永幸河泵站拆除重建中的基坑施工技术问题与措施

陈方葵，何　俊，孔维本

(1.安徽水安建设集团有限公司，合肥　230000；2.安徽水利水电职业技术学院，合肥　230000)



永幸河泵站拆除重建中的基坑施工技术问题与措施

陈方葵1，何俊2，孔维本1

(1.安徽水安建设集团有限公司，合肥230000；2.安徽水利水电职业技术学院，合肥230000)

摘要：介绍了永幸河泵站重建工程在整个施工过程中需解决的问题与采取的措施。采取支护、截渗、控制降水、小石子袋固脚排水法、坡面防护等技术措施，保证了新泵站顺利、安全施工，老泵站继续正常、安全运行，取得了明显的经济效益。

关键词：支护；截渗；小石子袋固脚排水；降水；观测

1工程概况及地质情况

1.1泵站简介

淮北大堤饶荆段的淮南市凤台县永幸河泵站是一座大型排灌枢纽控制工程，位于安徽省淮河北岸，距凤台县城北约1km的永幸河入淮河口处，1978年6月建成并发挥效益。它是永幸河灌区的骨干控制工程。整个枢纽由节制闸、防洪闸、泵站及出水涵组成，具有自排、抽排、抽灌以及通航等功能。灌溉提水源为淮河，排涝时由永幸河抽排入淮。受建设期间各种条件限制，泵站抽、排水为侧面进水，泵房地下结构多为少筋或砌石结构、厂房为砖混结构。经30多年运行，厂房地面、墙面、屋面多处开裂，对泵站的安全运行已构成威胁。机组老化、能耗增加、效率逐年下降，更无法满足永幸河灌区灌排的新需求。根据安徽省淮河流域重点平原洼地治理规划要求，永幸河老泵站除淮北大堤上的节制闸及部分闸室外，其余建筑物全部拆除重建。永幸河灌区面积560 km2，耕地55万亩，新建永幸河泵站设计抽排流量为80 m3/s，设计灌溉流量40 m3/s，泵站装机5台，单机容量为1 250 kW，总装机容量6 250 kW。

1.2工程地质与水文地质条件

(1)地层岩性，根据地质勘探报告新建泵站位置大致分为三层，在高程12.53～22.56 m为轻粉质壤土夹砂壤土，高程4.13～10.30 m为中粉质壤土，高程2.59 m以下为极细砂。

(2) 水文地质条件， 本区地层地下水以孔隙承压水为主,主要储藏于极细砂层中。轻粉质壤土夹砂壤土存在上层滞水，均受大气降水补给。水位埋深与淮河、永幸河水位有密切水力联系。

2新泵站施工中的几个问题

新建泵站施工分为二期，总工期为两年。一期工程新建泵房、压力水箱、穿堤涵洞、防洪闸、部分灌溉涵等。二期工程新建进水前池、上闸、部分灌溉涵、右侧挡土墙、变电站等。拆除老泵站、老上闸。受地形、周边建筑物限制，新建泵站布置于老泵站与永幸河管理总站办公室，净宽仅91.20 m空地之间，新泵站厂房净宽41.38 m，其中老泵站厂房外缘距离新建泵站厂房外缘水平距离14.82 m，管理站办公楼距离新泵站厂房35.10 m，为保障永幸河灌区55万亩农田及560 km2的灌排需要，一期工程建设期间，老泵站仍然需要维持运行一个灌排期。二期工程上闸及前池护底开挖后，其边缘右侧距公路30.5 m，左侧距民房11 m。民房基础地面高程20.17 m。故工程建设面临下述技术问题。

2.1基坑开挖和施工安全

受地形和周边建筑物限制，新建泵站布置于老泵站左侧，新老泵房外缘间的水平净间距仅为15 m。老厂房外地面在23 m高程，厂房顶在29～30.5 m高程，新建泵站为深基坑，最低开挖至8.5 m高程，最大垂直高差达22.0 m。在间距小、高差大的场地上，工程建设面临既要保障老泵站房、机组的安全运行，又必须保证基坑开挖和施工安全的问题。

2.2变压器的稳定安放

老泵站供电的原变电站，受基坑开挖影响，除老泵站的变电站开关站移走外，3台各重约8 t的变压器则无法另行置放，只能安置在基坑上口开挖边线于老厂房水平相距3 m的原地面上。受老厂房距新建厂房水平距离15 m限制，在老泵站拆除前，无论何时、何种气候条件下，基坑边坡必须始终保持在1∶1.75的坡比范围以內，否则基坑开挖后必将对变压器的稳定安放施工构成重大安全威胁。

2.3孔隙承压水水位控制

地质勘探表明，高程2.59 m以下为极细砂层，内存孔隙承压水。新建泵站基础需要开挖到8.5 m高程，基础开挖后，为防止孔隙承压水可能对8.5 m高程以下的原状土层造成渗透破坏，设计要求布置深井降低孔隙承压水水位。承压水位降得过多，对基坑内原状土层(持力层)不会造成渗透破坏，但有可能引起老泵站及周边建筑物产生不均匀沉降，从而造成泵房开裂、机组偏移等安全问题；承压水位降得过少，有可能降低老泵站及周边建筑物产生的不均匀沉降，但对基坑内原状土层(持力层)造成渗透破坏的可能性增加。因而存在孔隙承压水水位降至多少最为适宜问题。

2.4办公楼、小区住宅楼的安全

根据地质勘探报告，从13.0～22.5 m高程为轻粉质壤土夹砂壤土。该种土质在基坑开挖过程中，土层中的颗粒会在上层滞水作用下逐渐流出，只有当此层土质坡比达到1∶6甚至更缓时，方可稳定。若基坑开挖按此坡比施工，则管理总站办公楼需拆除，紧临办公楼左侧一小区住宅楼的安全也可能受到影响。因此，在基坑开挖时及整个工程施工期间，如何在新建泵房与办公楼之间，保留至少8.0 m宽的通行道路，以确保办公楼、小区住宅楼的安全，保证管理总站办公人员、紧邻办公楼两住宅小区居民、施工车辆、材料及人员的通行。

新建上闸及前池护底的基坑，在17.0 m以下均为细砂层，砂层富含地下水，水位高程在16.0 m。前池护底最低开挖高程在12.5 m，需设置一定数量的降水井，降低砂层中水位至12.0 m高程以下。由于新建上闸及前池基坑左侧, 有大量民房，最近处相距仅11 m, 民房基础高程最低在18.0 m，绝大部分结构为砖墙承重, 上设混凝土预制板的单层或多层房屋。右侧为公路，路面高程在25.5 m，公路左侧有多栋小高层住宅。施工时，需考虑降水井的布置方式, 防止降水措施不当而引起民房开裂, 造成不良社会影响, 给施工带来负面作用，同时兼顾对公路、多栋小高层住宅的影响。

3技术措施

针对工程建设期间存在的实际技术问题，按安全施工、利于施工、方便通行的理念，综合考虑地形、水文地质条件，分别采取了下列技术措施。

3.1基坑边坡支护

在老泵房左侧采用双排钢筋混凝土灌注桩支护的形式，对基坑边坡进行支护。设汁灌注桩直径1.0 m、间距1.6 m，前排(基坑侧)36根、后排35根，共计71根，排距2.4 m。桩从16 m高程打到-1.5 m高程，毎根桩长17.5 m，桩身混凝土强度为C30，为保证成孔质量，使用旋挖机造孔。

从提高双排支护桩的整体支护效果考虑，在双排桩顶，设置联系板梁，板梁宽3.8 m、厚0.8 m，71根灌注桩顶钢筋均伸入板梁至少0.5 m。

3.2水泥土截渗墙

为防止处于上层滞水17.5 m高程以下的轻粉质壤土夹砂壤土，在基坑开挖后，随上层滞水的渗出，从灌注桩间流失，造成边坡失稳，影响老泵站、变压器的安全运行。在后排灌注桩右侧，设置一道水泥土截渗墙。墙厚0.5 m，墙高度从8.0 m到18.0 m高程。其次，从老厂房外墙边留置安放变压器的3.0 m平台上卸去1.0 m土层，由23.0 m降至22.0 m高程。平台左侧采用放坡处理，从平台外边缘按1∶1.75坡比接至顶高程在18.0 m的截渗墙上。坡面用5.0 cm厚水泥砂浆铺护，防止雨水冲刷边坡。

3.3确定砂层内承压水位控制的高程

根据施工组织设计，一期布置8口深井降水，井底均在1.5 m高程。其中3口井在新建泵站左侧，1口井在右侧。按照设计图纸，在新建泵站前池水平段，设置有10口永久深井。毎口井均从10.90 m到1.50 m高程，井深9.40 m、井管管径0.5 m、间距3.0 m。考虑各种因素，施工期间先打4口深井用于降水。距此4口降水深井水平距离5.0 m处，为基坑最低开挖处(泵站大底板齿槽)，开挖至8.5 m高程。基坑开挖后，其余各处高程均高于此处。据此，根据盖重理论计算在砂层承压水作用下渗流稳定安全系数，即基坑开挖后承压水层之上覆盖层的单位面积饱和土重与其底面水压力之比作为安全系数，其值应大于或等于1.1。根据地质勘探报告提供的有关数据，经计算砂层承压水位降至11.0 m高程即可满足要求, 考虑到前池水平段的顶高程在10.90 m，最终确定8口井在施工期间砂层内承压水位均控制在不超过10.00 m高程。

3.4小石子袋固脚排水法

基坑开挖及施工过程中，通常采用明排和人工降水方法。由于本工程土层中渗水量大，但受在新建泵房与办公楼之间，需保留至少8.0 m宽的通行道路、淮北大堤、永幸河通淮河控制闸限制，场地狭小而无法采用明排方法。若采用人工降水，在一期主体工程基坑周边长达320 m之多的情况下，无论采用轻型井点或是喷射井点，均存在井点布置很多，抽水时间长，排水费用高等问题，同时给建筑物施工带来诸多不便。根据工程实际和土质情况，结合已往的实践，在本工程基坑开挖及施工过程中，对整个基坑四周全部创造性地采用小石子(俗称瓜子片)袋固脚排水方法。用装有不同粒径的小石子的普通编织袋，堆叠在基坑13.0 m高程的土层上，在基坑周边，形成一个封闭的四边形。根据地面高程、上层滞水水位不同，石袋堆叠的宽度、高程、形状、倾角也不同。少量复杂基坑段，设置木桩和竹排加固。小石子袋固脚后排出的上层滞水，流入在13.0 m高程的基坑土层上设置的排水沟，汇入基坑四角集水坑，用潜水电泵抽排出基坑。上层滞水位以上的土层，依据地形条件，采用1∶0.5～1∶2的坡度放坡处理。少量坡段，用土工布遮盖，防雨水冲刷。

3.5丁字形布置降水井

二期工程中的新建上闸、前池护底、右侧挡土墙、左侧部分灌溉涵基础开挖前，在充分考虑最大限度地消除降水井的位置、井数、降水水位对左侧民房的不利影响后，采用丁字形布置，共8口降水井。在新建上闸护坦上布置3口降水井，在上闸中心线偏右侧则布置1口降水井，毎口井深10.0 m。降水水位以最左侧前池护底齿槽高程12.5 m向下0.5 m为控制降水水位，并在左侧设1口观测井。当控制降水水位偏高时，则8口降水井潜水电泵全开，控制降水水位偏低时则停开1～2口降水井潜水电泵。

4观测

为全面、及时掌握基坑开挖、支护、控制降水、新泵站施工等对老泵站及周边建筑物的影响，在基坑周边设置了17个观测点。其中在老泵站厂房上设置了5个沉降观测点，2个位移观测点。正常情况下，采用定期、定时观测。在观测数据出现较大变化时，则相应缩短观测间隔时间，加密观测次数。整个观测时间持续到一期主体工程施工结束，老泵站开始拆除前。

从观测的数据资料表明，基坑开挖、支护、控制降水、新泵站施工对老泵站基本无影响。老泵站安全运行一个灌溉期后，厂房、机泵、变压器等完全拆除。

从基坑开挖到主体建筑物全部完成，采用小石子袋固脚排水法的石子袋无任何坍塌及滑移，基坑边坡无滑坡、坍塌现象，排水始终顺畅。使用此技术措施，不但在新建泵房与办公楼之间，保留了大于8.0 m宽的通行道路，而且大大减少了土方开挖及回填量。主体工程结束后，挖去石子袋，回填土至原地面高程。

新上闸、前池护底、挡土墙、灌溉涵基坑控制降水确保了建筑物的施工。整个降水期间经多次对左、右侧已有建筑物观察，未见有开裂和异常情况。

5结论

该工程实践证明，施工过程中所采取的支护、截渗、控制降水、小石子袋固脚排水、基坑开挖、坡面防护等技术方案和措施得当，为老泵站继续正常、安全运行一个灌排期，新泵站顺利、安全施工，以及周边原有建筑物处于正常状态提供了可靠保证，取得的观测资料也进一步证明上述技术措施取得了显著效果。另经初步测算，基坑排水费用、土方开挖、回填量大幅降低，节省经费，效益十分明显。

参考文献：

[1]刘灿生.给水排水施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2002.

[2]刘敏林.沉管施工技术在过河管道中的应用[J]. 西部探矿工程，2004，(9)：165-166.

Technical Problems and Measures in the Demolition and Reconstruction of the Foundation Pit of the Yongxing River Pumping Station

CHEN Fang-kui1，HE Jun2，KONG Wei-ben1

(1. Anhui Shui′an Construction Group Co., Ltd.Hefei 230000, China;

2. Anhui Water Conservancy Technical College,Hefei 230000, China)

Abstract：Problems to be solved and measures to be taken in the whole process of the Yongxing River pumping station reconstruction are mainly introduced. Technical measures are taken, such as supporting, seepage cutting, control of precipitation, strengthening footing drainage with small gravel bags, slope protection and so on, so that the new pump station can be built smoothly and safely and the old pumping station run normally and safely. In this way, obvious economic benefits are achieved.

Key words：supporting; seepage cutting; strengthening footing drainage with small gravel bags; precipitation; observation

DOI:10.14079/j.cnki.cn42-1745/tv.2016.01.004

中图分类号：TV551.4

文献标识码：A

文章编号：1673-0496(2016)01-0013-03

作者简介：陈方葵(1963-)，男，安徽太湖人，高级工程师，硕士，主要从事水利及土木工程的施工与管理工作。

收稿日期：2015-11-01