引调水工程泵站深基坑开挖支护方案研究

冯增光

（中国水利水电第十一工程局有限公司，河南 郑州 450000）

1 工程概况

1.1 引调水工程

湛江市引调水工程设计供水范围为湛江市霞山区、赤坎区和麻章区，并给沿途廉江市、遂溪县预留分水口。该工程由取水口、泵站前池、取水泵站、调压塔、输水管道等组成，输水管道总长约61.924 km，为Ⅱ等大(2)型工程，主要建筑物为2级，次要永久建筑物为3级，临时建筑物为4级。

1.2 泵站工程

鹤地泵站为湛江市引调水工程的取水泵站，周围原地形起伏不平，高低差较大，现地面高程在57.27~38.9 m之间。

根据地坪设计标高、基坑开挖深度及场地地基土层分布特点分析，其基坑底板主要坐落于Ⅳ1强风化砂岩上，场地周边环境较简单，场地工程地质主要为强风化带的砂岩和全风化带的砂岩，少量为弱风化带的砂岩。弱风化带的砂岩分布在前池断面的下部，工程量较少。强风化带的砂岩广泛分布于本工程开挖断面中下部，强度较低。全风化带的砂岩分布在山体表层，岩体风化较透，原结构已完全破坏，呈粉质黏土、砂质黏土状，下部岩体风化不透，局部可辨原岩结构，呈黏土质砂砾状，密实土，黏粒含量低，岩芯遇水易崩解成散粒状，夹有少量强风化岩块，但强风化岩块岩质极软，水泡可用手捏碎。

鹤地泵站平面布置如图1所示。

图1 鹤地泵站平面布置图

1.3 水文气象

工程区域受海洋气候调节，冬无严寒，夏无酷暑。光照充足、热量丰富，多年平均日照时数2 004 h，平均气温22℃，最高气温38.5℃（出现于1977年6月8日），最低气温 0℃（出现于1975年12月2日和29日），最热月为7月，平均气温28.4℃，最冷月为1月，平均气温15.5℃。年温差为12.9℃左右，平均年积温约8 382℃。无霜期达364 d。年降雨量在1 200~1 700 mm之间。降雨时空分布不均匀，年内降雨主要集中在汛期（4~10月），降水量占全年的85%以上。多年平均风速3.02 m/s，平均风速最大月为2月（4.17 m/s），其次为3月（4.00 m/s），平均风速最小月在6月（2.42 m/s）。湛江市全年盛行风向E~ESE~SE，夏季偏东南风，冬季偏北风或东风。

1.4 工程地质

1.4.1 地形地貌

本工程位于雷州半岛北部区域，区域地貌类型总体属于滨海相、海陆交互相地貌。北部地势较高，为低山丘陵地貌，南部地势开阔平坦，地面高程0.5~33 m，南临南海，为海积及海陆混合堆积地貌。区内水系主要有青年运河、位于西北部的九洲江、南部的南渡河及东部的鉴江。

1.4.2 地层岩性

场区地层以第四系全新统冲积层、坡积层、喜马拉雅期湖光岩组玄武岩、第四系中更新统北海组洪冲积层和下更新统湛江组海陆交互相沉积层为主。在场区北部出露寒武系八村群砂页岩、泥盆系中下统桂头群砂岩夹页岩、泥盆系上统天子岭组灰岩及帽子峰组砂岩，其间零星分布下石炭系大塘阶深灰色灰岩和中上石炭系壶天群灰白色灰岩。在场区东北部发育加里东期混合岩及燕山一期、燕山三期、燕山四期侵入岩。

1.4.3 地质构造

本区先后经历加里东期、燕山期、喜马拉雅多期构造运动影响，形成多期侵入岩、喷出岩，并形成褶皱、断裂等地质构造。在新生代本区属沉降区，地表为第四系及喷出岩覆盖，所见构造形迹不多，仅见极平缓的摺曲及断层。本区区域性构造主要有一条褶断构造带和两条隐伏断裂带。

1.5 施工现场平面布置

1.5.1 施工道路布置

泵站下基坑道路EL34.39 m高程以上一期临时道路进行出渣，下基坑道路在东侧及北侧EL42.8 m以下开挖时形成，具体以EL29.29 m马道为依托，通过超欠挖的手段，向东南侧斜坡向上出基坑与场内规划临时道路及库区道路相连。

根据现场需要，现场道路部分采用砼道路，坑内临时便道为铺级配碎石路或砖渣，以方便运输车辆行驶。

1.5.2 施工供电

泵站基坑开挖支护期间采用库区内临时接驳点接线，用于锚杆、钢筋及临时照明用电。空压机及旋挖钻机均采用油动式进行锚杆打设或围护桩成孔；同时与当地用电管理局达成用电协议，安装2台630 kVA的变压器，用于泵站区域后期用电。

1.5.3 施工用水

施工用水主要为灌注桩钻孔、混凝土养护、支护、现场洒水降尘等用水。施工用水取自水库水，在东侧边坡顶部施工空地设置100 m3高位水池，使用Ф75主管、Ф50副管沿边坡或马道施工线路满布，每隔40 m布置三通，设置支管引至各施工点。

1.5.4 施工供风

泵站石方明挖约为53 000 m3，现场设置1台20 m3电动空压机、1台20 m3移动式油动空压机，作为泵站石方开挖及支护的施工供风，供风管采用50专用风管。

2 基坑开挖支护整体思路

鹤地泵站基坑土石方开挖结合厂区开挖自上而下分层、分区（纵向）、分段（横向）开挖，边坡随着开挖逐层进行锚喷支护。表层土方开挖直接采用1~1.6 m3反铲配合15~20 t自卸汽车装自卸车直接挖除，边开挖边进行边坡支护，边坡地质条件较差的部位采用人工修整，避免机械扰动边坡坡面。

基坑边坡开挖拟“自上而下、分层分梯段”法进行爆破开挖支护，具体为边坡上部小方量开挖区或大型露天液压钻机无法到达的部位，采用YT-28型手风钻、QZJ100B型潜孔钻等钻孔设备进行爆破开挖，而在具备大型设备施工作业区，则采用ROCD7型液压钻机、CM-351型高风压潜孔钻机进行深孔梯段爆破；边坡控制以深孔预裂爆破为主，当主爆区由手风钻造孔采用浅孔梯段爆破时，则利用光面爆破技术进行边坡控制。出渣采用1.0~1.6 m3液压反铲配合15~20 t自卸汽车运输至临时堆渣场或综合利用。

主泵房四周土方回填，随主体施工进度分区、分层回填。回填料采用其它就近部位开挖的合格渣料。土方回填前，需进行相应部位隐蔽工程验收，相应部位混凝土结构要达到规定强度，土方回填时，采用人工配合反铲铺土、整平，振动碾碾压压实，靠近墙、进出水管外包混凝土1m范围采用蛙夯、小型振动碾等小型机具夯实，回填的干密度符合设计要求。

3 施工技术要求

3.1 材料选用及要求

（1）HPB300为Ⅰ级钢，fy=270 N/mm2，HRB400为Ⅲ级钢筋，fy=360 N/mm2，钻孔桩桩身混凝土强度等级为C30（要求水下混凝土塌落度为180~200 mm），冠梁、连梁混凝土为C30，钢筋混凝土结构中的钢筋材料应符合现行国家相关规范、规程的要求。

（2）施工中的钢筋替换，须经设计单位的同意；严禁采用改制钢筋或劣质钢筋。

（3）纵向受拉钢筋除注明处其余最小锚固长度为：HRB400（即Ⅲ级钢）为35 d。

（4）桩、梁受力钢筋连接方式宜采用绑扎连接接头；严禁采用电渣压力焊；加劲箍与主筋之间采用点焊（严禁烧伤主筋），主筋与箍筋之间可采用绑扎；纵向受力钢筋机械连接接头应相互错开，受拉钢筋接头面积百分率≤50%，接头应错开35 d且不小于500 mm[1，2]。

（5）纵向受力钢筋混凝土保护层：帽梁、腰梁不小于35 mm，当置于地面无垫层时不小于70 mm。

（6）焊条：电弧焊所采用的焊条，其性能应符合现行国家标准的规定，Ⅲ级钢采用E50系列。

3.2 土方开挖施工技术要求

（1）基坑开挖应满足下列规定：①施工荷载应按设计要求进行控制。②不应在邻近建筑及基坑周边影响范围内堆放。③局部深坑宜在大面积垫层完成后开挖。④采取有效的降水与排水措施。

（2）预留20 cm厚土做围护结构保护层。

（3）围护结构周围的地面超载不得大于设计限值。

（4）开挖到距离坑底300 mm时，应人工挖除，避免超挖。

（5）凡开挖的土方应随挖随运走，严禁堆积。

（6）应采取可靠的安全技术措施，避免基坑周边相邻工程桩基、基坑支护、土方开挖等施工作业与本次相互影响。

（7）应根据周边监测数据，及时调整开挖的施工顺序和施工方法。

4 施工方案

（1）明挖边坡的支护在开挖过程中分层进行，按照马道进行分层支护。

（2）开口线锁口锚杆施工完成后才可开挖边坡，上部台阶施工先于下部。锚杆、喷混凝土与开挖面高差≤10~15 m。

（3）松动部位清理工作应在开挖后，脚手架搭设及各类支护工作，应在开挖后严格按照顺序进行。

（4）应先钻孔再注浆插入锚杆，锚杆施工结束后，喷混凝土。

4.1 锚杆施工

4.1.1 锚杆施工工艺流程

锚杆施工工艺流程为：基面清理→测量放线→造孔→清孔→注浆→锚杆制作→安插锚杆→检查验收。

4.1.2 锚杆施工工艺

（1）造孔

1）开孔允许偏差为100 mm。

2）锚杆孔径应大于杆体直径20 mm 以上。

3）锚杆孔超深不宜大于100 mm。

（2）锚杆的注浆

1）锚杆注浆采用锚杆注浆机注浆，出口压力≥1.0 MPa，输送能力＞0.7 m3/h。

2）注浆工艺须经注浆密实性模拟试验，合格后才可实施。

3）锚杆注浆应采用专用注浆设备，保证注浆饱满，注浆密实度应不小于80%。

4）砂浆应拌和均匀，并严防石块、杂物混入。

（3）锚杆施工方法

本边坡锚杆长度为6 m，采用注浆机注浆。

（4）质检与验收

1）锚杆钻孔规格的抽检：对锚杆孔的钻孔孔径、深度和倾斜度进行抽查并作好记录。

2）按施工图纸规定的材质标准、抽检数量进行锚杆性能检测，出具检测成果并报监理。

3）锚杆的注浆密实度检测根据作业分区和现场实际情况确定范围。

4）提交材质抽验记录、密实度试验记录、钻孔记录等资料，进行逐项验收。

5）锚杆无损检测：锚杆无损检测采用声波反射法进行检测，内容包括锚杆长度和注浆饱满度检测，评价锚固质量。

6）锚杆抗拔力试验：试件数量按每300根至少抽样一组，每组≥3根。

4.2 土钉支护

泵站基坑右侧采用三级钢、间距2 000×1 500的土钉进行支护，土钉长度有9 m、10 m、12 m以及12.5 m，土钉支护采用“先安装后注浆”的程序施工。

4.2.1 挖土及修坡

按规定分层、分段开挖，上层作业面开挖完成以后，才能进行下一层的开挖。

4.2.2 钻孔

（1）干作业法：控制钻进速度、把土充分倒出后再拢钻杆。

（2）湿作业法：钻进时不断供水中洗，保持孔口水位，速度在300~400 mm/min之间。

（3）注意钻进速度、压力及钻杆平直，待钻至规定深度后继续用水反复冲洗钻孔中泥砂，直至溢出清水为止，然后拔出钻杆[3]。

（4）钻进深度应大于设计值，一般控制其大于设计值100~200 mm之间。

4.2.3 锚杆的安设

应焊接支撑环，为避免塌孔，钻孔后应立即插拉杆。

4.2.4 锚杆的抗拔力检测

试件数量按每100根至少抽样一组，每组≥3根。

4.2.5 灌浆

注浆前将孔内杂土清除干净。注浆为孔底压力注浆，注浆压力0.3~0.51 MPa，为防止产生干缩裂缝，可掺入一定量的膨胀剂,为提高水泥砂浆的早期强度，加速硬化，可掺入速凝剂或早强剂[4，5]。

4.3 喷混凝土施工

4.3.1 材料

用于喷射混凝土的水泥、砂石料、水、外加剂钢筋网等应符合规范规定；材料配合比应试验选定、并符合规定；应试验确定速凝剂掺量。

4.3.2 施工准备

喷射混凝土施工准备工作内容及要求如表1所示。

表1 喷射混凝土准备工作一览表

4.3.3 喷混凝土施工配合比

结合图纸要求，试验选定配合比，既要保证性能、又要尽量减少材料用量。

4.3.4 配料、拌和及运输

采用6 m3混凝土罐车运输，严防雨淋及杂物混入。

4.3.5 喷混凝土施工

喷混凝土采用拌合站集中拌制，骨料来自砂石加工系统供应。混凝土由6 m3混凝土罐车运至工作面，由TK600喷射机进行湿喷。准备工作后，喷射时应保持表面平整光滑，无干斑和滑移流淌现象；保持喷射机风压稳定，中断作业时，应将积料清除干净；回弹率边墙应不大于15%，终凝2 h后应喷水养护，一般不得少于14 d。

4.3.6 钢筋网的使用

钢筋网采用15 t载重汽车运输至施工现场，在指定部位布设，间距为200 mm，钢筋采用直径为8 mm的光圆钢筋（I级钢筋）。

4.3.7 明挖边坡喷射混凝土施工注意事项

支护作业前将边坡，自下而上分段依次喷射；严禁在松散土面喷射混凝土。

5 结论

综上，为保障引调水工程泵站建设实施的质量，必须在充分掌握工程区域地质等基本条件的基础上，依据水利工程质量要求制定科学合理、安全可靠的基坑开挖支护施工方案，同时还要保证施工中加强质量管控、使各项参数满足设计要求。总而言之，科学合理、安全可靠的基坑开挖支护施工方案不仅能够保障泵站的质量、延长使用寿命，还能使工程创造出更高的经济和社会效益，为国家经济、社会稳定、生态平衡注入源源不断的活力。