某取水泵房深基坑开挖及支护施工技术

梅继元

摘 要：针对取水泵房深基坑地形复杂、靠近水源的特殊情况，先进行碾压式土方围堰围护，再进行基坑开挖工作，并采用“细石混凝土喷坡防护+水泥搅拌桩止水+混凝土灌注柱支护”的基坑支护方式，取得了良好的施工效果，可为类似工程提供参考作用。

关键词：取水泵房;基坑开挖;基坑支护;围堰;施工监测

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.19.084

1 概述

1.1 工程概况

沃沙取水泵房位于湖南省临澧县沃沙水库南岸，为临澧县新建水厂两个取水泵房之一。取水规模12x104m3/d，现阶段安装设备规模4x104m3/d。泵房采用圆型井筒式取水泵房，为半地下式结构，建筑层数一层，地上高度9.45m。本工程建筑安全等级为二级，泵房下部为现浇钢筋混凝土筒体结构;上部为现浇钢筋混凝土框架结构。泵站基坑深12.5m，属于深基坑，大槽底面最深处绝对标高为76.4，地面根据地勘报告，基坑最深处现况地面最高点绝对标高为88.89。泵站边的沃沙水库水位高度为85.75。

1.2 工程周边环境

沃沙取水泵站区域，地形陡缓不一，地面高程为81m-104.9m，地形坡度一般为5°-15°。沃沙水库水下区域地面高程为81m-85.75m，地形坡度为10°-15°;库岸边公路至水库东侧开挖形成的陡坎之间，地形平缓，地形坡度为3°-10°，地面高程为88.9m-91.8m;水库东侧开挖形成的陡坎高度一般为2m-5m，其东侧为斜坡，地形坡度一般为10°-15°。取水泵站区地形总体上由南向北倾斜、由东向西倾斜。泵站区土体主要为第四系冲积层，其次为人工填土，人工填土主要分布在水库拦水坝区和公路区，无基岩裸露。拟建地下构筑物位置无地下线管线。料场，材料加工厂位于拟建泵站西侧荒地，距离施工地点较远，不会产生地面负载情况。泵站临时道路距离基坑较远，地面超载取值按15kN/m2考慮。

1.3 水文地质条件

（1）地质条件。沃沙泵站区域经钻探揭露和地面地质调查与测绘、钻探揭露，场地分布地层主要有第四系人工堆积物（Qml）和河湖冲积物（Qal）。由新至老分述如下：①第四系人工堆积物（Q4ml），主要由粉质粘土、卵砾石、粉细砂等组成。②第四系河湖堆积物（Q3al）具明显的多元结构，主要为腐植土、粉质粘土、粉细砂，其中粉细砂多夹于粉质粘土中，成层性差。

（2）水文条件。施工场地毗邻沃沙水库，无法施工。因此在施工之前需先进行围堰的围护工作，待隔水措施施工完毕之后，再进行施工。雨季施工时，河水水位将进一步上升，对工程会造成不利的影响。

2 围堰施工技术

沃沙泵房背靠水岸，面临水源。在进行基坑开挖施工时需要对基坑临水面填筑围堰以防止水库内的水流入基坑。围堰采用土方碾压型围堰，基坑施工前平整场地需要对泵房周围的山坡进行削平处理，能开挖出大量土方，对开挖料进行分析，现场开挖料多为粉质黏土，粘结强度较高，渗透系数小，因此采用开挖出的开挖料作为围堰材料进行填筑，围堰顶部标高88.0，上顶宽3.5m，左右边坡坡比为1：1.5。围堰距基坑边1.5m，由于只要在水库岸边修筑围堰，水位较浅，围堰按高出水面1m设计，堰顶标高为88.5。围堰位置如图1所示。

2.1 围堰施工

围堰施工前先在水库河床上放出围堰的内边线，使用竹竿作为控制点每隔20m平均布置。开挖前使用挖掘机将河床底上的石块、淤泥等杂物清除干净，再在河道内采用黄土进行填筑。施工自上游开始至下游合龙，当填土超过现况水面后，每填筑起20cm碾压一次，逐层压实至距围堰顶部，压实度保证达到95%。黄土填筑时，注意按照围堰的底部宽度填筑，填筑时，保证供料的衔接，争取围堰一次填筑完毕，避免围堰基础散土受浸泡时间过长。土车在倾倒黄土的时候，不宜分散大量倾倒，导致散土受水流影响冲散，污染水环境。基坑开挖时，基坑上口距围堰内坡脚的距离不得小于1.5m。泵房及水底附属设施施工完毕后将围堰拆除，人工机械配合将堰体从水库内挖出并弃运。

2.2 围堰排水设施

围堰排水采用集水井、排水明沟加潜水泵的方式排出，沿围堰内底距堰角0.5米处每10米设一个60cm×60cm×60cm的集水井，井底铺设20cm厚碎石;在集水井间贴着围堰坡脚设置一道明排水沟。宽30cm，深30cm，沟底铺设10cm碎石;共配置5台3KW的潜水泵，逐个将集水井内的水抽出，为确保雨季期间施工顺利，备用2台3KW潜水泵。排水沟及集水井待水库施工完毕后采用碎石回填至原水库底标高。

2.3 围堰渗漏应急措施

围堰渗漏时，水库内的水渗入基坑，从而导致基坑积水，影响施工安全。因此针对围堰渗漏的不同原因采用相应的处理措施。围堰渗漏的原因有两种，一是由于填筑的防渗土料的粘度计抗渗指标未达到要求，未能起到很好的防渗效果，从而引起大面积渗水现象;二是由于岸坡上渣土未清除干净，或粘土与边坡未能较好的结合，导致围堰与左右两岸岸坡的相接处产生较大渗漏[1]。

针对第一种渗水情况，应当选用符合质量的土料，继续在原铺设好的防渗粘土上填筑，减小渗漏;针对第二种渗水情况，一种处理方式是对岸坡渣土进行进一步处理，并填筑防渗粘土，另一种处理方式是增长岸坡的粘土铺盖长度，延长渗径，或同时使用以上两种方式。

当采用了相应的处理措施后，渗漏不能得到很好处理，流量过大的情况下，需在围堰下游增设一截水槽，增加排水设施的投入，加大排水量，对渗漏水进行强排，保证基坑在干处进行混凝土作业施工。

2.4 超标洪水时的应急措施

当围堰上游出现超标设计水位洪水，必须发布紧急撤离通知，对在围堰及基坑内施工的所有人员及设备进行紧急转移。汛期围堰在设计洪水冲刷下可能发生集中渗漏、局部坍塌等险情。当围堰发生集中渗漏情况，首先在围堰迎水侧找出渗流进水口，及时堵塞，截断渗水来源。同时，在背水侧渗流出口采用反滤料压填，降低水流流速，延缓围堰土料的流失，防止险情扩大。采用盖堵法对围堰渗漏部位进行抢护，采用篷布盖堵，再用土袋或石渣袋抛投压脚，直到断流为止。围堰出现局部塌方时，及时对塌方范围抛填块石进行修补完善，恢复围堰断面尺寸，防止围堰断面减小、险情扩大。

3 基坑开挖施工

根据岩土工程勘察报告，沃沙泵房区域土质主要为粉质粘土构成，但在实际开挖过程中发现，地层中夹杂了大量的砂层，需要对边坡支护体系进行重新设计。结合施工现场实际情，场地面积广阔，根据土质情况，考虑施工便利，并保证质量和安全的前提下，本着少挖方、少占空间、节约成本的原则。在标高85.3m及以上采用1：1.5的坡度放坡开挖，在标高85.3至82.3之间采用1：2.的坡度放坡开挖，82.3至76.3之间采用水泥灌注桩双排桩支护。

3.1 制定基坑开挖方案

土方开挖前依据施工图纸，测放出基坑上口线、下口线，上口线在土方开挖过程中，测量员随时测量，以防基底超挖。土方开挖采取分级开挖方式，由于基坑深度超过5m，开挖时采用分层的方法，每层步道宽2m，开挖完成后进行喷坡支护，支护完成后继续进行下一步开挖施工。基坑分三层开挖，第一层开挖2-10m，第二层开挖3m，第三层开挖至基坑底部。基坑内距坡脚0.5m处设置一趟300*300的明沟，同时沿明沟在基坑底部的南部和北部设置集中排水井，井颈500*500mm深1m。同时在基坑上口线外沿0.5m处设置一道0.5m高的挡水墙，挡水墙靠基坑外底部设一道0.3*0.3m的截水沟。同时，在基坑东部位置设置一道人员上下的便梯，便梯为预制装备式钢梯采用标准节整体焊接，标准节之间采用螺栓组装或采用定型构配件承插连接。

3.2 基坑土方开挖施工

基坑开挖采用土方机械开挖同时人工配合，基坑开挖作业在支护措施达到要求强度后开始着手进行。在标高82.3m以上的基坑采用机械开挖+土车沿马道运输的方式进行开挖，在82.3m至76.3m的位置则采用吊斗垂直运输土方。土方开挖挖至设计基底以上300mm，余下的300mm由人工清挖。清挖过程中及清挖完成后严禁重型机械驶入槽底。基地各高程都需要严格按设计高程控制，不同高程之间的接茬处按设计要求處理。挖槽过程中，随挖槽随由人工削坡，削坡完毕后立即进行喷砼护坡。沿基坑顶线四周距边1m处用F48管做栏杆，栏杆高1.2m，立柱间距3m，立柱入土0.6m以上，栏杆设两道横杆，立柱外侧设500mm高挡水埂。在基坑开挖过程中，如遇不明地下障碍物，或地基出现与设计不符现象，及时与监理单位及建设单位有关人员联系，征求设计单位处理意见，确定适当的方法并经实施处理后，可进行下一步施工工序。

4 基坑边坡支护

4.1 基坑支护方案

沃沙泵房基坑安全等级侧壁安全等级为二级，基坑侧壁的重要性系数为0.9，围护结构最大位移≤0.6%H。根据地勘报告，基坑边坡为黏土层内夹粉砂层，边坡稳定性一般，边坡在82.3m及以上位置采用喷砼防护形式加固。由于内含粉砂层渗透性大，因此沿基坑标高85.3的位置打设一圈三层水泥搅拌桩止水，基坑内的降水采用集水坑明排的方式进行降水。基坑在标高82.3至76.3之间采用双排灌注桩支护进行支护。基坑支护方案如图2所示。

4.2 基坑支护设计参数

基坑在标高88.85-85.3之间，深度3.5m，采用喷砼防护，坡比为1：1.5放坡（34°）;坡面喷50mm厚的细石混凝土面层，喷射混凝土的强度为C20，添加适量速凝剂，混凝土采用人工搅拌的细石混凝土。

基坑在标高85.3-82.3之间，深度3m，采用喷砼防护，坡比为1：2.0放坡（26.6°）;坡面喷50mm厚的细石混凝土面层，喷射混凝土的强度为C20，添加适量速凝剂，混凝土采用人工搅拌的细石混凝土。

基坑在标高82.3-76.3之间，深度6m，采用双排水泥灌注桩支护，坡度为90°，在基坑开挖时清理边坡面上的浮土。

双排水泥灌注桩为直径1mC30水泥灌注桩，桩深12m，采用旋挖成孔，桩的轴向间距为2m，排间间距为4m。每排水泥灌注桩桩桩顶设一道1.2*1m环形冠梁，冠梁之间采用连梁连接。连梁混凝土强度同水泥灌注桩。桩间坡面采用挂网喷坡支护。

5 施工监测

5.1 监测目的

为保证基坑体系、周边建筑的安全及主体结构施工的顺利进行，及时获取基坑开挖过程中围护结构和周边土体的变形信息，做出安全预报，实现信息化施工非常重要，因此采取对基坑施工进行即时监测[2]。

5.2 监测内容及测点布置

结合本工程的特点，根据相关规范，本工程重点基坑的内外观察、周围地表沉降、坡顶水平位移、坡顶垂直位移、深层水平位移、地下水位、坑底隆起等项目进行监测。

（1）基坑内外观察：随时进行，含地质条件、结构、周围地面裂缝、塌陷、渗漏、超载等;（2）基坑周围地表沉降：在基坑长短边垂直坑边设置监测剖面，每个监测断面设监测点;（3）坡顶水平及垂直位移：在基坑短边的中点，基坑阳角处、基坑深度变化处以及基坑长边每20m设一测点;（4）深层水平位移及地下水位监测：基坑短边的中点，基坑阳角处、基坑深度变化处以及基坑长边每40m设一测点;（5）坑底隆起：基坑纵向或横向剖面，间距20m设置。

5.3 监测警报值

施工监测各项目报警值见表1。

6 结语

根据本工程结构的特殊性和施工工期短的要求，结合地质水文条件及周边环境情况，先进行碾压式土方围堰围护，再进行基坑开挖工作，并采用“细石混凝土喷坡防护+水泥搅拌桩止水+混凝土灌注柱支护”的基坑支护方式。在实际施工过程中取得了不错的施工效果。本工程中的围堰施工、基坑开挖和基坑支护等施工技术问题，对湖泊水库型水源地型取水泵站新建工程具有一定的普遍性，在今后类似工程施工过程中，有许多值得借鉴的地方。

参考文献：

[1]钟振云.深水基础围堰施工方案比选[J].铁道建筑，2009（02）：6-8.

[2]何尧，钱建固.昆山市某深基坑工程施工及监测分析[J].工程质量，2018，36（03）：73-76.

[3]建筑基坑支护技术规程[S].JGJ120-2012，北京：中国建筑工业出版社，2012.

[4]建筑边坡工程技术规范[S].GB50330-2013，北京：中国建筑工业出版社，2013.