兴宁污水厂深基坑支护及止水方案探讨

邱宇

摘要：污水处理厂对于改善城市环境、提高居民生活质量发挥了重要作用。城市污水处理厂基坑支护施工对保证污水厂结构的稳定性和安全性具有重要作用。本文结合兴宁污水厂深基坑支护案例，研究了深基坑支护设计与止水方案。

关键词：污水厂；深基坑支护；止水方案

1.引言

城市污水厂深基坑施工过程周期长，施工难度大，尤其是遇到软土地基时，一旦施工不当，极有可能引发安全事故。因而，现阶段在污水厂的设计、施工期间，要加强对深基坑支护技术的研究与应用，施工期间合理应用止水措施与方案，提高污水厂整体施工质量。

2.工程概况

兴宁市污水处理厂新建进水泵站工程（包括4-1粗格栅及提升泵站、4-2除臭系统）地处广东省兴宁市，所选厂址交通便利。新建进水泵站工程占地面积为371.90m2，其中4- 1粗格栅及提升泵站占地面积291.90m2，规格10×104m3/d，钢筋砼结构；4-2除臭系统占地面积80.00m2，规格10×10*m3/d，钢筋砼结构。提升泵站水池与厂外管网相连，管径为1.8m，流水面标高为-12.5m，外管网采用顶管施工，直接顶进基坑内，与提升泵站内的管网相连。

3.工程地质与水文地质条件

3.1工程地质条件

通过前期开展钻孔勘测工作，发现拟建场地自上而下分布着三个不同的岩土层：其一，为人工填土层（Q4ml）。该层主要以素填土为主，呈现灰褐色、红褐色以及浅灰色等。素填土层有着松散、可塑的特性，主要成分为粉质黏土。该层全部钻孔有揭露，层厚1.00m～3.00m，平均值2.01m，层顶埋深0.00m，层顶标高107.81m～108.51m。其二，冲积层（Q4al）。该层自上而下以此为粉质黏土层、中砂层、砾砂层。其中，粉质黏土层呈现黄褐色、黄灰色，可塑，黏、韧性中等，干强度中等，局部夹薄层粉土及淤泥质土，该层顶部0.50m为耕植土。该层全部钻孔有揭露，层厚2.50m～6.80m，平均值4.38m，层顶埋深1.00m～3.00m，层顶标高105.11m～ 107.45m。中砂层主要呈现浅黄色、灰黄色。该层土颗粒较为均匀，分布着石英、云母等矿物，岩心呈散状。中砂层层厚介于1.30m到6.00m之间，平均值土层厚度为3.00m，层顶埋深4.30m～8.00m，层顶标高100.08m～103.92m。砾砂层呈现灰黄色与灰白色。勘测工作发现，砾砂颗粒不均匀，主要以石英岩为主，其粒径主要介于2mm到20mm之间，比例占到40%左右。其三，白垩系基岩层（K），按风化程度的不同分2亚层进行描述。该层上部为强风化的泥质粉砂岩层，层顶埋深11.40m～15.10m，层顶标高93.25m～97.05m。下部为中风化的泥质粉砂岩层，该层全部钻孔有揭露，揭露层厚6.20m～15.50m，平均值9.31m，层顶埋深14.10m～23.60m，层顶标高84.77m～94.22m。

3.2水文地质条件

由于受到当地气候条件与地质水文等因素的影响，拟建场地主要分布着地表水和地下水。其中，地表水大多通过降水补给，地下水主要分布在第四系堆积层中，类型主要以上层滞水以及孔隙潜水为主。

4.深基坑支护及止水方案研究

4.1基坑支护设计计算

兴宁污水厂深基坑支护设计与计算共分为以下两个单元：支护桩单元、内支撑单元。其中，支护桩单元计算的信息如下表1所示。

4.2支护桩开孔与止水方案设计

在进行支护桩开孔方案设计期间，将顶管中心位置坐标定为X=67.409、Y=298.973、Z=- 11.6，顶管直径为2.5m，轴线方向为36°，下图1为开孔范围示意图。由于基坑支护结构为钢筋混凝土桩+素混凝土桩，顶管机械无法直接由坑外顶入基坑内部，因此支护桩段需人工进行开孔，开孔以顶管中心位置为圆心，直径为2.55m为直径，沿顶管轴线方向开孔。基坑外部土体旋喷桩施工完并且达到相应强度后，在开孔范围内均匀布置四个点进行试钻，钻孔直径为48mm，沿轴线方向倾斜钻进2m，观察是否有水涌出，如出水量较大则及时堵塞，并对基坑外部继续施工旋喷桩，直至试钻孔出水量在可控范围，方能对支护桩进行大面积开孔，开孔采用水钻方式。开孔对支护结构会有一定的影响，采用14mm厚、2.5m直径圆管支撑支护桩，圆管与开孔侧壁间的空隙注入聚氨酯泡沫填缝剂填充，基坑内侧圆管端部设置14mm厚堵水盲板，以防顶管顶入后有大量水流涌入。

4.3地下水的排除与止水方案

上文中提到，通过开展勘察工作发现，拟建場地的地下水主要赋存于第四系堆积层，且类型主要以上层滞水为主，同时还有少量的孔隙潜水以及基岩裂隙水。一方面，对于上层滞水，主要赋存于素填土层，来源包含大气降水和渗透水。具体止水工作中，可以根据填土层的自重压实状况，采用重力作用下渗的方式进行排除。还可以借助地表蒸发以及植物蒸腾作用等方式排入到大气中。另一方面，对于孔隙潜水，大多分布在拟建场地的中砂、砾砂层中，主要补给方式为大气降水，还有一部分为周围地表水渗入。由于中砂层于砾砂层有着较强的透水性，因而孔隙潜水的排除有着一定的难度。具体施工中，排泄方式与上层滞水的排除方式相同。

4.4土体加固方案设计

顶管入口处土体约含10m厚的砂层，透水性极强。顶管进入基坑时，若不提前加固处理极易发生流砂、涌水，造成基坑被淹及地面塌陷。施工期间，为保证顶管顶施工工作的顺利开展，对入口处周围的土体做出了相应的加固处理。以顶管中心点与支护桩的交点为中心，沿轴线方向加固5m长，横向加固至顶管边缘两侧各2.5m，横向宽度总长为7.5m，为充分保证加固效果，加固深度为14.9m（强风化泥质粉砂岩与砾砂的交界面）。顶管入口附近采用高压旋喷桩加固土体，旋喷桩采用Φ800@400三管旋喷桩，共计施工268根。考虑到桩体类型的不同，在进行旋喷桩施工时所用的水泥用量存在差异，其中，实桩的水泥用量为390kg/m，空桩的水泥用量为90kg/m。施工之前，组织现场人员进行试桩，对于桩体的加固效果做出全面的分析，进而可以对旋喷桩的各项重要参数做出实时的调整。试桩工作发现，经过加固处理后的土体有着良好的强度和均质性效果。其中，实桩桩体在施工后28天的检测工作中发现，无侧向抗压强度能够达到0.8MPa以上，渗透细数不超过1.0×10-8cm/s。

4.5施工工艺

本次施工中主要采用旋喷法施工技术，其主要流程为测量定位、成孔以及喷射作业。首先，对于测量定位而言，参与测量的技术人员要严格根据施工图做好放样，并在现场做好标志，只有确保旋喷机的定位准确，后期施工才能有序开展。其中，放样误差要控制在5cm以内。其次，就要着手开展成孔工作。钻机成孔环节中，为了降低施工对围护结构产生的扰动和压力，应确保旋喷桩的垂直度（误差≤0.5%），使得施工期间产生的压力能够垂直的释放。施工时，引孔直径确定为125mm。成孔深度应比设计图纸中的孔深大0.5m。需要注意的是成孔施工应保证钻机有着坚实的支撑条件，根据设计图纸中的钻孔中心位置进行放样，并确保水平误差控制在2cm以内。最后，要着手开展喷射作业。当施工现场的旋喷机架设完成之后，应确保自然悬吊条件下的喷管中心与孔心在一条垂直线上，二者之间的误差要控制在1/2孔径之内。这样一来，才能确保下管以及提升、旋喷注浆等工作的有序开展。下管之前，要对喷嘴和喷浆口进行检查，使得浆体能够顺利地喷出。当喷管下放到设计深度以下10cm的位置时，开始拌送水泥浆，接通水泥浆管、高压气管，开动高压泵、泥浆泵、空压机和钻机进行旋转喷射，并用仪表控制压力、流量和风量，当分别达到预定数值时开始提升。如果喷注施工过程中发生设备故障，或遇到紧急情况无法继续施工，那么重新喷射施工时，要将喷管下放20cm，之后重新喷注，确保桩体的连续性和强度。其中，下图2为旋喷法施工工艺流程。

4.6施工要点分析

首先，施工前要做好拟建场地的平整工作，并根据排水要求设置相应的排浆沟。上述工作结束后，着手开展钻机定位。这一过程中，要确保钻机水平安放，钻杆的垂直度要控制在1.5%之内。本次施工期间，主要使用的是三重管法施工技术，并采用自下而上的注浆方式。为确保施工质量与进度，注浆管采取分段提升的方式，相邻注浆管的搭接长度控制在200mm。其次，旋喷管在插入之前，要对空气喷射状况与高压水喷射状况检查，保证每个部位的密封圈性能良好。喷射管插入之后，要做好高压射水试验，试验合格才能开展注浆工作。如果试验出现塌孔问题，可使用低压（0.1到2MPa）水进行处置。为合理设定喷嘴直径以及喷射压力等重要参数，在正式喷射注浆之前，要做好现场试喷试验。喷浆工作开始之后，要先喷射高压水，经过一段时间后，再向喷射管中输送水泥浆以及压缩空气。一般来说，压缩空气的输送可滞后30s进行。当喷射管抵达桩底时，可采取边旋转、边喷射的方式，并持续1min之后再进行提升。另外，喷射注浆结束后，要立即使用清水进行喷射管的冲洗，以防出现凝固、堵塞等问题。相邻两个桩体的喷射施工间隔应大于48h，并且相邻两个桩体之间的间距应超过4到6m。此外，施工过程中技术人员应做好现场记录工作，尤其对于测量定位以及所用浆液的配比参数，应根据实际情况做好记录。同时，还要对施工期间的喷浆压力以及喷射管提升速度等参数进行详细的记录。现场人员、设备以及施工现场的地质、水文条件都可能对施工工作的顺利开展造成影响，因而施工期間要密切关注各方情况，防止意外的发生。

5.结语

在开展深基坑支护施工期间，首先要做好前期的勘察工作，包括岩石参数、土质、地下情况等，为基坑技术的合理施工提供保证。一旦发现不符合要求的施工现象，应立即采取措施进行处置。具体施工环节中，要严格按照规范与设计要求进行施工，并配合相应的止水措施，确保施工工作的有序开展。

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