沿海地下建筑物基坑降水开挖及支护

王金超，刘 伟

（1.中国水利水电第十三工程局有限公司，天津 300384；2.山东省胶东调水局胶州管理处，山东 胶州 266300）

也门穆卡拉弗瓦哈城市污水管网工程，位于弗瓦哈市南部，距海边最近的施工区域离海岸线仅10余米。施工内容包括长度约70km的uPVC污水管道铺设及2963个人孔井的制作、安装；两个污水提升泵站的建造及设备安装。两个污水提升泵站为20 A,20B，位于沿海公路和海岸之间，泵站所在位置的地下水位在高程1.3m左右，海面水位平均高程为1.4m。根据地质勘探报告，泵站处的地层主要为细粉沙并有少量砾石层夹在其中。该处气候干燥、降雨偏少、多风。

1 施工特性分析

1）基坑开挖难度大：泵站20A和20B的地面高程分别为6.1m和4.8m，泵房开挖深度分别达9.1m和8.5m。因泵站的土质为细沙，加之地下水位高很难直接开挖成型，需采取支护和降低地下水的措施。基坑支护与开挖需交叉进行，较深基坑土用挖掘机直接开挖，自卸车配合外运。

2）采用井点降水法降低地下水位。该方法是在基坑的周围埋下深于基坑底的管井，每个井单独抽水，使地下水位下降形成一个降落漏斗，并降低到坑底以下0.5～1m，从而保证可在干燥无水状态下挖土，不但可防止流沙、边坡失稳等问题，且便于施工。

3）采用钢板桩作为支护结构。钢板桩适用于软弱地基和地下水位高的地区。

2 基坑降水施工

根据地质勘探报告，泵站现场地质为均质细沙，土质松散、灰色，表面土料湿润，地下水位以下土料饱和。经勘查分析泵站20A和20B处的土壤渗透性很高，故采用井点降水的方式进行降水，滤水井管采用无砂管井。无砂管井布置简单，可一次到位，不用重复布井，且排水管路对场内施工道路影响较小。

2.1 基坑涌水量计算

本工程属于均质含水层潜水非完整井，近河基坑降水，含水层厚度很大，涌水量按下列公式计算：

式中Q为基坑涌水量；k为土壤的渗透系数；s为基坑水位降深；l为井中水深；b为海水至基坑断面中心的距离；r为基坑等效半径。

按照上述公式进行基坑涌水量计算时，涉及到基坑等效半径r如何确定的问题。因本工程基坑为矩形，其等效半径可按下式计算：

式中a、b分别为基坑的长短边长（m）。经计算，基坑的最大涌水量为32.8m3/h。

2.2 降水井结构设计

井管采用无砂混凝土滤水管，管外径520mm，管内径420mm，无砂管井采用粒径为5～10mm的细卵石加水泥按6∶1左右比例预制，强度大于2MPa，每节长1m左右。

2.3 降水井的布置

根据计算的基坑最大涌水量，降水井按图1形式布置，以满足降水需要：无砂管井布置在基坑外围，间距为10m，共6口井，降水井深度为13m。

图1 泵房降水井平面布置图

2.4 水泵型号及数量

本工程中水位降深要求约在5m，故水泵选用型号为IS8050200的潜水泵，其功率3kW、扬程25m、流量20m3/h。按每口井配备1台水泵，基坑最大涌水量为32.8m3/h，6台潜水泵总抽水能力达120m3/h，考虑到抽水时的不定因素、海水水位变化及管井的现场布置情况，潜水泵的抽水能力完全可以满足降水需要。水泵放于降水井管内，距井盘底座约0.5m，用钢丝绳或粗麻绳固定于井面，通过4寸水笼带将水从井中提到地面排掉。

2.5 降水井的施工

本工程中采用冲击式成孔钻机冲击成孔，泥浆护壁，钻孔直径≥无砂管井的直径+20cm，孔口设置护筒，以防孔口塌方，并在一侧设排泥沟、泥浆坑。成孔后立即清孔，并安装无砂管井，下入的第一口无砂管井井底用混凝土封住，管井与管井接头处用土工布包裹，接头外面夹木板用10号铅丝扎牢，以免接缝处挤入泥沙淤塞管井。管井与土壁之间用3～15mm粒径碎石填充作为过滤层。地面以下0.5m范围内用黏土填充夯实。安装水泵前，采用灌入稀泥浆用吸水泵抽出置换的方法冲除沉渣，直到井管内排出的水由浑变清，达到正常出水量为止。

2.6 降水运行管理

管井施工完成后，对管井设置明显标志，以防破坏。投入正常运行后，尽量做到不停机，不使水位反弹。降水井设专人管理，定时检查降水井水位和水泵运行情况。如有异常情况，立即进行处理。降水井运行完毕后进行封井，井内回填砂料、灌水使其密实。

3 钢板桩施工

本工程中采用拉森式（U形）钢板桩。

3.1 施工准备

1）一般要求。钢板桩的设置位置应便于基础施工，即在基础结构边缘之外并留有支、拆模板的余地。钢板桩的平面布置形状，应尽量平直整体，避免不规则的转角，以便充分利用标准钢板桩和便于设置支撑。钢板桩施打前，应将桩尖处的凹槽底口封闭，锁扣应涂油脂。

2）钢板桩检验。主要进行外观检验包括表面缺陷、长度、宽度、高度、厚度、端头矩形比、平直度和锁口形状等项内容，检查中要注意：对打入钢板桩有影响的焊接件要予以割除；有割孔、断面缺损的予以补强；钢板桩有严重锈蚀的予以剔除。

3）钢板桩的矫正。钢板桩的矫正有:①表面缺陷矫正；②端部矩形比矫正；③桩体挠曲矫正；④桩体扭曲矫正；⑤桩体截面局部变形矫正；⑥锁口变形矫正6种方法。

4）钢板桩吊运及堆放。装卸钢板桩宜采用两点吊，吊运及堆放时应注意保护锁口免受损伤。

3.2 钢板桩施工

1）打桩机械的选择。钢板桩常采用锤击打入法、振动打入法等施工方法。根据不同的施打方法应采用相应的打桩机械。在选择打桩机械型号时，应考虑工程地质，现场作业环境，钢板桩形式、重量、长度、总数量等具体条件，以便选用机械适用、经济、安全。本工程采用锤击打入法，振动锤选用DZ30振动锤，钢板桩吊起设备选用16t吊车。

2）钢板桩的打设:钢板桩打设桩顶标高按±100mm控制，板桩轴线偏差按±100mm控制，板桩垂直度按1%控制。打设时先用吊车将钢板桩吊至插桩点处进行插桩，插桩时锁口要对准，每插入一块即套上桩帽,轻轻加以锤击。在打桩过程中，使用吊垂保证钢板桩的垂直度。

3）转角和封闭合拢:钢板桩的转角和封闭合拢采用骑缝搭接法，利用选用的钢板桩作闭合板桩，打设于板桩墙闭合处。闭合板桩应打设于挡土的一侧。

4）问题处理:在砂层中打桩时出现的问题主要为阻力过大不易贯入，原因主要有两方面，一是在坚实的砂层中沉桩，桩的阻力过大；二是钢板桩连接锁口锈蚀、变形，入土阻力大。对第一种情况，拌以高压冲水，不要用锤硬打；对第二种情况，加以除锈、矫正，以减少阻力。

5）钢板桩拔除:钢板桩拔除采用振动锤，16T吊车配合使用。基坑内建筑物施工结束后，钢板桩与建筑物间空隙用开挖料进行回填，尽量使钢板桩两侧土压平衡，有利于拔桩作业。拔桩后，灌水密实回填料。

4 土方施工

降水井施工完毕后即可开始基坑开挖工作。

1）上层土方开挖:地面以下2m的土方采用推土机推出基坑开挖线外即可。

2）深层土方开挖:用挖掘机开挖，15T自卸车外运的方法进行。基坑土方开挖时，协同钢板桩支护一同进行，并时刻注意观察基坑稳定及地下水降水情况，如有异常情况，及时采取相应措施。

5 结语

沿海地下建筑物的施工相比较于地上建筑物来说，困难在于需要采取降水、支护的措施来完成开挖基坑的工作，降水和支护工作又受建筑物所在位置的地下水位、地质情况以及气候环境的影响。本文介绍了降水和支护方式中的最通用的一种，在实际工程中，需根据现场实际情况确定降水及支护的方式，以满足工程质量和进度要求。