興寧污水廠深基坑支護及止水方案探討

邱宇

摘要：污水處理廠對于改善城市環境、提高居民生活質量發揮了重要作用。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，極有可能引發安全事故。因而，現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）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，規格10×104m3/d，鋼筋砼結構；4-2除臭系統占地面積80.00m2，規格10×10*m3/d，鋼筋砼結構。提升泵站水池與廠外管網相連，管徑為1.8m，流水面標高為-12.5m，外管網采用頂管施工，直接頂進基坑內，與提升泵站內的管網相連。

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，發現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。礫砂層呈現灰黃色與灰白色?？睖y工作發現，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

由于受到當地氣候條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?；油獠客馏w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現，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?？紤]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做出實時的調整。試樁工作發現，經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天的檢測工作中發現，無側向抗壓強度能夠達到0.8MPa以上，滲透細數不超過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。首先，對于測量定位而言，參與測量的技術人員要嚴格根據施工圖做好放樣，并在現場做好標志，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。鉆機成孔環節中，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。當施工現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，當分別達到預定數值時開始提升。如果噴注施工過程中發生設備故障，或遇到緊急情況無法繼續施工，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，在正式噴射注漿之前，要做好現場試噴試驗。噴漿工作開始之后，要先噴射高壓水，經過一段時間后，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場記錄工作，尤其對于測量定位以及所用漿液的配比參數，應根據實際情況做好記錄。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進行詳細的記錄?，F場人員、設備以及施工現場的地質、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、土質、地下情況等，為基坑技術的合理施工提供保證。一旦發現不符合要求的施工現象，應立即采取措施進行處置。具體施工環節中，要嚴格按照規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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