◎ 唐国伟 中国水利水电第十二工程局有限公司
东坑水综合整治工程位于光明区凤凰街道,是茅洲河右岸一级支流,其流域面积10平方公里,河道全长5.2公里。该工程主要治理内容主要包含河道防洪整治、水质改善、生态覆绿与服务设施建设等项目。本文以此工程为研究对象,针对调节池基坑支护与开挖工艺展开相关研究。
调节池工程场地位于东坑水河口,占地面积4.16万m2,调蓄规模13.5万m3,施工结构采用全地下式结构,并由底板、底板下设抗浮灌注桩、四周侧墙、池内框架柱及顶部梁、板组成。关于调节池基坑支护与开挖施工方案,经过科学勘探设计后定为灌注桩+锚索支护、放坡开挖两种支护方式。经过实地勘察可知,该工程项目地理位置较为特殊,周边多为高填方区及菜地,单总体地势走向较为平整,其中底层结构较为复杂,存在大面积杂填土,且存在20%~30%建筑垃圾,这为施工进度以及施工工艺应用效果造成一定的影响。
该调节池整体结构为长方形钢筋混凝土箱体结构,但是结构四侧的基坑深度数据不同,东侧开挖深度12.4~12.9m,南侧开挖深度13.9m,西侧开挖深度14.4~15.4m,北侧开挖深度11.9m,从整体来看,地下是为净深6.7~10.7m的空腔结构基坑总面积约3.2 万m2,外围周长790m。要想对该调节池展开基坑支护及开挖工序,需先明确施工特点,并在此基础上,创新施工工艺,科学有序地完成施工任务。
通过现场勘察可知,东坑水综合整治工程调节池场地分布的地层从上到下主要有:人工填土层、粉质粘土、粉细砂、中粗砂、砾砂、残积土和花岗岩风化土层,零星分布淤泥质砂和淤泥质土层,而基坑开挖工程涉及范围,主要涵盖层粘性素填土层、粉质粘土层、中粗砂、砾砂、残积土层、全风化花岗岩层。该类土质均具有压缩性,不存在软弱下卧层,这为后期施工工序的展开打下了良好的基础。与此同时,调节池周边不存在其他建筑物,且地势平缓,具备极高的施工空间优势。
通过实地勘察东坑水综合整治工程调节池施工场地可知,该调节池基坑存在以下特点[1]:
第一,规模大。调节池规划为283.6m×111.6m的长方形钢筋混凝土箱体结构,而政工基坑面积达286.6×126.4m,约3.6万m2,这就会导致整体工期较长,且存在变形风险,所以在支护过程中需要充分考虑变形风险,合理展开施工流程;
第二,开挖较深,通过工程概况可知,调节池结构四侧的基坑深度数据不同,且最深处长达15.4m,这就会导致施工周边土层会受到施工的影响而发生位移或变形。
第三,受到调节池自身结构、地理位置、设计需求等因素的影响,基坑底部被划分为不同高程区域,呈现中间浅、四周深,南侧基坑浅、北侧基坑深的状态。
第四,完工形态的调节池呈现“三面高、一面平”的形态,除了与调蓄湖侧壁高程保持相同高度以外,其他三面侧壁均与相邻工程高度存在差距。
在基坑支护与开挖施工工序开展之前,需结合工程实例特点以及施工要点,先对调节池基坑进行详细的区域划分,并针对不同区域进行针对性设计,确保最终施工方案能够满足不同区域的施工需求,为东坑水综合整治工程施工质量打下坚实基础。
针对调节池基坑工程特点,给出以下施工方案:
该调节池北靠调蓄湖,采用放坡开挖工艺,此时需注意在基坑开挖之前,需将场地清平至9.5m高,在坡与坡之间需设置卸荷平台,坡面需采用1.5m长间距1.5m短钉护面;该调节池西依华星光电人工湿地,采用桩锚型式支护结构,在基坑支护工序开始之前,也需将场地清平,高度为16.0m,在施工过程中共需3排预应力锚索以及3~4束7×φ5预应力高强度低松弛钢绞线;该调节池南接东明大道,同样采用桩锚型式支护结构,场地清平至15.5m,预应力锚索数量及预应力高强度低松弛钢绞线规格同上;该调节池东邻东坑水河道,支护结构采用桩锚型式,桩顶以上按1:1放坡至场地清平高程13.3m~14.0m,共设置2~3排锚索,预应力高强度低松弛钢绞线规格同上[2]。
3.1.1 基坑支护要点
针对调节池基坑特点,并结合周边施工环境优势,可采用“灌注桩+锚索支护”以及放坡开挖这两种支护型式[3]。与此同时,需对四侧侧壁基坑支护具体参数进行测算(详见表1),以确保各桩锚支护断面安全系数达到使用标准,为东坑水综合整治工程施工质量打下基础。
表1 具体支护参数计算表
根据《深圳市基坑支护设计规范》(SJG05-2011),桩锚支护整体稳定安全系数不得小于1.25,通过计算结果可知,以上各桩锚支护断面安全系数均满足规范要求;放坡开挖基坑稳定安全系数应不小于1.2,调蓄湖侧基坑整体稳定安全系数满足规范要求[4]。
3.1.2 基坑土方开挖要点
基坑土方开挖过程中,需遵循开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖等原则,并需要做到分区、分层、分段、对称、均衡、适时,才能够让施工工艺流程更加规范科学[5]。在施工过程中,需明确划分出周边区及中心区,做到开挖一层支护一层,挖掘出来的土石方也需及时转移至规定堆放区域,避免造成施工隐患。在此过程中需要注意的是,在周边区向中心区退挖的过程中,需要注意将出土通道保留在中心区,并预留好出土口(如图1所示)。
图1 开挖出土示意图
在施工过程中,该工序采用的是桩径1.2m、桩距1.6m的钢筋砼灌注桩,施工流程如下:测放控制点——平整场地——桩位放样——护筒埋设——施工平台铺设——钻机就位——开钻前准备——桩孔钻进——测量孔深(位、斜)——终孔、清孔——钢筋笼吊放——必要时二次清孔——安设导管、储料斗——灌注水下砼——拔出护筒——孔口回填——自然养护。
在灌注桩施工过程中,为了确保施工质量符合工程需求,施工人员需严格把控各个环节施工要点。例如,成孔工序中需重点关注桩位、桩径、成孔深度等问题;钢筋笼制作过程中,需严格把控钢筋原材料质量以及焊接质量,合理设置主筋间距以及箍筋间距;水下砼灌注过程中,需加强导管试压,时刻把控桩顶超灌量等等。
旋喷桩工艺适用于地基加固环节,该工艺能够直接控制加固范围,并根据工程需求旋喷成各种形状柱体,具有适用性强、操作难度简单、施工影响小、施工速度快等优势。在调节池基坑支护及开挖工程中,需先将施工场地清理平整,并通过实地测量勘探,寻找最佳放样桩位,在确定好桩位后,瞄准桩心位置,通过钻机设备进行施工,在此过程中,钻机设备需放置平稳,确保施工过程中机械设备不产生位移、偏斜。当钻孔达到设计深度、喷灌达到孔底位置进行喷射作业,这就要求施工人员需提前规划好排浆孔以及泥浆池,在施工完成后进行集中处理。
调节池基坑支护及开挖过程中,工程需根据四侧侧壁施工需求来设计不同的施工方案。通过实地勘察可知,调节池基坑北侧施工条件较为复杂,此时需采用放坡开挖以及土钉挂网喷砼的方式开展支护工作。在施工过程中,需注意以下两点:第一,在挖土、修坡的过程中,需重点关注土方的放坡系数;第二,在成孔、插筋、注浆的过程中,需严格审核土钉挂网支护参数(详见表2),确保其在符合《深圳市基坑支护设计规范》(SJG05-2011)的同时,也能够满足工程支护需求[6]。
表2 土钉挂网支护参数表
经过实地勘探,该基坑需采用分层分段开挖的施工方法,确保场地高程最终能与支护桩桩顶高度保持一致,为后续的支护桩施工工序打下基础。在土方开挖过程中,需注意以下要点:第一,在基坑土方开挖之前,需根据各个结构构件的参数,明确其具体的养护时间,确保该层已经达到工程标准强度之后才能进行下一步骤,例如,支护桩需养护七天以上,桩身砼强度需达到80%以上,再如,冠梁、腰梁砼强度需达到75%以上;第二,在该工程施工多采用机械设备进行开挖,此时需要做到人机协同,配合开展施工作业,在此过程中,施工人员需牢记施工安全条例及相关行为准则,将生命安全放在第一位;第三,在施工过程中,施工人员需定期或不定期检查沟壁边坡的具体情况,并根据土层结构和地质变化,及时调整施工方案;第四,因为周边土层承重力有限,所以在基坑开挖过程中,需规划出施工范围,并将施工区域外扩10m,严禁重载车辆进入施工范围,施工原材料的堆放场地也需额外规划,避免给基坑土层带来超负荷压力。
预应力锚索施工的优势在于通过锚头把滑体和稳固岩层连接在一起,从而有效加固基坑边坡,并能够增强边坡强度。在调节池基坑支护及开挖过程中,该工序施工流程如下:钻机就位、成孔——锚索制作、存储——安装锚筋——压力注浆——钢筋砼腰梁施工——预应力锁定。
在施工过程中,需严格遵守工程原材料质量评定标准。例如,钢绞线应符合现行国家标准《预应力混凝土用钢绞线》(GB/T5224)的规定;拌合水的水质应符合现行行业标准《混凝土拌合用水标准》JGJ63;预应力筋用锚具、夹具和连接器的性能,均应符合现行国家标准《预应力筋用锚具、夹具和连接器》GB/T14370的规定等。
由于场地周边水资源丰富,且河道水与地下水具有互通性,所以在调节池施工过程中,基坑排水是重中之重,也是确保整体工程施工安全质量的关键所在。为了避免地下水渗入基坑,对周边土层产生负面影响,需设置排水沟阻断周边水资源的汇入,针对地表渗水问题,需采用挂网喷砼的方式进行预防。与此同时,需结合工程需求、地质特点等,设置排水明沟、集水井等设施,并根据当地雨水情况,必要时需做好临时排水方案,为调节池基坑支护及开挖工程安全质量打下坚实基础。
通过考察并分析东坑水综合整治工程方案可知,基坑支护及开挖工程方案的具体实施要做到因地制宜、因时制宜,结合工程需求、地质情况、周边施工环境等多重因素,针对性设计施工方案,采用最恰当的施工方法,在施工原材料、施工技术贴合行业标准及相关规定的基础上,有序开展施工工作,才能为工程总体质量以及施工安全工作保驾护航。