引調水工程泵站深基坑開挖支護方案研究

馮增光

（中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450000）

1 工程概況

1.1 引調水工程

湛江市引調水工程設計供水范圍為湛江市霞山區、赤坎區和麻章區，并給沿途廉江市、遂溪縣預留分水口。該工程由取水口、泵站前池、取水泵站、調壓塔、輸水管道等組成，輸水管道總長約61.924 km，為Ⅱ等大(2)型工程，主要建筑物為2級，次要永久建筑物為3級，臨時建筑物為4級。

1.2 泵站工程

鶴地泵站為湛江市引調水工程的取水泵站，周圍原地形起伏不平，高低差較大，現地面高程在57.27~38.9 m之間。

根據地坪設計標高、基坑開挖深度及場地地基土層分布特點分析，其基坑底板主要坐落于Ⅳ1強風化砂巖上，場地周邊環境較簡單，場地工程地質主要為強風化帶的砂巖和全風化帶的砂巖，少量為弱風化帶的砂巖。弱風化帶的砂巖分布在前池斷面的下部，工程量較少。強風化帶的砂巖廣泛分布于本工程開挖斷面中下部，強度較低。全風化帶的砂巖分布在山體表層，巖體風化較透，原結構已完全破壞，呈粉質黏土、砂質黏土狀，下部巖體風化不透，局部可辨原巖結構，呈黏土質砂礫狀，密實土，黏粒含量低，巖芯遇水易崩解成散粒狀，夾有少量強風化巖塊，但強風化巖塊巖質極軟，水泡可用手捏碎。

鶴地泵站平面布置如圖1所示。

圖1 鶴地泵站平面布置圖

1.3 水文氣象

工程區域受海洋氣候調節，冬無嚴寒，夏無酷暑。光照充足、熱量豐富，多年平均日照時數2 004 h，平均氣溫22℃，最高氣溫38.5℃（出現于1977年6月8日），最低氣溫 0℃（出現于1975年12月2日和29日），最熱月為7月，平均氣溫28.4℃，最冷月為1月，平均氣溫15.5℃。年溫差為12.9℃左右，平均年積溫約8 382℃。無霜期達364 d。年降雨量在1 200~1 700 mm之間。降雨時空分布不均勻，年內降雨主要集中在汛期（4~10月），降水量占全年的85%以上。多年平均風速3.02 m/s，平均風速最大月為2月（4.17 m/s），其次為3月（4.00 m/s），平均風速最小月在6月（2.42 m/s）。湛江市全年盛行風向E~ESE~SE，夏季偏東南風，冬季偏北風或東風。

1.4 工程地質

1.4.1 地形地貌

本工程位于雷州半島北部區域，區域地貌類型總體屬于濱海相、海陸交互相地貌。北部地勢較高，為低山丘陵地貌，南部地勢開闊平坦，地面高程0.5~33 m，南臨南海，為海積及海陸混合堆積地貌。區內水系主要有青年運河、位于西北部的九洲江、南部的南渡河及東部的鑒江。

1.4.2 地層巖性

場區地層以第四系全新統沖積層、坡積層、喜馬拉雅期湖光巖組玄武巖、第四系中更新統北海組洪沖積層和下更新統湛江組海陸交互相沉積層為主。在場區北部出露寒武系八村群砂頁巖、泥盆系中下統桂頭群砂巖夾頁巖、泥盆系上統天子嶺組灰巖及帽子峰組砂巖，其間零星分布下石炭系大塘階深灰色灰巖和中上石炭系壺天群灰白色灰巖。在場區東北部發育加里東期混合巖及燕山一期、燕山三期、燕山四期侵入巖。

1.4.3 地質構造

本區先后經歷加里東期、燕山期、喜馬拉雅多期構造運動影響，形成多期侵入巖、噴出巖，并形成褶皺、斷裂等地質構造。在新生代本區屬沉降區，地表為第四系及噴出巖覆蓋，所見構造形跡不多，僅見極平緩的摺曲及斷層。本區區域性構造主要有一條褶斷構造帶和兩條隱伏斷裂帶。

1.5 施工現場平面布置

1.5.1 施工道路布置

泵站下基坑道路EL34.39 m高程以上一期臨時道路進行出渣，下基坑道路在東側及北側EL42.8 m以下開挖時形成，具體以EL29.29 m馬道為依托，通過超欠挖的手段，向東南側斜坡向上出基坑與場內規劃臨時道路及庫區道路相連。

根據現場需要，現場道路部分采用砼道路，坑內臨時便道為鋪級配碎石路或磚渣，以方便運輸車輛行駛。

1.5.2 施工供電

泵站基坑開挖支護期間采用庫區內臨時接駁點接線，用于錨桿、鋼筋及臨時照明用電。空壓機及旋挖鉆機均采用油動式進行錨桿打設或圍護樁成孔；同時與當地用電管理局達成用電協議，安裝2臺630 kVA的變壓器，用于泵站區域后期用電。

1.5.3 施工用水

施工用水主要為灌注樁鉆孔、混凝土養護、支護、現場灑水降塵等用水。施工用水取自水庫水，在東側邊坡頂部施工空地設置100 m3高位水池，使用Ф75主管、Ф50副管沿邊坡或馬道施工線路滿布，每隔40 m布置三通，設置支管引至各施工點。

1.5.4 施工供風

泵站石方明挖約為53 000 m3，現場設置1臺20 m3電動空壓機、1臺20 m3移動式油動空壓機，作為泵站石方開挖及支護的施工供風，供風管采用50專用風管。

2 基坑開挖支護整體思路

鶴地泵站基坑土石方開挖結合廠區開挖自上而下分層、分區（縱向）、分段（橫向）開挖，邊坡隨著開挖逐層進行錨噴支護。表層土方開挖直接采用1~1.6 m3反鏟配合15~20 t自卸汽車裝自卸車直接挖除，邊開挖邊進行邊坡支護，邊坡地質條件較差的部位采用人工修整，避免機械擾動邊坡坡面。

基坑邊坡開挖擬“自上而下、分層分梯段”法進行爆破開挖支護，具體為邊坡上部小方量開挖區或大型露天液壓鉆機無法到達的部位，采用YT-28型手風鉆、QZJ100B型潛孔鉆等鉆孔設備進行爆破開挖，而在具備大型設備施工作業區，則采用ROCD7型液壓鉆機、CM-351型高風壓潛孔鉆機進行深孔梯段爆破；邊坡控制以深孔預裂爆破為主，當主爆區由手風鉆造孔采用淺孔梯段爆破時，則利用光面爆破技術進行邊坡控制。出渣采用1.0~1.6 m3液壓反鏟配合15~20 t自卸汽車運輸至臨時堆渣場或綜合利用。

主泵房四周土方回填，隨主體施工進度分區、分層回填。回填料采用其它就近部位開挖的合格渣料。土方回填前，需進行相應部位隱蔽工程驗收，相應部位混凝土結構要達到規定強度，土方回填時，采用人工配合反鏟鋪土、整平，振動碾碾壓壓實，靠近墻、進出水管外包混凝土1m范圍采用蛙夯、小型振動碾等小型機具夯實，回填的干密度符合設計要求。

3 施工技術要求

3.1 材料選用及要求

（1）HPB300為Ⅰ級鋼，fy=270 N/mm2，HRB400為Ⅲ級鋼筋，fy=360 N/mm2，鉆孔樁樁身混凝土強度等級為C30（要求水下混凝土塌落度為180~200 mm），冠梁、連梁混凝土為C30，鋼筋混凝土結構中的鋼筋材料應符合現行國家相關規范、規程的要求。

（2）施工中的鋼筋替換，須經設計單位的同意；嚴禁采用改制鋼筋或劣質鋼筋。

（3）縱向受拉鋼筋除注明處其余最小錨固長度為：HRB400（即Ⅲ級鋼）為35 d。

（4）樁、梁受力鋼筋連接方式宜采用綁扎連接接頭；嚴禁采用電渣壓力焊；加勁箍與主筋之間采用點焊（嚴禁燒傷主筋），主筋與箍筋之間可采用綁扎；縱向受力鋼筋機械連接接頭應相互錯開，受拉鋼筋接頭面積百分率≤50%，接頭應錯開35 d且不小于500 mm[1，2]。

（5）縱向受力鋼筋混凝土保護層：帽梁、腰梁不小于35 mm，當置于地面無墊層時不小于70 mm。

（6）焊條：電弧焊所采用的焊條，其性能應符合現行國家標準的規定，Ⅲ級鋼采用E50系列。

3.2 土方開挖施工技術要求

（1）基坑開挖應滿足下列規定：①施工荷載應按設計要求進行控制。②不應在鄰近建筑及基坑周邊影響范圍內堆放。③局部深坑宜在大面積墊層完成后開挖。④采取有效的降水與排水措施。

（2）預留20 cm厚土做圍護結構保護層。

（3）圍護結構周圍的地面超載不得大于設計限值。

（4）開挖到距離坑底300 mm時，應人工挖除，避免超挖。

（5）凡開挖的土方應隨挖隨運走，嚴禁堆積。

（6）應采取可靠的安全技術措施，避免基坑周邊相鄰工程樁基、基坑支護、土方開挖等施工作業與本次相互影響。

（7）應根據周邊監測數據，及時調整開挖的施工順序和施工方法。

4 施工方案

（1）明挖邊坡的支護在開挖過程中分層進行，按照馬道進行分層支護。

（2）開口線鎖口錨桿施工完成后才可開挖邊坡，上部臺階施工先于下部。錨桿、噴混凝土與開挖面高差≤10~15 m。

（3）松動部位清理工作應在開挖后，腳手架搭設及各類支護工作，應在開挖后嚴格按照順序進行。

（4）應先鉆孔再注漿插入錨桿，錨桿施工結束后，噴混凝土。

4.1 錨桿施工

4.1.1 錨桿施工工藝流程

錨桿施工工藝流程為：基面清理→測量放線→造孔→清孔→注漿→錨桿制作→安插錨桿→檢查驗收。

4.1.2 錨桿施工工藝

（1）造孔

1）開孔允許偏差為100 mm。

2）錨桿孔徑應大于桿體直徑20 mm 以上。

3）錨桿孔超深不宜大于100 mm。

（2）錨桿的注漿

1）錨桿注漿采用錨桿注漿機注漿，出口壓力≥1.0 MPa，輸送能力＞0.7 m3/h。

2）注漿工藝須經注漿密實性模擬試驗，合格后才可實施。

3）錨桿注漿應采用專用注漿設備，保證注漿飽滿，注漿密實度應不小于80%。

4）砂漿應拌和均勻，并嚴防石塊、雜物混入。

（3）錨桿施工方法

本邊坡錨桿長度為6 m，采用注漿機注漿。

（4）質檢與驗收

1）錨桿鉆孔規格的抽檢：對錨桿孔的鉆孔孔徑、深度和傾斜度進行抽查并作好記錄。

2）按施工圖紙規定的材質標準、抽檢數量進行錨桿性能檢測，出具檢測成果并報監理。

3）錨桿的注漿密實度檢測根據作業分區和現場實際情況確定范圍。

4）提交材質抽驗記錄、密實度試驗記錄、鉆孔記錄等資料，進行逐項驗收。

5）錨桿無損檢測：錨桿無損檢測采用聲波反射法進行檢測，內容包括錨桿長度和注漿飽滿度檢測，評價錨固質量。

6）錨桿抗拔力試驗：試件數量按每300根至少抽樣一組，每組≥3根。

4.2 土釘支護

泵站基坑右側采用三級鋼、間距2 000×1 500的土釘進行支護，土釘長度有9 m、10 m、12 m以及12.5 m，土釘支護采用“先安裝后注漿”的程序施工。

4.2.1 挖土及修坡

按規定分層、分段開挖，上層作業面開挖完成以后，才能進行下一層的開挖。

4.2.2 鉆孔

（1）干作業法：控制鉆進速度、把土充分倒出后再攏鉆桿。

（2）濕作業法：鉆進時不斷供水中洗，保持孔口水位，速度在300~400 mm/min之間。

（3）注意鉆進速度、壓力及鉆桿平直，待鉆至規定深度后繼續用水反復沖洗鉆孔中泥砂，直至溢出清水為止，然后拔出鉆桿[3]。

（4）鉆進深度應大于設計值，一般控制其大于設計值100~200 mm之間。

4.2.3 錨桿的安設

應焊接支撐環，為避免塌孔，鉆孔后應立即插拉桿。

4.2.4 錨桿的抗拔力檢測

試件數量按每100根至少抽樣一組，每組≥3根。

4.2.5 灌漿

注漿前將孔內雜土清除干凈。注漿為孔底壓力注漿，注漿壓力0.3~0.51 MPa，為防止產生干縮裂縫，可摻入一定量的膨脹劑,為提高水泥砂漿的早期強度，加速硬化，可摻入速凝劑或早強劑[4，5]。

4.3 噴混凝土施工

4.3.1 材料

用于噴射混凝土的水泥、砂石料、水、外加劑鋼筋網等應符合規范規定；材料配合比應試驗選定、并符合規定；應試驗確定速凝劑摻量。

4.3.2 施工準備

噴射混凝土施工準備工作內容及要求如表1所示。

表1 噴射混凝土準備工作一覽表

4.3.3 噴混凝土施工配合比

結合圖紙要求，試驗選定配合比，既要保證性能、又要盡量減少材料用量。

4.3.4 配料、拌和及運輸

采用6 m3混凝土罐車運輸，嚴防雨淋及雜物混入。

4.3.5 噴混凝土施工

噴混凝土采用拌合站集中拌制，骨料來自砂石加工系統供應。混凝土由6 m3混凝土罐車運至工作面，由TK600噴射機進行濕噴。準備工作后，噴射時應保持表面平整光滑，無干斑和滑移流淌現象；保持噴射機風壓穩定，中斷作業時，應將積料清除干凈；回彈率邊墻應不大于15%，終凝2 h后應噴水養護，一般不得少于14 d。

4.3.6 鋼筋網的使用

鋼筋網采用15 t載重汽車運輸至施工現場，在指定部位布設，間距為200 mm，鋼筋采用直徑為8 mm的光圓鋼筋（I級鋼筋）。

4.3.7 明挖邊坡噴射混凝土施工注意事項

支護作業前將邊坡，自下而上分段依次噴射；嚴禁在松散土面噴射混凝土。

5 結論

綜上，為保障引調水工程泵站建設實施的質量，必須在充分掌握工程區域地質等基本條件的基礎上，依據水利工程質量要求制定科學合理、安全可靠的基坑開挖支護施工方案，同時還要保證施工中加強質量管控、使各項參數滿足設計要求。總而言之，科學合理、安全可靠的基坑開挖支護施工方案不僅能夠保障泵站的質量、延長使用壽命，還能使工程創造出更高的經濟和社會效益，為國家經濟、社會穩定、生態平衡注入源源不斷的活力。