污水廠深基坑支護(hù)及止水方案分析

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摘要：污水處理廠對(duì)于改善城市環(huán)境、提高居民生活質(zhì)量發(fā)揮了重要作用。城市污水處理廠基坑支護(hù)施工對(duì)保證污水廠結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性具有重要作用。本文結(jié)合興寧污水廠深基坑支護(hù)案例，研究了深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與止水方案。

關(guān)鍵詞：污水廠；深基坑支護(hù)；止水方案

1.引言

城市污水廠深基坑施工過(guò)程周期長(zhǎng)，施工難度大，尤其是遇到軟土地基時(shí)，一旦施工不當(dāng)，極有可能引發(fā)安全事故。因而，現(xiàn)階段在污水廠的設(shè)計(jì)、施工期間，要加強(qiáng)對(duì)深基坑支護(hù)技術(shù)的研究與應(yīng)用，施工期間合理應(yīng)用止水措施與方案，提高污水廠整體施工質(zhì)量。

2.工程概況

興寧市污水處理廠新建進(jìn)水泵站工程（包括4-1粗格柵及提升泵站、4-2除臭系統(tǒng)）地處廣東省興寧市，所選廠址交通便利。新建進(jìn)水泵站工程占地面積為371.90m2，其中4-1粗格柵及提升泵站占地面積291.90m2，規(guī)格10×104m3/d，鋼筋砼結(jié)構(gòu)；4-2除臭系統(tǒng)占地面積80.00m2，規(guī)格10×10*m3/d，鋼筋砼結(jié)構(gòu)。提升泵站水池與廠外管網(wǎng)相連，管徑為1.8m，流水面標(biāo)高為-12.5m，外管網(wǎng)采用頂管施工，直接頂進(jìn)基坑內(nèi)，與提升泵站內(nèi)的管網(wǎng)相連。

3.工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

3.1工程地質(zhì)條件

通過(guò)前期開(kāi)展鉆孔勘測(cè)工作，發(fā)現(xiàn)擬建場(chǎng)地自上而下分布著三個(gè)不同的巖土層：其一，為人工填土層（Q4ml）。該層主要以素填土為主，呈現(xiàn)灰褐色、紅褐色以及淺灰色等。素填土層有著松散、可塑的特性，主要成分為粉質(zhì)黏土。該層全部鉆孔有揭露，層厚1.00m~3.00m，平均值2.01m，層頂埋深0.00m，層頂標(biāo)高107.81m~108.51m。其二，沖積層（Q4al）。該層自上而下以此為粉質(zhì)黏土層、中砂層、礫砂層。其中，粉質(zhì)黏土層呈現(xiàn)黃褐色、黃灰色，可塑，黏、韌性中等，干強(qiáng)度中等，局部夾薄層粉土及淤泥質(zhì)土，該層頂部0.50m為耕植土。該層全部鉆孔有揭露，層厚2.50m~6.80m，平均值4.38m，層頂埋深1.00m~3.00m，層頂標(biāo)高105.11m~107.45m。中砂層主要呈現(xiàn)淺黃色、灰黃色。該層土顆粒較為均勻，分布著石英、云母等礦物，巖心呈散狀。中砂層層厚介于1.30m到6.00m之間，平均值土層厚度為3.00m，層頂埋深4.30m~8.00m，層頂標(biāo)高100.08m~103.92m。礫砂層呈現(xiàn)灰黃色與灰白色?？睖y(cè)工作發(fā)現(xiàn)，礫砂顆粒不均勻，主要以石英巖為主，其粒徑主要介于2mm到20mm之間，比例占到40%左右。其三，白堊系基巖層（K），按風(fēng)化程度的不同分2亞層進(jìn)行描述。該層上部為強(qiáng)風(fēng)化的泥質(zhì)粉砂巖層，層頂埋深11.40m~15.10m，層頂標(biāo)高93.25m~97.05m。下部為中風(fēng)化的泥質(zhì)粉砂巖層，該層全部鉆孔有揭露，揭露層厚6.20m~15.50m，平均值9.31m，層頂埋深14.10m~23.60m，層頂標(biāo)高84.77m~94.22m。

3.2水文地質(zhì)條件

由于受到當(dāng)?shù)貧夂驐l件與地質(zhì)水文等因素的影響，擬建場(chǎng)地主要分布著地表水和地下水。其中，地表水大多通過(guò)降水補(bǔ)給，地下水主要分布在第四系堆積層中，類(lèi)型主要以上層滯水以及孔隙潛水為主。

4.深基坑支護(hù)及止水方案研究

4.1基坑支護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算

興寧污水廠深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與計(jì)算共分為以下兩個(gè)單元：支護(hù)樁單元、內(nèi)支撐單元。其中，支護(hù)樁單元計(jì)算的信息如下表1所示。

4.2支護(hù)樁開(kāi)孔與止水方案設(shè)計(jì)

在進(jìn)行支護(hù)樁開(kāi)孔方案設(shè)計(jì)期間，將頂管中心位置坐標(biāo)定為X=67.409、Y=298.973、Z=-11.6,頂管直徑為2.5m，軸線方向?yàn)?6°，下圖1為開(kāi)孔范圍示意圖。由于基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土樁+素混凝土樁，頂管機(jī)械無(wú)法直接由坑外頂入基坑內(nèi)部，因此支護(hù)樁段需人工進(jìn)行開(kāi)孔，開(kāi)孔以頂管中心位置為圓心，直徑為2.55m為直徑，沿頂管軸線方向開(kāi)孔?；油獠客馏w旋噴樁施工完并且達(dá)到相應(yīng)強(qiáng)度后，在開(kāi)孔范圍內(nèi)均勻布置四個(gè)點(diǎn)進(jìn)行試鉆，鉆孔直徑為48mm，沿軸線方向傾斜鉆進(jìn)2m，觀察是否有水涌出，如出水量較大則及時(shí)堵塞，并對(duì)基坑外部繼續(xù)施工旋噴樁，直至試鉆孔出水量在可控范圍，方能對(duì)支護(hù)樁進(jìn)行大面積開(kāi)孔，開(kāi)孔采用水鉆方式。開(kāi)孔對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)會(huì)有一定的影響，采用14mm厚、2.5m直徑圓管支撐支護(hù)樁，圓管與開(kāi)孔側(cè)壁間的空隙注入聚氨酯泡沫填縫劑填充，基坑內(nèi)側(cè)圓管端部設(shè)置14mm厚堵水盲板，以防頂管頂入后有大量水流涌入。

4.3地下水的排除與止水方案

上文中提到，通過(guò)開(kāi)展勘察工作發(fā)現(xiàn)，擬建場(chǎng)地的地下水主要賦存于第四系堆積層，且類(lèi)型主要以上層滯水為主，同時(shí)還有少量的孔隙潛水以及基巖裂隙水。一方面，對(duì)于上層滯水，主要賦存于素填土層，來(lái)源包含大氣降水和滲透水。具體止水工作中，可以根據(jù)填土層的自重壓實(shí)狀況，采用重力作用下滲的方式進(jìn)行排除。還可以借助地表蒸發(fā)以及植物蒸騰作用等方式排入到大氣中。另一方面，對(duì)于孔隙潛水，大多分布在擬建場(chǎng)地的中砂、礫砂層中，主要補(bǔ)給方式為大氣降水，還有一部分為周?chē)乇硭疂B入。由于中砂層于礫砂層有著較強(qiáng)的透水性，因而孔隙潛水的排除有著一定的難度。具體施工中，排泄方式與上層滯水的排除方式相同。

4.4土體加固方案設(shè)計(jì)

頂管入口處土體約含10m厚的砂層，透水性極強(qiáng)。頂管進(jìn)入基坑時(shí)，若不提前加固處理極易發(fā)生流砂、涌水，造成基坑被淹及地面塌陷。施工期間，為保證頂管頂施工工作的順利開(kāi)展，對(duì)入口處周?chē)耐馏w做出了相應(yīng)的加固處理。以頂管中心點(diǎn)與支護(hù)樁的交點(diǎn)為中心，沿軸線方向加固5m長(zhǎng)，橫向加固至頂管邊緣兩側(cè)各2.5m，橫向?qū)挾瓤傞L(zhǎng)為7.5m，為充分保證加固效果，加固深度為14.9m（強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖與礫砂的交界面）。頂管入口附近采用高壓旋噴樁加固土體，旋噴樁采用Φ800@400三管旋噴樁，共計(jì)施工268根。考慮到樁體類(lèi)型的不同，在進(jìn)行旋噴樁施工時(shí)所用的水泥用量存在差異，其中，實(shí)樁的水泥用量為390kg/m，空樁的水泥用量為90kg/m。施工之前，組織現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行試樁，對(duì)于樁體的加固效果做出全面的分析，進(jìn)而可以對(duì)旋噴樁的各項(xiàng)重要參數(shù)做出實(shí)時(shí)的調(diào)整。試樁工作發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)加固處理后的土體有著良好的強(qiáng)度和均質(zhì)性效果。其中，實(shí)樁樁體在施工后28天的檢測(cè)工作中發(fā)現(xiàn)，無(wú)側(cè)向抗壓強(qiáng)度能夠達(dá)到0.8MPa以上，滲透細(xì)數(shù)不超過(guò)1.0×10-8cm/s。

4.5施工工藝

本次施工中主要采用旋噴法施工技術(shù)，其主要流程為測(cè)量定位、成孔以及噴射作業(yè)。首先，對(duì)于測(cè)量定位而言，參與測(cè)量的技術(shù)人員要嚴(yán)格根據(jù)施工圖做好放樣，并在現(xiàn)場(chǎng)做好標(biāo)志，只有確保旋噴機(jī)的定位準(zhǔn)確，后期施工才能有序開(kāi)展。其中，放樣誤差要控制在5cm以內(nèi)。其次，就要著手開(kāi)展成孔工作。鉆機(jī)成孔環(huán)節(jié)中，為了降低施工對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的擾動(dòng)和壓力，應(yīng)確保旋噴樁的垂直度（誤差≤0.5%），使得施工期間產(chǎn)生的壓力能夠垂直的釋放。施工時(shí)，引孔直徑確定為125mm。成孔深度應(yīng)比設(shè)計(jì)圖紙中的孔深大0.5m。需要注意的是成孔施工應(yīng)保證鉆機(jī)有著堅(jiān)實(shí)的支撐條件，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙中的鉆孔中心位置進(jìn)行放樣，并確保水平誤差控制在2cm以內(nèi)。最后，要著手開(kāi)展噴射作業(yè)。當(dāng)施工現(xiàn)場(chǎng)的旋噴機(jī)架設(shè)完成之后，應(yīng)確保自然懸吊條件下的噴管中心與孔心在一條垂直線上，二者之間的誤差要控制在1/2孔徑之內(nèi)。這樣一來(lái)，才能確保下管以及提升、旋噴注漿等工作的有序開(kāi)展。下管之前，要對(duì)噴嘴和噴漿口進(jìn)行檢查，使得漿體能夠順利地噴出。當(dāng)噴管下放到設(shè)計(jì)深度以下10cm的位置時(shí)，開(kāi)始拌送水泥漿，接通水泥漿管、高壓氣管，開(kāi)動(dòng)高壓泵、泥漿泵、空壓機(jī)和鉆機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)噴射，并用儀表控制壓力、流量和風(fēng)量，當(dāng)分別達(dá)到預(yù)定數(shù)值時(shí)開(kāi)始提升。如果噴注施工過(guò)程中發(fā)生設(shè)備故障，或遇到緊急情況無(wú)法繼續(xù)施工，那么重新噴射施工時(shí)，要將噴管下放20cm，之后重新噴注，確保樁體的連續(xù)性和強(qiáng)度。其中，下圖2為旋噴法施工工藝流程。

4.6施工要點(diǎn)分析

首先，施工前要做好擬建場(chǎng)地的平整工作，并根據(jù)排水要求設(shè)置相應(yīng)的排漿溝。上述工作結(jié)束后，著手開(kāi)展鉆機(jī)定位。這一過(guò)程中，要確保鉆機(jī)水平安放，鉆桿的垂直度要控制在1.5%之內(nèi)。本次施工期間，主要使用的是三重管法施工技術(shù)，并采用自下而上的注漿方式。為確保施工質(zhì)量與進(jìn)度，注漿管采取分段提升的方式，相鄰注漿管的搭接長(zhǎng)度控制在200mm。其次，旋噴管在插入之前，要對(duì)空氣噴射狀況與高壓水噴射狀況檢查，保證每個(gè)部位的密封圈性能良好。噴射管插入之后，要做好高壓射水試驗(yàn)，試驗(yàn)合格才能開(kāi)展注漿工作。如果試驗(yàn)出現(xiàn)塌孔問(wèn)題，可使用低壓（0.1到2MPa）水進(jìn)行處置。為合理設(shè)定噴嘴直徑以及噴射壓力等重要參數(shù)，在正式噴射注漿之前，要做好現(xiàn)場(chǎng)試噴試驗(yàn)。噴漿工作開(kāi)始之后，要先噴射高壓水，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，再向噴射管中輸送水泥漿以及壓縮空氣。一般來(lái)說(shuō)，壓縮空氣的輸送可滯后30s進(jìn)行。當(dāng)噴射管抵達(dá)樁底時(shí)，可采取邊旋轉(zhuǎn)、邊噴射的方式，并持續(xù)1min之后再進(jìn)行提升。另外，噴射注漿結(jié)束后，要立即使用清水進(jìn)行噴射管的沖洗，以防出現(xiàn)凝固、堵塞等問(wèn)題。相鄰兩個(gè)樁體的噴射施工間隔應(yīng)大于48h，并且相鄰兩個(gè)樁體之間的間距應(yīng)超過(guò)4到6m。此外，施工過(guò)程中技術(shù)人員應(yīng)做好現(xiàn)場(chǎng)記錄工作，尤其對(duì)于測(cè)量定位以及所用漿液的配比參數(shù)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況做好記錄。同時(shí)，還要對(duì)施工期間的噴漿壓力以及噴射管提升速度等參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的記錄。現(xiàn)場(chǎng)人員、設(shè)備以及施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)、水文條件都可能對(duì)施工工作的順利開(kāi)展造成影響，因而施工期間要密切關(guān)注各方情況，防止意外的發(fā)生。

5.結(jié)語(yǔ)

在開(kāi)展深基坑支護(hù)施工期間，首先要做好前期的勘察工作，包括巖石參數(shù)、土質(zhì)、地下情況等，為基坑技術(shù)的合理施工提供保證。一旦發(fā)現(xiàn)不符合要求的施工現(xiàn)象，應(yīng)立即采取措施進(jìn)行處置。具體施工環(huán)節(jié)中，要嚴(yán)格按照規(guī)范與設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工，并配合相應(yīng)的止水措施，確保施工工作的有序開(kāi)展。

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作者：邱宇 單位：廣東省有色礦山地質(zhì)災(zāi)害防治中心