠凈水處理綜合體基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工為例，為避免地面沉降以及實(shí)現(xiàn)對周圍建筑物的保護(hù)，設(shè)計(jì)一種全新的基坑支護(hù)施工技術(shù)，通過對施工中的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)對該技術(shù)應(yīng)用可行性的驗(yàn)證。在實(shí)際基坑動(dòng)力開挖過程中，由于位移場的改變，會(huì)引起周圍地面的不均勻沉降，如果沉降過大，將會(huì)對周圍建筑造成嚴(yán)重的影響。為此需在基坑支護(hù)過程中，強(qiáng)化對其進(jìn)行監(jiān)測，并對其安全性進(jìn)行實(shí)時(shí)評價(jià)，一旦發(fā)現(xiàn)其存在不安全現(xiàn)象，可及時(shí)加固。該基坑項(xiàng)目對樁頂水平位移、深層水平位移、基坑外的地表沉降、支撐軸力和管線累積沉降等進(jìn)行監(jiān)測。