泵站基础施工深基坑技术探析

武宝君

(广东省水利水电第三工程局有限公司,广东 东莞 523710)

0 引 言

泵站基础施工的可靠性对整个泵站的综合效益影响较大,随着泵站使用范围、工程数量的扩大与增加,其泵站施工技术的研究力度也在不断增强。在实际施工过程中,泵站工程深基坑施工技术具有多样性的特征,为此,需结合项目实际情况采取最适用的技术进行施工,同时还需做好深基坑监测作业,进而保证泵站深基坑施工保质保量完成。

1 工程简介

阳江市四围涝区整治工程施工总承包项目位于广东省阳江市城南新区,四围涝区南部,内河沙格涌主河道与四围联围堤防之间,现庙仔涵闸闸址处。泵站建设目标为提高阳江市四围地区的排涝标准。泵站设计排涝标准为重现期10a一遇24h暴雨所产生的径流量1d排干不成灾,设计排涝流量为70.0m3/s,共装机5台,总装机容量为4500kW,计划工期为600日历天。

该泵站为Ⅱ等工程,工程规模为(2)型。电排站主要建筑物前池、进水池、泵房、出水池、出水涵闸及自排涵闸均按2级建筑物设计,次要建筑物进水渠及下游连接段按3级建筑物设计,临时性建筑物级别为4级。施工围堰等临时性建筑物级别为4级。防洪潮标准为50a一遇,泵站防洪潮水位为3.202m,建筑物地震设计烈度为7度。由于泵站须跨汛施工,泵站导流建筑物洪水标准内河侧按照10a一遇设计,外河侧按照30a一遇设计[1]。

2 泵站基坑开挖支护技术类型

2.1 开挖技术

泵站基坑开挖主要由机械设施完成,在实际施工过程中,需按照工程要求完成安全、快速的土方开挖。由于该泵站属于水利项目,因此在这类工程中,其开挖方式主要是明挖、边坡施工,主要技术如下:

1)明挖技术:在泵站基坑开挖之前,应根据工程实际情况选择相应的阻水支护方案,以防止因地下水或地基的变形引起的安全隐患。对于明挖技术来说,其工艺相对简单、高效、方便是目前较常使用的开挖方式。在实际施工中,施工人员必须从地面上挖好与设计高度相等的基坑。同时,在开挖时,必须坚持“边挖边支”的原则,以保证基坑的稳定性,确保施工全过程达到安全作业标准。在开挖基坑时,一般先进行基坑排水,然后进行土方开挖;主要的排水方式为,设置排水沟,截水沟,挡水台,排水井并建造出排水管网系统,进而保障工程技术的实用性,对于实际土方开挖需明确分层、分段的开挖方式,并完成支护作业,在实践过程中,需严格遵守施工程序,明确施工质量控制要点,避免出现超挖等问题。

2)放坡开挖:放坡开挖属于安全可靠的土方开挖方式,在泵站工程项目中该办法从本质来看,属于在深基坑的边坡上,将垂直上、下的基坑开挖改为斜坡下挖,以防止土墙坍塌的开挖技术。一般情况下,在软土、砂土等地基稳定性较差的地区,可采用该办法进行开挖;另外,在基坑开挖深度>3m或周围建筑物较多的情况下,采用这种方式可以增加施工的安全性。必须指出,开挖放坡对周围环境有很大的影响,而且对空间的开放程度也有很高的要求。

2.2 支护技术

1)土钉墙支护技术:土钉墙是用钢筋或角钢作为土钉形成支护方式,其土钉加固可确保土体形成较为稳固的挡墙。土钉墙作为一种复合地基,其最大的价值在于确保其稳定性较强,并且可形成安全、可靠的支撑体系,可有效提高边坡的整体稳定性,提升其承载能力;降低了基坑工程造价,降低了噪声振动、在采用土钉支护技术的同时,泵站的基坑工程也要按“边挖边支”的方法进行施工,其施工次序如下:①开挖基坑;②边坡治理;③钻孔加筋;④灌浆;⑤喷浆;⑥混凝土养护;在采用土钉墙技术时,应严格控制灌浆水灰比(多数为1∶3),着重于加强网片安装环节中的网片固定距离的误差(≤30 mm);同时,还要确保混凝土的均匀和自下而上,并与实际情况相结合,对分层喷出的厚度进行控制,以确保养护的质量[2]。

2)土层锚杆支护技术:土层锚固技术原理简单,在实际设计与应用过程中,需完成基础的支护结构布置,并随着基坑开挖深度的增大,不断在岩层内进行锚索施工。在实际施工过程中,土层锚固必须与地基、基坑的支护结构相结合,以此确保地基稳定性。对于泵站基础工程施工,可采用土层锚杆施工技术,且需要进行锚杆钻孔。在将锚杆打入钻孔之前,必须进行防腐蚀处理,在进行锚固时,必须做好注浆工作以保证锚杆与土壤的黏接;确定锚杆稳定后,再张拉锚,在完成后可基于千斤顶施工完成张拉锚固并进行二次注浆[3]。

2.3 基坑支护计算

对于基坑的内部支撑,其产生问题的直接原因可以分为2种:①墙体、支撑等强度不足;②基础土的承载力不足。结合现场的地质数据与实际情况,可以排除管涌和承压水的影响,且钢板桩抗渗稳定性未作校核。该方案的重点是在整个施工阶段对钢板桩、围檩、支撑进行计算,避免整个基坑的滑移和地基土的凸起。根据地质报告,计算出施工区域土的有关加权平均指标如下:γ=18KN/m3,土质 -3.29～-6.16为中粗砂,Ф=28°,-6.19～-7.77为砂质土,Ф=20°,-7.77～-10.27残积土,Ф=20.5°,-10.27～-17.0为全风化麻片岩, Φ=21°本次计算取最小值Φ=20°, c=8kPa,土方开挖深度为5.05m。

3 泵站基础施工深基坑技术措施

本项目深基坑专项方案主要针对安装间进行,安装间开挖后的基坑面标高为-10.05m,现地面的标高为-3m,开挖深度为7.05m,已达到深基坑的标准,具体施工措施如下:

3.1 井点降水施工

1)在基坑开挖之前,要先进行井点降水,使基坑水位降低到基坑底部1 m,然后才能进行基坑开挖。在工程建设中,当遇到淤泥、粉质黏性土层时,由于其具有较大的压缩性、较高的含水量和较高的渗透性,因此,在部分地基上采取深搅拌桩法。在基坑放坡范围以外还可采用轻型井点对基坑放坡区外的井点进行降水;在基坑开挖完毕后,在基坑周围布设一套井点,并在3m处插入井点管,并进行2周降水处理。

2)挖沟铺管。铺设管道。先开挖1.5m左右的井点沟,再铺设集水管。

3)冲孔。用清水冲洗大约6m深的钻孔(孔底标高为基坑底部2m),保证井点作用范围内的地下水水位下降到1 m,孔径≥300 mm,孔距1.6 m

4)采用沉布式管内充砂滤料,砂粒采用中粗砂,将井点管与集水管相连通[4]。

5)井点系统的各个部分必须紧密地安装,以避免空气泄漏,而在集水管和井点管之间,则使用软管进行连接。

6)在每个点管沉下后,对其渗透特性进行检查。井点管与孔壁间充砂时,须在管口处喷出泥浆,或在注水后迅速下渗,才算合格。

7)当井点系统安装后,需及时完成试油工序,并对管道接头质量、井点出水、真空泵运行状况等进行全面的检查。经检验,从井点孔口至地表0.5～1.0 m的深度,采用黏性土进行充填;抽水后,每日早晚各进行一次检查,若出现堵塞或漏气等问题,需及时进行修复处理[5]。

8)为了避免基坑周边的地表水流入基坑,在施工现场设置临时排水系统,并在基坑顶部的南侧设置一条临时排水沟,截水渠的大小为1m×1m,北侧和东侧全部为沙土,在钢板桩顶端以上的水流会透过沙层。在此,只能考虑将水排入到基坑内统一向外抽排。在基坑底部,在钢板桩周围挖一条0.5 m×0.5 m的排水沟,最后在东南方向直径为800的集水井中,在井中安装10cm的排水水泵进行排水。将污水排入坑顶部1m处(坑底标高-4m),最后排入外河。

3.2 深基坑开挖

在土方开挖之前,应先完成建筑物控制点线与标桩,在测量过程中需明确建筑物天然地面标高,并在此基础上完成标高基准点的操作。在此,可采用水泥碎石加固已挖出的路基,并在道路四周铺设水泥块。准备好紧急情况下的水泵或应急设备。在具体的开挖中,可按照如下开挖工艺进行:

1)除局部防护,其余部位均按1∶1台阶式开挖,台阶宽≥1.5m,二次放坡可以使滑坡面发生崩塌,降低坍塌发生的概率。

2)基底标高由专人负责,机械开挖留下100 mm厚的土壤,用人力进行平整。不得在开挖后进行深填松土,如果出现超量,则用沙石进行填筑。

3)加强基坑底部排水,在基坑周围人工开挖排水明渠,并在基坑拐角处或拐弯处设置排水明渠。在基坑周围设置好集水井,并用抽水机将污水泵入下水道,保证排水顺畅[6]。

4)在基坑开挖后,需要在井下进行井点降水,并在深3m处插入一根3m的管道。

5)在开挖过程中,要严格控制挖土,在桩位暴露后,首先在挖土机旋转半径范围内开挖,直至与基坑相同,将集水坑灰线放置好,向挖掘机师傅交底后,缓慢开挖,不得破坏桩位或过深。

6)在基坑施工期间和开挖后,应加强对桩顶变形的监控,并在施工结束后及时用水泥砂浆或细石混凝土填充。在此过程中,还需完成雨季防护加固处理,若出现位移异常,应及时进行加固或拉结。

7)开挖完成后,在基坑周围进行加固,并在基坑外侧设置0.6%的泄水坡。在基坑周边的滑动圆弧部位,应经常使用1∶2的水泥砂浆进行修补,以此保证地基的稳定性。

3.3 围护工程

首先,在深基坑开挖过程中,必须采取围护措施,对基坑进行加固,从而防止基坑渗漏。在进行地基加固时,要结合建筑物的结构,从地基设计以及处理等角度对围护工程进行合理的规划,同时要强化防水,以保证对渗漏的控制。

例如,可使用土体加固、土钉以及重力、水泥等方式,并按照支挡、锚拉式、排桩、地下连续墙、锚杆等支护体系进行施工。其次,建筑工程因受气候影响,户外作业多,应尽量避免因气候变化引起的温度、湿度、日照等问题对其造成的质量影响。其施工人员应针对地基进行加固处理,并采取有效的措施加以预防。最后,为了更好地实现工业化,加固结构的理论依据,可以改变传统的吊装、浇筑交叉施工方式,采用组装连接代替后浇注浆连接,增强结构的防水,确保结构的抗震性能,缩短施工周期,提升工程质量[7]。

3.4 利用信息技术进行深基坑监测

在实际开挖过程中,应该采取动态的监测方法,在此可运用信息技术来完善深基坑的监测,并在有需要的时候,对原有的设计进行调整。同时,根据现场条件,根据工程监理的许可,对土方开挖方案进行详细的调整。在此,还可利用信息化技术对基坑进行监控管理,保证在施工现场设置高精度的传感器,采集地基沉降、倾斜等资料,并对地基沉降情况进行自动分析,可依据监测结果,制订加固措施,进行管理预警,降低风险。同时,在施工过程中,要注意施工过程中的各种地质条件,如与现场勘查数据有很大差别或不能满足施工需要,应立即向有关部门报告,并采取相应的应急措施,实现“动态设计,信息化施工”,其监测的控制允许值及控制报警值见表1。

表1 为监测的控制允许值及控制报警值

4 结 语

在泵站深基坑施工过程中,一方面,各施工单位要根据规程、规范,合理把控施工技术,明确不同开挖、支护技术与实际项目的结合程度,以此按照方案进行施工作业;另一方面,需加强质量和安全管理,贯彻以“安全第一、预防为主、综合治理”为原则,对施工现场实行封闭式施工,在土方开挖等方面落实各项安全、文明施工及紧急情况,认真了解图纸,做好技术交底,加强隐蔽工程验收,进而保证泵站基坑作业达到高质量水平。