污水廠深基坑支護及止水方案分析

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摘要：污水處理廠對于改善城市環(huán)境、提高居民生活質量發(fā)揮了重要作用。城市污水處理廠基坑支護施工對保證污水廠結構的穩(wěn)定性和安全性具有重要作用。本文結合興寧污水廠深基坑支護案例，研究了深基坑支護設計與止水方案。

關鍵詞：污水廠；深基坑支護；止水方案

1.引言

城市污水廠深基坑施工過程周期長，施工難度大，尤其是遇到軟土地基時，一旦施工不當，極有可能引發(fā)安全事故。因而，現(xiàn)階段在污水廠的設計、施工期間，要加強對深基坑支護技術的研究與應用，施工期間合理應用止水措施與方案，提高污水廠整體施工質量。

2.工程概況

興寧市污水處理廠新建進水泵站工程（包括4-1粗格柵及提升泵站、4-2除臭系統(tǒng)）地處廣東省興寧市，所選廠址交通便利。新建進水泵站工程占地面積為371.90m2，其中4-1粗格柵及提升泵站占地面積291.90m2，規(guī)格10×104m3/d，鋼筋砼結構；4-2除臭系統(tǒng)占地面積80.00m2，規(guī)格10×10*m3/d，鋼筋砼結構。提升泵站水池與廠外管網(wǎng)相連，管徑為1.8m，流水面標高為-12.5m，外管網(wǎng)采用頂管施工，直接頂進基坑內，與提升泵站內的管網(wǎng)相連。

3.工程地質與水文地質條件

3.1工程地質條件

通過前期開展鉆孔勘測工作，發(fā)現(xiàn)擬建場地自上而下分布著三個不同的巖土層：其一，為人工填土層（Q4ml）。該層主要以素填土為主，呈現(xiàn)灰褐色、紅褐色以及淺灰色等。素填土層有著松散、可塑的特性，主要成分為粉質黏土。該層全部鉆孔有揭露，層厚1.00m~3.00m，平均值2.01m，層頂埋深0.00m，層頂標高107.81m~108.51m。其二，沖積層（Q4al）。該層自上而下以此為粉質黏土層、中砂層、礫砂層。其中，粉質黏土層呈現(xiàn)黃褐色、黃灰色，可塑，黏、韌性中等，干強度中等，局部夾薄層粉土及淤泥質土，該層頂部0.50m為耕植土。該層全部鉆孔有揭露，層厚2.50m~6.80m，平均值4.38m，層頂埋深1.00m~3.00m，層頂標高105.11m~107.45m。中砂層主要呈現(xiàn)淺黃色、灰黃色。該層土顆粒較為均勻，分布著石英、云母等礦物，巖心呈散狀。中砂層層厚介于1.30m到6.00m之間，平均值土層厚度為3.00m，層頂埋深4.30m~8.00m，層頂標高100.08m~103.92m。礫砂層呈現(xiàn)灰黃色與灰白色?？睖y工作發(fā)現(xiàn)，礫砂顆粒不均勻，主要以石英巖為主，其粒徑主要介于2mm到20mm之間，比例占到40%左右。其三，白堊系基巖層（K），按風化程度的不同分2亞層進行描述。該層上部為強風化的泥質粉砂巖層，層頂埋深11.40m~15.10m，層頂標高93.25m~97.05m。下部為中風化的泥質粉砂巖層，該層全部鉆孔有揭露，揭露層厚6.20m~15.50m，平均值9.31m，層頂埋深14.10m~23.60m，層頂標高84.77m~94.22m。

3.2水文地質條件

由于受到當?shù)貧夂驐l件與地質水文等因素的影響，擬建場地主要分布著地表水和地下水。其中，地表水大多通過降水補給，地下水主要分布在第四系堆積層中，類型主要以上層滯水以及孔隙潛水為主。

4.深基坑支護及止水方案研究

4.1基坑支護設計計算

興寧污水廠深基坑支護設計與計算共分為以下兩個單元：支護樁單元、內支撐單元。其中，支護樁單元計算的信息如下表1所示。

4.2支護樁開孔與止水方案設計

在進行支護樁開孔方案設計期間，將頂管中心位置坐標定為X=67.409、Y=298.973、Z=-11.6,頂管直徑為2.5m，軸線方向為36°，下圖1為開孔范圍示意圖。由于基坑支護結構為鋼筋混凝土樁+素混凝土樁，頂管機械無法直接由坑外頂入基坑內部，因此支護樁段需人工進行開孔，開孔以頂管中心位置為圓心，直徑為2.55m為直徑，沿頂管軸線方向開孔。基坑外部土體旋噴樁施工完并且達到相應強度后，在開孔范圍內均勻布置四個點進行試鉆，鉆孔直徑為48mm，沿軸線方向傾斜鉆進2m，觀察是否有水涌出，如出水量較大則及時堵塞，并對基坑外部繼續(xù)施工旋噴樁，直至試鉆孔出水量在可控范圍，方能對支護樁進行大面積開孔，開孔采用水鉆方式。開孔對支護結構會有一定的影響，采用14mm厚、2.5m直徑圓管支撐支護樁，圓管與開孔側壁間的空隙注入聚氨酯泡沫填縫劑填充，基坑內側圓管端部設置14mm厚堵水盲板，以防頂管頂入后有大量水流涌入。

4.3地下水的排除與止水方案

上文中提到，通過開展勘察工作發(fā)現(xiàn)，擬建場地的地下水主要賦存于第四系堆積層，且類型主要以上層滯水為主，同時還有少量的孔隙潛水以及基巖裂隙水。一方面，對于上層滯水，主要賦存于素填土層，來源包含大氣降水和滲透水。具體止水工作中，可以根據(jù)填土層的自重壓實狀況，采用重力作用下滲的方式進行排除。還可以借助地表蒸發(fā)以及植物蒸騰作用等方式排入到大氣中。另一方面，對于孔隙潛水，大多分布在擬建場地的中砂、礫砂層中，主要補給方式為大氣降水，還有一部分為周圍地表水滲入。由于中砂層于礫砂層有著較強的透水性，因而孔隙潛水的排除有著一定的難度。具體施工中，排泄方式與上層滯水的排除方式相同。

4.4土體加固方案設計

頂管入口處土體約含10m厚的砂層，透水性極強。頂管進入基坑時，若不提前加固處理極易發(fā)生流砂、涌水，造成基坑被淹及地面塌陷。施工期間，為保證頂管頂施工工作的順利開展，對入口處周圍的土體做出了相應的加固處理。以頂管中心點與支護樁的交點為中心，沿軸線方向加固5m長，橫向加固至頂管邊緣兩側各2.5m，橫向寬度總長為7.5m，為充分保證加固效果，加固深度為14.9m（強風化泥質粉砂巖與礫砂的交界面）。頂管入口附近采用高壓旋噴樁加固土體，旋噴樁采用Φ800@400三管旋噴樁，共計施工268根。考慮到樁體類型的不同，在進行旋噴樁施工時所用的水泥用量存在差異，其中，實樁的水泥用量為390kg/m，空樁的水泥用量為90kg/m。施工之前，組織現(xiàn)場人員進行試樁，對于樁體的加固效果做出全面的分析，進而可以對旋噴樁的各項重要參數(shù)做出實時的調整。試樁工作發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過加固處理后的土體有著良好的強度和均質性效果。其中，實樁樁體在施工后28天的檢測工作中發(fā)現(xiàn)，無側向抗壓強度能夠達到0.8MPa以上，滲透細數(shù)不超過1.0×10-8cm/s。

4.5施工工藝

本次施工中主要采用旋噴法施工技術，其主要流程為測量定位、成孔以及噴射作業(yè)。首先，對于測量定位而言，參與測量的技術人員要嚴格根據(jù)施工圖做好放樣，并在現(xiàn)場做好標志，只有確保旋噴機的定位準確，后期施工才能有序開展。其中，放樣誤差要控制在5cm以內。其次，就要著手開展成孔工作。鉆機成孔環(huán)節(jié)中，為了降低施工對圍護結構產生的擾動和壓力，應確保旋噴樁的垂直度（誤差≤0.5%），使得施工期間產生的壓力能夠垂直的釋放。施工時，引孔直徑確定為125mm。成孔深度應比設計圖紙中的孔深大0.5m。需要注意的是成孔施工應保證鉆機有著堅實的支撐條件，根據(jù)設計圖紙中的鉆孔中心位置進行放樣，并確保水平誤差控制在2cm以內。最后，要著手開展噴射作業(yè)。當施工現(xiàn)場的旋噴機架設完成之后，應確保自然懸吊條件下的噴管中心與孔心在一條垂直線上，二者之間的誤差要控制在1/2孔徑之內。這樣一來，才能確保下管以及提升、旋噴注漿等工作的有序開展。下管之前，要對噴嘴和噴漿口進行檢查，使得漿體能夠順利地噴出。當噴管下放到設計深度以下10cm的位置時，開始拌送水泥漿，接通水泥漿管、高壓氣管，開動高壓泵、泥漿泵、空壓機和鉆機進行旋轉噴射，并用儀表控制壓力、流量和風量，當分別達到預定數(shù)值時開始提升。如果噴注施工過程中發(fā)生設備故障，或遇到緊急情況無法繼續(xù)施工，那么重新噴射施工時，要將噴管下放20cm，之后重新噴注，確保樁體的連續(xù)性和強度。其中，下圖2為旋噴法施工工藝流程。

4.6施工要點分析

首先，施工前要做好擬建場地的平整工作，并根據(jù)排水要求設置相應的排漿溝。上述工作結束后，著手開展鉆機定位。這一過程中，要確保鉆機水平安放，鉆桿的垂直度要控制在1.5%之內。本次施工期間，主要使用的是三重管法施工技術，并采用自下而上的注漿方式。為確保施工質量與進度，注漿管采取分段提升的方式，相鄰注漿管的搭接長度控制在200mm。其次，旋噴管在插入之前，要對空氣噴射狀況與高壓水噴射狀況檢查，保證每個部位的密封圈性能良好。噴射管插入之后，要做好高壓射水試驗，試驗合格才能開展注漿工作。如果試驗出現(xiàn)塌孔問題，可使用低壓（0.1到2MPa）水進行處置。為合理設定噴嘴直徑以及噴射壓力等重要參數(shù)，在正式噴射注漿之前，要做好現(xiàn)場試噴試驗。噴漿工作開始之后，要先噴射高壓水，經(jīng)過一段時間后，再向噴射管中輸送水泥漿以及壓縮空氣。一般來說，壓縮空氣的輸送可滯后30s進行。當噴射管抵達樁底時，可采取邊旋轉、邊噴射的方式，并持續(xù)1min之后再進行提升。另外，噴射注漿結束后，要立即使用清水進行噴射管的沖洗，以防出現(xiàn)凝固、堵塞等問題。相鄰兩個樁體的噴射施工間隔應大于48h，并且相鄰兩個樁體之間的間距應超過4到6m。此外，施工過程中技術人員應做好現(xiàn)場記錄工作，尤其對于測量定位以及所用漿液的配比參數(shù)，應根據(jù)實際情況做好記錄。同時，還要對施工期間的噴漿壓力以及噴射管提升速度等參數(shù)進行詳細的記錄?，F(xiàn)場人員、設備以及施工現(xiàn)場的地質、水文條件都可能對施工工作的順利開展造成影響，因而施工期間要密切關注各方情況，防止意外的發(fā)生。

5.結語

在開展深基坑支護施工期間，首先要做好前期的勘察工作，包括巖石參數(shù)、土質、地下情況等，為基坑技術的合理施工提供保證。一旦發(fā)現(xiàn)不符合要求的施工現(xiàn)象，應立即采取措施進行處置。具體施工環(huán)節(jié)中，要嚴格按照規(guī)范與設計要求進行施工，并配合相應的止水措施，確保施工工作的有序開展。

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作者：邱宇 單位：廣東省有色礦山地質災害防治中心