长江取水泵站基础分阶段施工技术

常玉坤，罗飞跃，唐文亮（1.中电建安徽长九新材料股份有限公司，安徽 池州 247100；2.中国水利水电第八工程局有限公司，湖南 长沙 410004）

某项目在安徽省池州市长江岸边新建一所取水泵站，工程设计规模为 2.1 万 m³/d，采用加压形式供水。取水泵房为长方形现浇框架结构，高 31.40 m，面积为 93.75 m²，17.90 m 高程以下为 20.4 m 高的框架结构深井，以上 11 m为机电设备用房。泵站结构采用灌注桩基础，基础持力层为强风化砾岩，泵站底板基础开挖边坡比为 1∶1 ～ 1∶1.5。

工程主要内容包括施工便道、围堰、取水泵站、取水头部，取水管道及附属设施等施工项目。其中，取水泵站水面以下结构（钻孔灌注桩、承台等）的施工是一项重难点。项目创新性地采取分阶段技术方案，在保证安全质量的基础上，迅速组织泵站基础和承台施工[1]，为类似工程提供有效借鉴。

1 水文地质

根据安庆水文站多年实测资料分析（1950 - 2015年），长江中下游干流汛期出现在 5 — 10 月份， 12 月和次年 1、2、3 月份为枯水期，年平均水位系列较稳定。地下水主要为第四系松散岩土类孔隙潜水，深部为基岩裂隙水。安庆站水位年特征值见表 1，表中水位为黄海基面。

表1 安庆水位站水位年特征值统计表

2 工程地质

工程区第四系地层厚度 15.0 ～ 30.0 m，按地质时代、成因类型及其工程特性，分为 ①、②、③、④、⑤、⑨、⑩、⑪ 等 8 个大层，细划为 18 个亚层。下伏基岩为 ⑩a层紫红色砾岩和 ⑩b 层泥质粉砂岩为侏罗系上统汪公庙组（J3w），⑪ 层灰岩为三叠系下统南陵湖组四段（T1n4）。

3 主要施工顺序

根据设计文件，工程取水泵站处于长江中。为满足钻孔及混凝土作业施工条件，决定在对水位线以下工作面进行施工时，采用回填筑岛法设置施工平台，待灌注桩完成后再结合承台施工场地要求，将部分筑岛中心部位进行挖除，并对剩余的外围筑岛进行加固及防渗处理，使其形成土石围堰，为内部承台等结构的施工提供干地作业条件。待所有水下部分的结构施工完成以后，再将围堰进行挖除，并依次施工上部结构。施工顺序为；回填筑岛 → 灌注桩施工 → 土石方施工 → 防渗围堰施工 → 承台施工 → 上部结构物施工。

4 围堰施工方案比选

回填筑岛提供干地工作场面以辅助灌注桩施工后，对剩余的外围筑岛进行加固及防渗处理形成土石围堰提出了 3 种比选方案。工程设计承台底板尺寸 15 m × 10 m，底面高程EL -2.5 m，施工平台高程为 EL 6.0 m。

4.1 单层钢板桩围堰

施工尺寸为 18 m × 13 m，相较承台底板四边各增加 1.5 m作为工作面与集水井。形成基坑高程 EL-3.8 ～ 6.0 m 的围堰，其中 EL-2.5 ～ -3.8 m 为 1 m 钢筋石笼压底，30 cm 厚的混凝土封底，以防止坑底土体受周围水土压力上涌。

该方案预计工期 5 d，占地面积小，成本低，但容易干扰灌注桩施工。根据地质条件和周边码头钢管桩作业情况，打入 EL-3.0 m 后施打极其困难；且取水泵站一、二层框架结构高度均为 4.8 m，施工期间内支撑设置间距要求较大；基坑深度达到 9.8 m，存在较大安全风险。

4.2 混凝土芯墙围堰

采取高压旋喷方式，形成混凝土芯墙围堰，围堰长94 m，深 9 m。高压旋喷桩施工参数为孔距 0.7 m，孔深10 m，孔径 90 mm，共计灌浆 1 370 m。钻机钻头进入地面下后打开送浆泵，边旋转下钻边喷浆。喷浆管下沉到达设计深度后，停止钻进，旋转不停。喷射时，高压泥浆泵压力增到施工设计值（20 ～ 25 MPa）。水泥浆与桩端土充分搅拌后，再匀速提升至设计停浆面。

该方案具有稳定性、止水性较好的优点。但施工工期需要 1 个月。

4.3 双层钢板桩围堰

施工尺寸为内层 17 m × 13 m，外层 20 m ×1 5 m，间距 1 m。即在内层满布钢板桩，外层满布或间布钢板桩，内层主要功能止水，外部主要功能抗压。

该方案增加了围堰稳定性与止水性，钢板桩施打深度可适当减少到 EL-3.0 m ～-4.0 m，可行性较大。底部钢筋石笼压脚可考虑减少或取消；外层可与灌注桩同时施工，不影响工期。内层预计工期 5 天，满足工期要求。但该方案施工成本相对较高，施工平台区域打入过多灌注桩及钢板桩，容易导致后续钢板桩施工困难。

经多方面技术经济对比，采用双层钢板桩围堰方案即满足工期要求，同时安全风险性低。

5 主要施工技术应用研究

5.1 筑岛结构施工技术

筑岛顶部按高出水位 1 m 高程设计，迎水面边坡1∶2.5，背水面边坡 1∶1.6。筑岛周长约 110 m，呈四方形，填筑方量约为 11 000 m³。当岛填筑至设计高程时，进行灌注桩施工，施工完成后，将岛中心土石挖除，开挖坡比为 1∶0.5，预留外圈形成围堰。筑岛结构图 1 所示。

图1 筑岛结构布置图

岛的填筑由岸坡向江中分层逐次推进，推土机分层推平压实。水下部分采用挤淤法填筑，以便将岛基底淤泥挤出，以确保填筑的岛体与岛基良好的结合，保证后期形成围堰的防渗性及稳定性。挤淤法施工的填土顺序为沿一点向外辐射施工，逐次向两旁展开，使淤泥向两侧展开。填筑时，当填土超过现况水面后，应分层碾压，每填 30 cm 碾压一次，逐层压实至设计高程，压实度保证达到 95%。

5.2 围堰结构施工技术

钻孔灌注桩完成后，清理钻孔平台，留作钢板桩围堰使用。钢板桩围堰分内外两层，外层范围 20 m × 15 m，内层范围 17 m×13 m，间距 1 m。钢板桩施打深度为 EL＋6.0 ～-3.0 m。支撑采用两道，分别在 EL＋4.5 m，EL＋1.5 m，分层开挖，及时支撑。基坑开挖至内支撑位置时，进行内支撑的安装。内支撑自上而下设置，一边开挖抽水，一边安装。钢板桩围堰平面布置图 2 所示。

图2 钢板桩围堰平面布置图

工艺流程为：作业准备 → 插打外层定位钢板桩 → 插打外层钢板桩 → 外层围堰合拢 → 插打内层定位钢板桩 → 插打内层钢板桩 → 内层围堰合拢 → EL＋4.5 m 设置第一道内支撑 → 基坑开挖至 EL＋1.5 m → 设置第二道内支撑 → 分块开挖至 EL-3.0 m → 分块浇筑封底砼 → 抽水堵漏 → 破桩头 → 承台和立柱施工。

钢板桩利用日立 450 打桩机逐片插打。首先打入四个引导桩作为导向桩，在引导桩内侧焊接牛腿，作为导梁的水平撑。在水平撑上安装导梁并临时焊接固定。第一根桩插设时需留置一定的预留量，精确复测桩的位置与双向垂直度。

5.3 围堰拆除施工技术

拆除时，先将围堰水上部位的土方运至弃土场内，待其水面上土方及后戗台削坡结束后，在下游围堰开一小断面缺口。开口前，采用土工布对过水断面进行防护，防止水流对围堰的过度冲刷对围堰稳定的影响。向河道内灌水以保持围堰内外水位基本持平，围堰水下土方采用长臂挖掘机进行水下挖掘。

先用打拔桩机夹住钢板桩头部振动 1 ～ 2 min，使钢板桩周围的土松动，产生“液化”，减少土对桩的摩阻力，然后慢慢的往上振拔，拔桩时注意桩机的负荷情况。

6 安全监测措施

6.1 防护措施

（1）密切关注围堰体边坡的变形和坡顶地面的沉陷，充分估计后续开挖对围堰造成破坏的可能性。

（2）建立每天巡检制度，并详细记录围堰体的观测数据，若遇下大雨天气，增加巡检次数，做到及时反馈第一手原始数据。

（3）现场应有专人检查围堰体的安全，发现不安全因素，及时汇报或采取有力对策措施排除险情。

6.2 监测项目

根据围堰的设计要求以及围堰体围护结构的特点，并结合围堰工程施工和监测的实践经验，围堰施工监测项目见表 2。

表2 施工监测项目表

6.3 渗漏应急方案

防渗土料粘度及抗渗指标未达到要求，可能存在大面积渗水现象。通过采用符合标准的填筑原料，在原铺设防渗粘土部位继续填筑。 若围堰与岸坡相接处产生较大渗漏，应对岸坡渣土进一步处理，并填筑防渗原料；同时增长岸坡防渗铺盖长度，延长渗径。

渗漏若不能得到有效解决，则要在围堰下游增设一截水槽，增加排水设施，加大排水量，进行强排，保证基坑在干处进行混凝土作业施工。

7 结 语

（1）取水泵站采用筑岛、灌注桩、围堰、承台等分阶段进行基础施工的方式，可以有效避免长江汛期影响，便于施工资源组织和成本控制。

（2）对比单层钢板桩围堰、混凝土芯墙围堰、双层钢板桩围堰 3 种围堰方式，双层钢板桩围堰工期较短，安全风险性低，推荐采用。

（3）围堰结构施工要严格注意钢板桩施打垂直度等关键施工参数，避免渗漏水和支撑结构衔接不良等问题。

（4）取水泵站基础施工要加强防护措施，提前做好渗漏应急方案，针对围堰水平位移、侧向变形、沉降等项目要加强监测。