某污水厂粗格栅及进水泵房基坑支护设计

许凤光

为满足城市污水处理要求,某市在郊区新建一污水处理厂,由于该工程中粗格栅及进水泵房开挖深度为8.0 m～10.4 m,而且工期制定极为紧张,因此对粗格栅及进水泵房的基坑支护成为该污水处理厂的控制工程。本文以该工程为例,对特殊条件下基坑支护设计与施工应用进行了探讨。

1 工程概况

该污水厂粗格栅及进水泵房平面布置如图1所示,图1中所标为基底绝对标高,该处地面标高为25.450 m,粗格栅及进水泵房基坑开挖深度分别为8.05 m和10.40 m;进水泵房北侧拟建为细格栅间,该建筑物为独立柱基础,基底埋深1.65 m,与进水泵房相距仅2.7 m。该工程场地位于城郊空旷区域,周围无其他建(构)筑物和地下管线影响。

2 工程地质与水文地质

根据场地的岩土工程勘察报告,该场地地层主要为第四系黏性土、粉土组成,地表分布有0.30 m～0.40 m耕土为耕地,地形基本平坦,现对基坑支护设计有影响的土层详述如下:①耕土:黄褐色,可塑,稍湿,主要为黏性土,含植物根系,土质较松散。厚度0.20 m～0.80 m,平均0.46 m。②粉土:褐黄色,稍密,稍湿～很湿,含氧化铁及云母片,摇振反应迅速,无光泽反应,干强度低,韧性低。厚度0.70m～4.90 m,平均2.60m,层底埋深2.20 m～6.00 m,平均 4.96 m。②-1粉质黏土:黄褐色,可塑,含氧化铁,局部夹黏土薄层,无摇振反应,稍具光泽反应,干强度中等,韧性中等。厚度0.50 m～4.20 m,平均1.93 m。③粉质黏土:黄褐色,可塑,含氧化铁,无摇振反应,稍具光泽反应,干强度中等,韧性中等。厚度0.50 m～2.60 m,平均 1.42 m,层底埋深 5.00 m～7.30 m,平均6.41 m。④粉土:褐黄色,稍密～中密,湿,含氧化铁及云母片,摇振反应迅速,无光泽反应,干强度低,韧性低。厚度0.40 m～2.00 m,平均1.01 m,层底埋深7.00 m～8.20 m,平均 7.42 m。⑤粉质黏土:灰褐色,可塑,局部软塑,含有机质,偶见粒径0.5 cm姜石,无摇振反应,稍具光泽反应,干强度中等,韧性中等。厚度1.50 m～4.00 m,平均2.59 m,层底埋深9.40 m～11.00 m,平均10.01 m。⑥含姜石粉质黏土:灰褐色～棕黄色,可塑～硬塑,含粒径0.5 cm～3 cm姜石2%～5%,局部富集含量较高,无摇振反应,稍具光泽反应,干强度中等,韧性中等。厚度5.80 m～10.30 m,平均 8.08 m,层底埋深18.10 m～20.50 m,平均19.40 m。以下土层情况此处省略,同时,根据勘察报告,场地地下水为第四系孔隙潜水。勘察期间,测得钻孔内静止水位埋深为2.40 m～3.10 m,平均值2.71 m。

3 基坑支护设计

3.1 总体方案确定

该基坑支护设计主要涉及两个重要问题:

1)由于该基坑四周无建(构)筑物和地下管线影响,因此可以考虑采用直接放坡并挂网喷护,但是基坑部分位置开挖深度超过10 m,且场地土层以可塑为主,还有部分土层为软塑,因此是采用一个坡度还是采用不同的坡度以及是否需要再结合进行土钉支护,以上问题在进行放坡设计时需要谨慎确定,另外需要注意坡度过大也会造成土方量大增。

2)该基坑工程另一个重点是进水泵房北部将要施工细格栅间,该结构物距进水泵房仅2.7 m,若进水泵房北侧边坡放坡开挖,只有在该基坑回填之后方可进行细格栅间的施工,从而影响细格栅间的施工进度;另外,细格栅间为独立基础框架结构,该结构将同时位于基坑回填土和原状土之上,极易造成不均匀沉降,导致上部结构开裂。

针对该基坑设计中以上两个重点问题,依据安全第一、经济合理、技术先进的原则,经综合考虑,制定以下基坑支护方案,其总平面图如图2所示。该基坑工程共分为3个支护剖面,1—1剖面为粗格栅部位,2—2剖面为进水泵房东西两侧剖面,3—3剖面为进水泵房北侧剖面,其中1—1剖面和 2—2剖面均采用放坡支护,3—3剖面垂直开挖,采用超前支护微型桩加复合土钉支护。为避免基坑开挖阳角出现,将粗格栅与进水泵房交角部分挖除,基坑开挖底边线如图2所示。

3.2 深基坑放坡支护方案

该基坑1—1剖面和2—2剖面支护方案相同,区别仅是2—2剖面深度增加了2.4 m,此处以2—2剖面为例介绍深基坑大放坡支护方案,其支护剖面如图3所示。

该方案首先对上部3.5 m土体进行 1∶1放坡,放坡后设置一宽度2.0 m的平台,进一步消减上部土方荷重,对下部土体按照1∶1.2进行放坡,根据计算能够满足基坑整体稳定性安全系数。虽然该场地土质以可塑粉质黏土和粉土为主,经过基坑降水,土体抗剪强度能够稍微提高,使基坑安全可靠度进一步增强。

3.3 微型桩复合土钉支护方案

为了不影响该基坑北侧细格栅间的施工,或者影响细格栅间地基质量,对进水泵房北侧边坡采用垂直开挖,由于基坑开挖深度达到10.4 m,采用柔性支护,即微型桩复合土钉墙支护方案。

除去施工工作面,基坑北侧已基本无放坡空间,故采用微型钢管桩联合复合土钉进行支护,钢管桩桩径220 mm,内置直径89 mm钢管,采用钻机成孔后注浆方式施工。共布置6排土钉(锚杆),其中第二排为预应力锚杆,采用型钢作为腰梁,约束边坡的整体变形,该预应力锚杆能够对边坡施加一定的主动约束,进一步增强基坑边坡的稳定性。

4 基坑降水设计

由于该场地静止水位埋深为2.40 m～3.10 m,需进行降水施工。根据现场条件,周围无建(构)筑物,可以采用管井降水,降水后的地下水位距离基坑底不小于0.5 m。粗格栅及进水泵房基坑共布置降水井17眼,基坑外侧12眼,基坑内侧疏干井 5眼;降水井水平间距10 m,降水井深度20 m,周边部位的降水井中心布置在基坑顶部1.0 m处,基坑内部降水井中心距内侧支护边缘0.5 m。降水管井成孔直径700 mm,滤管采用内径400 mm的无砂水泥滤管,滤料采用直径5 mm～10 mm的干净石子,井底密封。井口高出现场地坪200 mm,降水井上部1 m处用黏土填充夯实,井孔、井管间空间用石硝或中砂填充密实,下井管要连续及时,填充完成后及时抽水洗井,补充填充料防止井口塌陷。沿基坑内部周围设置排水沟,其尺寸为300 mm×300 mm,内填碎石,沿基坑四周每10 m设置一集水井,尺寸为500 mm×500 mm,井深不小于1.0 m。

5 结语

基坑支护设计不仅需要考虑其周围建(构)筑物情况及地质情况,还需要结合相邻建筑的施工工期和对地基的要求,保证同时开工的建筑物都能顺利施工。通过该污水厂粗格栅及进水泵房基坑支护设计,充分体现了因地制宜,深基坑大放坡方案中设置中间平台、采用二级放坡,垂直开挖采用超前支护微型桩复合土钉支护,以上支护方案经实际施工表明,基坑边坡稳定,保证了细格栅间的正常开工和地基基础安全,同时满足了该污水厂整体施工工期要求,可为类似工程提供较好的借鉴作用。

[1]JGJ 120-99,建筑基坑支护技术规程[S].

[2]宋福渊,刘小刚,程学军.建筑深基坑降水设计与施工[J].施工技术,2007,31(2):99-100.

[3]许国敏,赵其华,汤维武.某基坑支护结构设计研究[J].岩土工程界,2006,9(10):44-46.

[4]王志新,卜晓翠.深基坑支护的设计与施工[J].山西建筑,2007,33(9):112-113.