扬子热电厂粉煤灰钢板库基坑施工及风险应对措施

刘国余

南京扬子动力工程有限责任公司

1 引言

随着社会的发展，热电厂行业逐渐兴起，随之粉煤灰产量也逐年增加，据统计目前全国产灰量可达5.3亿吨[1-2]。粉煤灰的储存和有效利用是保证电厂能够连续生产的一个重要环节，为了避免永久性粉煤灰堆放、满足粉煤灰综合利用市场需求，大型粉煤灰钢板库迅速发展起来[3-5]。

但目前还缺乏一套完成的钢板库基坑基础施工流程，并且对在基坑开挖过程中挖方边坡塌方、滑坡、边坡超挖等施工风险的预防措施也没有系统性的研究。本文以扬子热电厂粉煤灰钢板库基坑为工程依托，对钢板库的施工及风险应对措施进行总结。

2 工程概况

图1

“扬子热电厂粉煤灰钢板库工程”布置在扬子石化现有厂区内。扬子热电厂主厂区位于乙烯大道西侧、成品路与湛水路交叉路口东北角，热电厂现有灰库区位于热电厂的西南侧，湛水路与成品路交叉口西北角，目前新建钢板库拟布置在现有灰库区东侧、干煤棚西侧，即在现有灰库与干煤棚之间，靠近热电厂西南部的围墙。

本工程拟建两座钢板库：一座30000m3粉煤灰钢板库，直径36m，地上高度29m，地下开挖深度5.5m，负责收集现有电厂除尘灰；一座5000m3脱硫灰钢板库，直径20m，地上高度15.5m，地下开挖深度3.5m，负责收集新建扬子绿色供汽车中心脱硫装置产生的脱硫灰。土方施工期间，区域内无对开挖影响的地下管、线等，基坑周边无对基坑边坡有影响的建（构）筑物。

建设项目所在地六合区在地貌上属南京至扬州间的宁镇丘陵地区，系属老山山脉余脉向东北延伸的低丘地带，场地由下至上下穿的地层依次为泥岩、粉土、粉质黏土、素填土、杂填土（图2所示）。本场地建筑场地类别为Ⅱ类，该场地地下水类型主要为孔隙水及弱承压水。

图2 钢板库基坑地质剖面示意图

3 钢板库基坑施工

3.1 工艺流程

轻型井点降水→定位防线→土方开挖→人工清底→地基验槽→垫层浇筑→基础施工→土方回填。

3.2 施工方法及要求

3.2.1 轻型井点降水

结合基坑平面尺寸、地质和水文情况、工程性质、降水深度等因素来综合考虑井点的布置情况[6]。井点的布置主要分为两种情况：当基坑宽度＞6m 时，较适合在基坑的两侧布置双排井点；当基坑的长度和宽度都较大时，较适合布置环形井点。井点管距坑壁不应小于1.0m，间距由1.2m～2.0m。

3.2.2 定位边线

土方开挖前根据开挖图利用全站仪定位开挖区域各角点位置，并据此进行控制桩布设。在本工程中控制桩的布设满足下列要求：各建构筑物控制桩距离土方开挖边线大于5.0m，控制桩埋设深度为1.5m，采用C20 混凝土浇筑。桩顶应高出地面100mm～200mm，控制桩为300×300×1500。

3.2.3 土方开挖

（1）利用水准仪对开挖基坑进行监测，控制挖土方的高程，并按照国际规范标准来设计高度。（2）沿坡脚人工开挖300×300的排雨水沟，基坑周边设置排水沟，并设置1个500×500×600mm的集水坑，以便及时用泥浆泵将坑内集水排除。

3.2.4 人工清底

基坑清土施工采用人工进行，清除厚度为200mm 深的地基表面开挖时产生的浮土，清除表土过程中如有需要，清除深度可以达到表土清除干净为止。清基范围是基础垫层两侧200mm范围内。清土时要从坡道对面开始，将土攒堆后用装载机运往弃土地点。清土时由测量人员每平方米给定一个标点以便控制基底标高。

3.2.5 验槽

（1）对中线及基底尺寸进行检验，使用全站仪进行检测，偏差控制在规范规定之内。（2）对边坡坡度进行检验，使用坡度尺检测，必须符合设计及规范要求，不允许偏陡。（3）对表面平整及基底标高进行检验，使用塔尺和水准仪进行检测，符合有关规范规定。（4）对杂填土区域进行钎探，标明其区域大小记录坐标、钎探深度、钎孔位置，按要求进行处理。（5）验槽中如发现局部软弱层土，必须完全清除至持力层后再次进行验槽。

3.2.6 基础施工

（1）环形基础及库底板回填工程。①为了减小工程成型后发生坍塌的几率，采用压实系数不小于0.94 的素土对工程库底板下部进行分层压实。无论是采用砖胎膜还是采用码放沙袋的方式对基础内边进行成膜处理，外围采用钢筋加固都是必不可少的。本工程将直径为12mm的粗钢筋加工成所需箍筋，在距垫层500mm 处设置第一道，并在第一道往上每隔1000mm 设置一道。采用直径为22mm的竖筋对外围进行加固，竖筋在箍筋内每隔2000mm 设置一道，砖胎膜可直接成型，沙袋膜砌筑完成后需用砂浆抹面方可成型。②在对环形基槽处的环形砖胎膜进行砌筑时，环形砖胎膜的环形弧度、倾向库中心的倾斜度要确保满足技术要求。

（2）廊道钢筋、环形基础制作绑扎过程。①要按照设计尺寸在基础垫层的基槽底部划线定位布置钢筋，在钢筋安放完成后，采用绑扎丝对横向钢筋和竖向钢筋进行绑扎固定。②采用搭接绑扎的方式对直径小于14mm的钢筋进行搭接，搭接长度应满足国家设计标准的要求。③受力接头横截面积应小于受力钢筋总截面面积的50%，并且受力钢筋接头在进行搭接时，需相互错开搭接。

（3）环形基础模板工程。①本工程采用钢板作为模板进行钢筋混凝土基础的环形浇筑，采用钢管支撑体系对模板进行支撑。②在地面上依据钢板库圆心画出模板外边线，根据边线位置在钢筋上焊接模板内撑，钢板沿边线布置。通过钢管支撑临时固定钢板，并采用钢丝绳箍紧钢板。③本工程施工时库底板混凝土与基础环梁混凝土分开浇筑，地板钢筋在基础混凝土浇筑之前预埋于基础之中，为避免浇筑混凝土时钢筋发生移位，采用绑扎丝对其进行绑扎固定。基础混凝土浇筑完成后还要及时采用水准仪检测法兰，若混凝土浇筑导致法兰发生移位或变形，需对法兰进行及时校正。

（4）环形基础及廊道混凝土浇筑工程。①确保对混凝土入模温差的控制，混凝土入模时要及时振捣。振捣混凝土时振动棒要保持0.5m左右的间距均匀插入混凝土。混凝土振捣完成后通过木槎控制至高程控制线，并在混凝土表面找平后采用铁抹子对需压光部位进行压光处理。②采用覆盖毛毡或养护薄膜等对浇筑后的混凝土进行养护。在混凝土终凝12h内进行洒水养护以确保混凝土表面始终保持湿润状态。并且混凝土的立侧面通过养护刷养护或喷洒水的方式始终保持湿润状态。

3.2.7土方回填

本工程采用分段回填的方式进行土方回填，每层接缝处的斜坡作成1/1.5 的形式，上下层接缝距离≥1.0m，碾迹重叠0.5m～1.0m 之间。回填土通过蛙式夯实机分层夯实，填土打夯前需初步整平。打夯要按一定方向纵横交错进行两遍分层夯打。夯实完毕后应取样试验，其压实度系数不小于设计要求，取样数量每100m2不少于一点。

4 施工风险及应对措施

4.1 挖方边坡塌方

4.1.1 影响范围

（1）基坑开挖的竖向深度较深，边坡坡度不满足；或者当基坑开挖到不同地下土层时，施工过程中并没有根据土层之间的差异性来设计不同的边坡坡度，导致坡度不适合而引起塌方。（2）基坑在开挖过程中，对基坑底部未采取有效的降水、防水措施，基坑土层由于水体原因导致潮湿，造成内聚力降低而导致边坡塌方。（3）在开挖过程中未采取有效支撑力，致使边坡顶部承受过大荷载，边坡体内部剪应力增大，导致土体失稳。

4.1.2 预防措施

（1）在基坑开挖过程中，应预先勘察基坑开挖经过的土层，根据不同土层的物理力学性质来设计边坡坡度。如果放坡因场地限制达不到要求，采用14槽钢钉入基坑基底。（2）充分做好开挖前准备，做好降、排水措施。当开挖基坑范围有地下水存在时，应采取本工程的轻型降水措施进行降水，降水位应在要求范围内，并在开挖过程中做好开挖监测。（3）应注意边坡荷载承受的最大极限值，不断进行荷载监测，确保边坡稳固。

4.2 滑坡

4.2.1 影响范围

（1）在开挖过程中边坡的倾角过大，但是坡度并没达到要求，并且土体因自身重量及水体侵蚀作用的影响导致自身剪应力增加，边坡内聚力减小，导致滑坡。（2）在堆置材料荷重和地表水侵蚀共同影响下，增加了滑坡面上的荷载，降低了土方之间的抗剪强度而引起边坡滑动。（3）由于基坑地表水的存在，导致坡脚被地表水冲刷、掏空；或在开坡阶段的爆破力过大将坡脚破坏造成斜坡坡度加大，破坏了土体内部原本的平衡，使上部土体或岩体松动进而引起滑坡。（4）基坑土体松软，存在裂隙并且层理较为发育，土体本身内部夹杂软泥土，在受地表水侵蚀后，使上方土体或岩土结构松动而导致滑坡。

4.2.2 预防措施

（1）在基坑开挖前做好勘察准备，加强地质勘察和调查研究，注意基坑开挖经过的地层类型、分析基坑下穿地层的物理力学特性、明确地层自身的地质构造等特征，来综合设计基坑开挖工序，预防滑坡发生。（2）在施工时，确保边坡的坡度满足设计要求，避免施工过程对坡脚的破坏。在基坑开挖经过不同的地层时，可根据不同的地层土体的物理受力特性设计不同的坡度，并且弃掉不稳定的陡坡，减轻边坡的荷载负担。（3）遵循先整治后开挖的施工程序。斜坡挖方应禁止从坡脚处先行切割，按照由上而下分层开挖的原则进行施工；斜坡填方避免出现集中弃土的情况发生，应由下而上分层夯填，否则会导致原边坡的自然平衡遭到破坏而发生滑坡。在必须要挖去坡脚的情况下，需设挡土结构，并分段跳槽开挖。为了减少地下水的干扰，要求尽量在干旱季节施工，从而防止滑坡情况发生。（4）如果有一定几率会发生浅层滑坡并且滑坡土方量不大这种情况存在时，滑坡体可被先行挖除；如果存在滑坡土方量较大不适合全部挖除、且表面土层破碎含有滑坡夹层的情况存在时，为了降低发生滑坡的几率，可对滑坡体进行推压、深翻、滑坡夹层打乱或者表面平整压实处理，减少滑坡因素。

4.3 边坡超挖

4.3.1 影响范围

（1）机械开挖时操作控制不严格导致局部土方多挖情况发生。（2）测量放线错误。

4.3.2 预防措施

（1）采用机械开挖时，按照规范要求可预留0.3m以便进行人工修坡。（2）为达到加强测量复测严格定位的目的，在坡顶边脚处设置明显标志即边线，并派专人定时巡检。

5 结束语

本文以扬子热电厂粉煤灰钢板库基坑工程为依托，对钢板库基坑的施工工艺流程、施工方法及要求进行了总结。对基坑开挖过程中挖方边坡塌方、滑坡、边坡超挖等施工风险及预防措施进行了系统研究。

（1）对粉煤灰钢板库基坑施工工艺流程进行了梳理：轻型井点降水→定位防线→土方开挖→人工清底→地基验槽→垫层浇筑→基础施工→土方回填。（2）粉煤灰钢板库基坑在施工前应加强地质勘察和调查研究，综合考虑地质构造特征、基坑开挖过程中下穿每层土体的地层受力特性、地下水的分布情况等自然条件及人为破坏等因素，对施工方法进行认真规划和合理选用，以降低施工风险发生的几率。