基于狭窄空间内基坑支护方案优化的应用

黄华辉

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

基于狭窄空间内基坑支护方案优化的应用

黄华辉

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

结合自来水深度处理工程项目实践，分析了深度处理工程的特点及难点，阐述了基坑工程支护方案优化的应用过程，通过方案优化及其施工过程控制，切实达到了安全、高效、经济的效果，对类似工程项目的实施具有一定的参考价值。

狭窄空间；基坑；支护方案；优化

0　引言

21世纪以来，我国处于城市化和工业化的高速发展阶段，水源受污染现象较为严重，其中长江三角洲、珠江三角洲地区水污染现象尤为严峻。为提升供水水质，上海地区加快了“提质”类水厂技改的深度处理工程。

1　工程概况

1.1工程简介

星火水厂6万m3/d深度处理和排泥水处理工程为上海市政总院以EPC工程总承包模式承接的工程。工程旨在提高供水水质和生产排放水水质，提升市民生活质量和减少对环境的污染，促进奉贤地区经济社会持续协调发展。

工程位于正在运营的现状水厂内（见图1），水厂总占地面积为38 883.2 m2，其中,施工区域为东侧的深度处理区域和西南侧的排泥水处理区域,新建建（构）筑物10余幢,占地面积仅2 380.31 m2，场地非常狭窄。

1.2地质条件

拟建场地在现状水厂内，周边为水厂现有建（构）筑物和其他工厂。地势较为平坦，地下水埋深1.70～2.20 m。

该工程基坑开挖主要涉及土层见表1。

土层对基坑开挖的影响分析如下：

①层为填土，土质一般，结构松散，强度低，自稳能力较差，易发生坍塌。

②1层为灰黄色粉质黏土，土质较好、有一定自稳能力，但该层厚度较薄，土质不均，局部夹砂较多，基坑开挖时，受扰动影响其强度降低，可能产生坍塌。

②3层为灰色砂质粉土，土质一般，稍密状，拟建场地均有分布。基坑开挖后在一定动水压力下，易产生流砂坍塌现象，需做好支护及排水措施。

③层为灰色为淤泥质黏土，流塑，土质较均匀，含少量有机质、腐植物等。

④层为灰色淤泥质粉质黏土，流塑，土质不均，含少量有机质、腐植物等。

图1　工程总平面布置示意

表1　基坑开挖主要影响土层一览表

1.3工程特点难点

（1）施工场地狭小、施工难度大

工程位于现状水厂内，施工区与正常生产区进行隔离，施工场地、作业面非常狭小，且施工场地内仅有一条约4 m宽的现状道路（图1中施工便道），不能会车通行。同时，由于工期紧、新建单体多，对工程总体平面布置、施工部署、基坑方案的选择、交通组织和机械设备进出场以及文明施工等都提出了很高的要求。

（2）周边建（构）筑物及地下管线保护要求高

该水厂为开发区唯一供水水厂，始建于20世纪80年代，设施陈旧。经过二十几年的发展建设，厂内建（构）筑物繁多，各类管道、电缆、光缆等管线错综复杂。且工程深基坑多，部分基坑之间紧邻，基坑与各类管线等现状建（构）筑物距离近。为确保水厂在施工全过程中能够正常生产运行，对基坑支护方案提出了极高的要求。

2　EPC工程总体策划

2.1EPC总承包管理

该工程为勘察、设计、施工一体化的EPC总承包工程，在工程实施过程中，工程设计人员常驻现场，与工程技术、经济管理人员密切配合，参与施工方案的编制和审核，参与施工技术质量交底，监控施工工艺流程，参与工程关键工序、重要节点、重要部位的质量验收管理，对工程材料、机械设备、土方等各类临时荷载进行验算，有效指导施工。多措并举，充分发挥EPC总承包的优势，使工程达到设计创新、投资可控、工期可控、风险可控之目的。

2.2工程总体策划

为确保工程按计划节点顺利展开，对工程实施进行总体策划。

根据合同工期要求，结合工程特点及难点，确定工程关键工作和关键线路，编制工程总进度计划。

施工前期，优化工程设计方案和施工组织设计，编制合理的交通组织方案和管线保护方案，合理安排施工任务。

该工程的关键线路为位于厂区东南角的回用水池和活性炭滤池及管廊基坑工程（图1），它是决定整个工程施工能否顺利实施流水作业、确保工期的关键节点。在施工过程中，对关键线路上施工点应确保道路通畅、确保施工场地满足机械操作和进出场要求；对非关键线路上施工点可以根据现场实际情况，配合施工总平面进行相应调整。

因此，在工程总体安排上，实施流水交叉作业。先进行回用水池基坑施工，再进行活性炭滤池及管廊基坑的施工；在回用水池和活性炭滤池及管廊基坑施工的同时进行提升泵房臭氧接触池和平衡池脱水机房基坑施工。

3　基坑支护方案优化

3.1原设计方案

在工程可行性研究阶段，回用水池、活性炭滤池及管廊支护体系初步设计方案见表2。

表2　基坑支护初步设计方案

3.2方案优化论证

为保质、保量、安全、按期完成工程施工任务，对工程关键线路上的活性炭滤池及管廊（图1中基坑支护优化区域）周边主要环境因素进行论证、分析（见表3）。

表3　基坑施工安全、进度主要影响因素一览表

通过表3的分析，为确保工程安全、平稳推进，有必要对原设计的水泥土搅拌桩重力式挡土墙支护方案进行调整优化，主要有两个拟变更备选方案（见图2、图3、表4）。同时，受限于场区东西方向空间狭窄，回用水池、活性炭滤池及管廊两者外壁间距仅3 m，而且基坑深度不同，面积大小不一，在基坑设计及施工时，需将两个基坑统筹考虑，在其相邻处共用一道工法桩挡墙及圈梁。

图2　基坑支护备选方案一

图3　基坑支护备选方案二

表4　基坑支护拟变更备选方案分析

3.3方案设计确认

结合前述特点难点及其方案论证分析，由于基坑周边环境条件复杂，特别是回用水池距离清水池和工艺管道近，保护要求高，同时施工空间狭小，设计及施工难度大。

在基坑施工设计时，首先，充分考虑“时空效应”，为避免两个基坑同时大面积开挖对周边环境产生较大影响，确定先施工回用水池基坑。一方面回用水池基坑深，符合“先深后浅”的原则，另一方面回用水池基坑面积小，开挖时对清水池影响小，施工完毕回填后再施工活性炭滤池及管廊基坑，对清水池还可以起到一定的保护作用。其次，在围护体系的选择上，受周边环境条件限制,均采用带内支撑的围护体系。回用水池基坑最大深度7.3m，属于深基坑，为确保安全，共设两道支撑，围护桩采用SMW工法桩，由于距离清水池太近，三轴搅拌桩无法施工，采用两排Φ700双轴搅拌桩。活性炭滤池及管廊基坑深度3.95 m，围护采用拉森钢板桩，设一道钢围檩支撑（见表5）。

表5　基坑支护最终设计方案

在深基坑专项方案专家评审中，该基坑设计和施工方案获得专家一致认可。

4　基坑施工控制措施

4.1狭窄空间邻近基坑施工

受场区东西方向空间狭窄限制，回用水池与活性炭滤池及管廊基坑紧邻，根据“先深后浅”的施工原则，该区域先进行回用水池基坑的施工，再进行活性炭滤池及管廊基坑的施工。同时，由于两个基坑相邻处共用一道工法桩挡墙，应采取措施避免基坑开挖和土方回填过程导致工法桩挡墙坍塌或者支护体系失稳。首先，土方回填时，先回填其余三侧，待两个单体结构均完成后同步回填相邻侧土方，土方回填完成并夯实后方可拔除H型钢；其次，回用水池结构完成且达到强度要求后方可进行活性炭滤池及管廊基坑开挖施工，开挖时应坚持“先撑后挖”的原则，注意保护挖掘机不碰撞工法桩挡墙；再者，两个基坑的所有围檩支撑均应在两座单体主体结构完成且达到强度要求后方能拆除，以保证两个基坑支护体系的稳定和安全。

4.2主要施工工艺控制

严格按基坑设计图纸、施工方案实施，确保工程安全、平稳、有序顺利推进。

活性炭滤池及管廊基坑施工流程：钢板桩施工、基坑降水、坑底加固→安装钢围檩、钢支撑、钢支柱→开挖至坑底设计标高→浇筑水池结构混凝土→水池结构完成并达到100%强度后拆除全部支撑→封堵支撑洞口→基坑回填→拔出钢板桩。

（1）拉森钢板桩施工

拉森钢板桩施工采用履带打桩机，振动锤送桩。采用“屏风式”打桩法进行打桩。桩就位后，先采用振动锤轻轻振动锤击数下，并进行测量校正，再正常振动插桩。插桩时锁口应对准，桩与桩之间应保证锁口紧密。

基坑转角处采用1.5根拉森钢板桩定制的角桩封闭止水（见图4）。

图4　钢板桩角桩施工示意

钢板桩拔除采用振动锤。拔桩时，先用振动锤将钢板桩锁口振活以减小土的阻力，边振边拔。对起拔阻力较大的钢板桩采用间歇振动的方法，每次振动15 min。钢板桩拔除后，留下的土孔缝隙应及时采用填砂或跟踪注浆进行加固处理。

（2）水泥土搅拌桩施工

活性炭滤池及管廊与回用水池相邻处共用一道工法桩挡墙，且其搭接处采用700双轴水泥土搅拌桩进行防渗漏加固处理。

水泥土搅拌桩为采用两喷三搅的施工工艺。搅拌桩水灰比0.5，水泥掺量14%，施工须严格控制提升速度、注浆压力和浆液配合比。桩与桩的搭接不小于200 mm，相邻桩施工时间间隔不得超过10 h；否则，施工接缝采用套打或后排补桩工艺，以保证隔水效果。

施工过程中应随时检查施工记录，并对每根桩进行质量评定，按要求做好水泥土试块，养护满足龄期后及时进行试验，确保水泥土强度达到设计要求。

在水泥土搅拌均匀、未初凝前，采用汽车吊将H型钢吊起插入指定位置，依靠H型钢自重下插到设计规定深度，然后固定在导墙上，直至水泥土凝固。为便于型钢回收，在插入前，型钢表面涂刷减摩剂。回收型钢后及时对孔内填砂或跟踪注浆，以防孔位坍塌。

（3）基坑开挖（见图5）

图5　基坑支护、开挖施工现场

基坑开挖前，采用轻型井点进行预降水，时间不少于14 d。降水后保证水位降至坑底以下0.5～1.0 m，并保证基坑落深处（集水井等深坑）降至坑底以下0.5 m。

考虑到整个基坑面积较大，为增加基坑施工安全性，遵循“先支撑后开挖”和分层、分块开挖的原则，按照施工缝位置分块实施，运用“时空效应”以减小基坑围护位移。严格控制分块开挖的土体坡度，临时边坡坡度不大于1∶1.5，确保土坡稳定。

开挖过程中，土方随时外运，严禁在坑边堆土。做好明排水措施，防止积水影响开挖。同时，保护好井点设备，保证井点降水的正常进行。基坑监测工作严密进行，指导挖土的流程和进度。

严格控制标高，严禁超挖。垫层施工紧跟基坑开挖进行，在垫层混凝土浇捣前，必须做好地基验槽工作。

（4）钢支撑施工

钢围檩支撑安装前对钢围檩的位置和标高进行放样，使三角形角钢托架焊接在钢板桩的同一平面上，并将各段钢围檩焊接成整体。由于基坑较大，在基坑内部设4根700SMW工法立柱桩作为安装联系梁，联系梁作为钢支撑中间位置的撑托，以防止支撑体系坠落。钢围檩支撑体系的所有节点构造均严格采用焊接连接和在局部设置加筋板，之间的缝隙处采用钢楔块塞紧垫实。

在基坑开挖过程中，挖掘机严禁与钢板桩和支撑体系相碰。另外，严禁施工人员在底部掏空的支撑构件上行走与操作。

在底板、中楼板与围护桩之间必须设置可靠的传力带，待其达到设计强度的100%方可拆除相应支撑。

5　实施效果

5.1周边环境

在活性炭滤池及管廊基坑支护、开挖、回填施工全过程，对围护体系位移、沉降、支撑轴力、地下水位及其周边建（构）筑物、地下管线等项目进行了实时监测（见表6），做到信息化施工。

表6　基坑施工主要监测成果及评价　mm

通过对这些数据的比较、分析，一方面，指导了整个支护和基坑开挖施工的平稳实施，另一方面，也验证了基坑支护设计和施工方案的科学性和安全性，有效确保了工程实体及其周边环境的安全。

5.2经济效益、社会效益

通过对活性炭滤池及管廊基坑支护方案的调整优化和施工过程的严格控制，为本工程关键线路的顺畅推进赢得了宝贵的时间，使各单体、各工序衔接更加合理有序，避免了窝工现象的发生，节约了施工成本，实现了经济效益和社会效益的“双赢”（见表7）。

表7　基坑支护优化实施效果

6　结　语

本工程为EPC总承包工程，以设计为主导，工程勘察、设计、施工一体化，在满足规范要求和使用功能与确保安全的前提下，设计施工双向优化，以工程施工促进设计优化和以设计验证指导工程施工，两者齐抓共管，既便于横向联系也便于纵向协调，从而降低整个工程实施过程中的风险，切实实现工程经济效益和社会效益。

同样，对于非EPC总承包工程，也应根据工程现场实际工况进行有针对性的工程变更、设计优化，尤其是基坑工程，基坑支护有诸多类型可供选择，各参建单位更应加强沟通协调，加强技术方案比选，从科学性、安全性、经济性、合理性等各方面综合权衡，评出最佳方案，创出“多赢”效果。

[1]王鸿志,左建英,张岩.水务市场现状分析［J］.山西建筑,2012(22):201-202．

[2]郭琦.徐仲平.EPC项目设计阶段可施工性分析应用初探[J].水电能源科学,2011,1:12-14.

[3]王春平,孙吉，沈利.在周边环境复杂条件下的深基坑施工技术[J].建筑施工，2011，33(8):654-656.

206国道江苏大吴桥主桥大节段主梁顺利合拢 预计年底建成通车

近日，206国道大吴桥主桥大节段主梁顺利合拢，为下阶段拱肋的拼装奠定了基础，预计该桥年底建成通车。

新大吴桥位于大吴镇境内解台船闸下游约1.1 km处的京杭运河上，全长321.64 m，南北连接206国道贾汪段，总投资约1亿元。新桥采用下承式提篮拱桥，为一跨过河，主跨跨径达164 m，为苏北地区内河桥梁中规模最大、跨径最长的提篮拱桥。

按照设计，该桥主桥跨径164 m，一跨过河，采用下承式钢箱提篮拱桥，引桥为预制组合箱梁。主桥安装采用先梁后拱、桥位拼装的施工方法。本次施工方案的重难点在于两个大节段主梁的安装以及两个大节段拱肋的安装。在吊装过程中，各参建单位按照事先做好的吊装预案，分工协作，相互配合，现场各项工作有条不紊，主梁顺利吊装合拢。

TU753

B

1009-7716（2016）03-0117-05

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.03.034

2015-12-07

黄华辉（1981-），男 ，江西人，工程师，从事项目管理工作。