支护和降水的不同施工顺序之优势

田 瑛

(太原市政建设集团有限公司，山西 太原 030002)

0 引言

在富含地下水的地区进行地下工程施工时，降水和支护是必要的施工措施，其施工效果对工程的工期和造价有着巨大的影响。降水和支护施工的先后顺序没有定论，需根据场地土层性质、埋深、地下水位、附近地下和地上建构筑物等因素，综合考虑开挖、支护、降水方案。总的施工原则为：既要保证工程的降水质量、施工安全，使得工程进展顺利；又要在最大限度上减小降水对周边建构筑物的影响，避免不必要的民事纠纷及经济损失。

下面以我公司近年来承建的典型工程为例，说明不同的支护、降水施工顺序在工程中的应用。

1 先支护后降水的经典案例

1.1 工程实例

水西关雨水泵站位于滨河东路与水西关街路口西侧、汾河公园汾河暗涵东侧，出水排入汾河。泵站为全地下钢筋混凝土矩形结构，平面尺寸为108.6 m×21.4 m，开挖深度19.30 m，泵站进水井开挖深度18.35 m。泵站基坑西侧11.27 m处为现状汾东暗涵；东侧8.60 m处为引黄自来水管。

康乐街雨水泵站及调蓄池工程位于康乐街与滨河东路相交节点西侧的汾河公园内，采用合建式全地下布置方式。泵站地下箱体长125.40 m，宽54.20 m，开挖深度19.50 m，泵站西侧15 m处为汾河暗涵；东侧20 m处为现状引黄管线。

这两个工程均为地下结构埋深较深且周围有重要建构筑物的大型地下工程，施工基坑属于安全Ⅰ级。根据工程地勘报告及施工现场开挖情况显示，施工范围内地下水位偏高且为承压水系：水西关泵站地下水深位于地下1.8 m左右，康乐街泵站地下水深位于地下3.5 m左右。两个泵站的结构埋深超过80%位于地下水位以下，必须降水后再施工。而施工现场周围环境、土质及挖深又不允许进行放坡大开挖，于是支护和降水成为这些工程的关键节点、重点工序。

1.2 施工部署

因两工程情况类似，现以水西关泵站的施工部署详细介绍如下：

根据地勘报告，施工现场地下潜水水位位于地下0.5 m位置，土质以砂土为主，极不利于施工。

其中，降水井基坑长19.4 m，宽18.8 m，坑底标高-17.55 m。基坑涉及土层为4层，具体情况见表1。

表1 土层地质分布表

泵房基坑长42.9 m，宽18.8 m，坑底标高-18.5 m。基坑涉及土层为4层，具体情况见表2。

表2 基坑涉及土层分布表

通过对降水时影响范围曲线的计算，对比工程周边建构筑物与施工范围的距离可知，达到施工需要的降水深度必然会使地面产生较大程度的沉降，进而导致周边建构筑物产生沉降裂缝、拉裂、损坏不可移除管线，影响施工现场周边管线、房屋、退水渠等的安全运行。为了兼顾施工效果与周边建构筑物的安全，我公司决定在降水井、泵站基坑周围采用先封底、再围护、后降水、最后开挖的顺序施工，以最大限度的在保证施工安全的前提下降低施工对周围环境的影响。具体措施为：

泵站基坑采用地下连续墙作为基坑围护，沿墙高设三道钢筋混凝土支撑增加墙体刚度；同时在地连墙两侧用三轴水泥搅拌桩改良杂填土及砂土的性能、对槽壁进行加固、防止槽壁坍塌。基坑底部设封底桩和抗拔桩，以控制基坑底部稳定。

地下连续墙厚度为1 000 mm，墙长34 m,36 m，共计47幅，皆采用锁口管接头；三轴水泥土搅拌桩采用三重管施工的高压旋喷桩，φ800@550搭接250 mm，长度均为地面至地下20 m。封底桩为φ800@550的高压旋喷桩，使用P42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比0.8，水泥与粉煤灰总用量为450 kg/m，水泥∶粉煤灰=1∶0.4。进水井基坑实桩长4.6 m，南北泵房基坑实桩长6.0 m。进水井共设置20根抗拔桩，抗拔桩为φ800的钻孔灌注桩，混凝土标号C30，实桩桩长20 m，顶部进入结构底板10 cm。

泵房共设置降水井10口：进水井基坑2口、泵房基坑8口，各井间距约12 m，降水井井深约20 m。在基坑东西两侧，各布设减压井1口作为应急措施，深约25 m。同时泵房东西两侧打观测井4口，井深10 m，当需要调节坑外水土压力、桩基施工、坑内水量过大等情况时，可配合坑内施工，适当采取坑外降水措施。

在施工过程中应对基坑顶部水平及竖向位移、基坑周边地表竖向位移、深层水平位移、地下水位、基坑周边2倍范围内的地下管线、周边建筑物四角沉降进行实时沉降监测，直至施工完毕后、连续监测数据趋于稳定时结束，检测结果随时反映给施工管理人员，确保将施工对造成周边环境的不良影响控制在最小的范围内。

1.3 施工优势

该施工方法将施工区域内部与外部地下水源隔离开来，使施工区域成为一个相对独立的空间，在此相对独立的空间范围内实施降水，所需降水量为一定量。该方法能较准确计算出需降水量，可大幅减少降水所需时间、设备。且因降水过程中无周边地下水涌入补给，降水3 d～5 d完成后即可逐步进行开挖施工，降水至预计高度后也无需再持续降水以维持地下水位的高度。基坑底部的封底桩和抗拔桩可有效缓解承压水对基坑的影响，保证施工安全有序进行。

比较传统的先降水后支护开挖的模式，本施工方法无需从施工前两周开始降水，一直持续到构筑物具备抗浮条件才停止降水，可节省大量的降水资金投入、缩短降水周期、减少降水的后续措施安排，经济效益明显。检测显示该方法对周边建构筑物影响极小，社会效益不容忽视。

更进一步，降水完成后进行开挖等一系列的施工活动时，高压旋喷桩及混凝土灌注桩所形成的帷幕系统继而转换成为基坑的支护结构，地下工程无需另做支护结构的施工及拆除，可极大程度提高工程的经济效益。同时因施工过程属于干槽施工，操作安全方便，可有效控制施工偏差在设计和规范要求的范围内，有利于后续设备的安装。

2 先降水后支护的经典案例

2.1 工程实例

水西关街位于水西关泵站东侧，水西关街改造时雨水工程设计了主线和支线两套系统。

3.5 m的雨水主管道由东向西依次穿过都司街、城西水系、新建路、桃园路、劲松路、滨河东路，终点通过汾河公园内泵站提升后排入汾河，其布置具体如表3所示。

表3 雨水主管布置情况

雨水支线位于道路南侧4.25 m位置，起点位于滨河东路口，分四段接入桃园路、新建路、都司街现状雨水管线，终点为都司街口，具体布置如表4所示。

表4 雨水支管布置情况

污水工程直埋管线分为两段设置，其中：K0+083至新建路南侧6.25 m位置为单管铺设，采取DN1 000 mm钢筋混凝土管直埋；新建路至解放路为南北两侧铺设，南侧6.25 m位置为DN600 mm，北侧9.25 m位置为DN800 mm；从汾河公园内至K0+083南侧6.25 m位置，采用顶管过滨河东路，具体布置如表5所示。

表5 污水管道布置情况

2.2 施工部署

根据水西关街改造区段地勘报告显示，因改造路段较长，工程沿线地层变化较复杂，在勘探深度范围内场地土主要由第四纪全新填土、粉土和砂类土构成，各类土层在各段埋深、厚度差异较大但整体渗透性较好。工程地下水位埋深介于1.8 m～3.5 m，管线基本全部设在地下水位以下，根据雨污水管线地质情况及现场场地状况，经多方计算比较后，我公司决定采用深井降水，待地下水降至施工面以下0.5 m处时配合采用钢板桩作为沟槽支护来保证施工安全。具体布置如下：

顶管工作井基坑由于挖深过大、距离周边建筑物较近，采用先支护后降水的施工提高施工效率、确保施工安全。顶管线沿线可不考虑地下水位对施工的影响，无需采用降水及支护辅助施工。

滨河东路至新建路段设计雨水支线、污水管线分别位于道路南侧4.25 m，6.25 m，从高程和位置上看具备合槽施工条件，安排这两趟管线合槽施工，在沟槽北侧1.5 m的位置布置单排降水井，可同时兼顾道路北侧电力管道的施工降水。新建路至解放路，南北两侧均有设计开挖管线，于道路中心线两侧距沟槽1.5 m处各布置一排降水井降水。施工采用管井降水，井径700 mm，井深10 m～12 m，井距10 m，周期结合现场计算。

全线的沟槽全部采用钢板桩支护，具体为：

沟槽深度不小于4.5 m，采取12 m的拉森钢板桩加钢管一道内横撑支护，横撑水平间距3 m，钢管DN300 mm；沟槽深度小于4.5 m，采取9 m工字型钢板桩一顺一丁咬合支护，可根据现场开挖情况，决定是否加内横撑。

2.3 施工优势

钢板桩支护具有施工方便快捷、造价低等特点，对于管线结构这种施工面窄但长度较长且埋深不大的结构来说，施工性价比极高。如采用地下连续墙或三轴搅拌桩这类帷幕结构则造价偏高且成型养护周期长，降水结束后因其与永久结构无关需拆除后方可进行后续工作，不具备工期及经济优势。在计算好工程进度及降水周期的前提下，做好分段流水施工时，单位长度降水+钢板桩支护模式要比封底+帷幕桩+降水模式的具有施工成本费用低、周期短、操作技术难度小等优势。

3 两种施工顺序的优势对比

先支护后降水的施工方法将降水区域限于构筑物主体范围内，降水范围小且有效，可有效降低施工降水、开挖对周边区域土质及地下水位、建构筑物变形的影响，且支护结构可与永久性结构相结合，兼顾了施工工期及经济优势。对周边建构筑物较多且地上地下管线繁杂、属于片状区域性施工的工程有明显的经济效益。

先降水后支护的施工方法，降水范围大、施工简单，对于可合槽施工的管线及埋深相对较浅、土质渗透性较好的管线工程尤其适用。该方法配合以恰当的流水施工安排，可大幅度减少降水及支护的施工工期及费用。

总之，不论采用哪种顺序进行降水和支护的施工，其依据始终是水利安全计算、土质情况的调查，配合以合理的工序安排，才能最大限度的发挥其经济、工期优势，实现工程的利益最大化。