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污水处理厂进水泵房深基坑安全专项施工方案

进水泵房位处厂区的西北侧，占地面积为306m2，进水泵房为格栅段、过渡段及泵房段，格栅段、过渡段埋深14.65m、泵房段埋深15.3m。基坑呈多边形，作业场地狭小，在基坑西南侧距离不足20m处有一座10kV的高压电塔，根据进水泵房的两详勘点显示，穿过土层主要是淤泥质土层、粉质粘土层、中砂层和粘土层，其中中砂层厚度达到10m，故基坑隔水为该工程又一难题。

二、进水泵房的工程特点

1．基坑埋置较深，深度为14.65～15.30m，是目前湛江市政工程中最深的基坑。

2．地下水位较高DB31T 1254-2020 工程填筑用装修垃圾再生集料技术要求.pdf，场地稳定水位深度为1.50m。

3．地质情况十分复杂，该地区原是由海滩沉积而成，因此，含有深厚的土力性质极差的淤泥质土和高塑性粉质粘土，将给基坑开挖及维护带来很大困难。

工程场地为滨海堆积地貌，经人工改造变成渔塘、污水河等洼地，现经人工堆填平，地面平坦。

根据钻孔揭露，可将场地内岩土层自上而下划分为人工填土、第四系冲积层、第四系湛江组海陆交互沉积层等三大类，如图1：

（2）淤泥质土、淤泥：呈灰黑色，流塑～软塑，饱和，粘性好，含腐植质及粉细砂。

（3）粉质粘土、粘土：呈褐红、浅灰、灰黄等色，可塑，粘性好。

（4）中砂：呈灰白、灰黄、浅灰等色，饱和，稍密，局部含少量粘粒、砾石。

（5）粘性土：呈黄褐色、灰白、褐红等杂色，中部可见铁质层。

拟建区地下水水量丰富，从揭露的地层分析，其主要含水层为中砂层，水量丰富。地下水埋藏类型为承压水，补给与排泄以侧向渗流为主。

（1）支护方案设计原则

为了做到其他构筑物的同步施工，首先做好围护结构的隔水措施，防止水、土流失。第二应减少围护结构自身的侧向变形。第三应要防止坑底土在水头压力的作用下向上隆起或产生管涌现象。

由于该工程基坑岩体的土层覆盖厚度不一，其可塑、软塑等土层厚度分布不均，而且土体物理力学指标变化很大，这样很难做出符合工程实际的计算。因此，只能根据本工程基坑内的情况，再结合以往成功的工程经验近似取基坑地面以下C、φ值加权平均值作为初步计算的依据，待施工开挖时根据实际再作适当的调整。因此，该工程的设计原则是：动态设计、动态施工、动态管理。施工过程中应随时对开挖和钻孔取得的土体资料和水文资料进行分析、比较，发现与设计所取土体物理力学性能及水文资料不符或出入较大时，应及时调整设计方案和施工方案，以确保设计方案的可靠度。

考虑到进水泵房与进水渠道紧密相连接，进水渠道的基础为独立基础，如果全部明开挖，进水渠道区域将大范围换填砂石料，而且，15m多的深基坑施工，若采取大放坡开挖，土方开挖量过大，将影响周边构、建筑物基础施工。另外，雨季施工存在安全隐患，不宜采取该方法。

结合现场条件，进水泵房所处区域周边22m范围内没有建筑物及构筑物（除进水渠道），不适于放坡开挖，考虑到进水泵房基坑开挖的难度、基坑支护的可行性、工作量、工期、经济性等因素，采取3m放坡，12m直槽开挖。

（1）土的力学指标取值

根据地质详细勘察报告，结合各土层的近似特点C取10.55kPa，
=16.85°。

（2）挡土桩入土深度计算

由于土层多为淤泥质土，粘结力不大，且在基坑工程中由于采用了大口井降水，采用用郎肯土压力的水土合算法计算。

主动土压力系数：
=

被动土压力系数：
=

在实际工程中由于围护墙的变形，将使围护结墙与土体之间产生相对位移与摩擦力。被动区的土破坏后土体棱柱体是向上隆起的，而围护墙则对破坏棱柱体产生向下的摩擦力，从而使被动土压力增大，计算时可根据土体的力学指标取用一个被动土压力修正系数，koc=1.5，则
。图3中
为考虑从整平的工作面，到现地面3m高土体对挡土桩的影响
及在施工过程中由于机械设备（挖掘机根据不同型号一般取平均接地比压为30～60kPa）和一些施工材料（如：模板、脚手架等）的堆置而引起的附加荷载
。取

计算时根据等值梁法引入新的假设条件：

①基坑开挖至第一道支撑的底面标高，此时可按悬臂墙计算上段的负弯矩，在计算此时的主、被动土压力时，因渗流流径比较长，可不计算渗流效应，且在进水泵房基坑开挖前进行了大口井降水。

②当设置第一道撑后，继续开挖至第二道支撑的底标高此时根据一道支撑的受力结构计算第一道支撑的内力，其中假设O点为铰接。

③当设置第二道撑后，继续开挖至基坑底标高此时根据第一道支撑的受力不变来计算第二道支撑的内力。根据静力平衡条件来求的土压力平衡点位置及桩的入土深度。

根据等值梁法基坑开挖至第二道支撑底部时挡土桩桩及钢管横撑的受力如下图4

根据等值梁法在第一道支撑受力不变时，加设第二道支撑基坑开挖至基坑底部时挡土桩桩

及钢管横撑的受力可得下式：

所以挡土桩的入土深度

取桩长为13+12=25m

（3）桩上最大弯矩计算:

当H=11.614m时
=

（4）、挡土桩配筋、横撑截面积形式、腰梁计算

采用桩径为φ
的灌注桩

混凝土采用
,
钢筋采用
（Φ）钢筋
拟采用22Φ25钢筋，AS=10793.7mm2

由式


可得配筋符合要求。

根据计算作用在撑上的最不利荷载N‘2=[（6/2+2.58）×576.6]/2=1608.7kN，安全系数取1.2。
，

采用d=402，t=11无缝钢管符合要求

腰梁拟采用双榀Q235型工字钢，计算简图如下：将两钢管撑之间的腰梁看作一两端固定的超静定梁，见图6

两横撑之间的距离为
，作用在腰梁上的传递土压力看成均布荷载q，由于在本工程中两横撑受力大小接近，计算时取均布荷载q=576.6，横撑布置间距

根据静定梁受力最大弯矩产生在两端：
选用
钢材，满足结构要求选用双榀45a工字钢即可。

（1）基坑抗隆起验算：

假设基坑土体沿图7的
那样的曲线滑动，致使基坑隆起。根据滑动线理论：（
取16.850，H取15m）。所以根据计算档土插入的最小深度：

（2）基坑流砂管涌检算：

根据详勘报告，在泵房深基坑处稳定水位为
～

，基坑在原基坑整平后地下水位与整平工作面平齐所以当
≥
=4m时不发生管涌。

直槽围护体系为长25m、Φ1000mm钢筋混凝土灌注桩，支撑体系为d=402钢管横撑。由于基坑比较深，通过计算在本工程中采用两道钢管横撑。在密排的灌注桩一侧嵌入长22m、Φ500mm高压旋喷桩和混凝土灌注桩形成止水帷幕。

采用两道d=402无缝钢管横撑加双榀45a工字钢形成内撑。见图8

深基坑开挖是从上到下分段、分层、分单元进行，开挖机械主要是12m臂长的挖掘机1台。围护结构转角局部结合人工挖掘完成。

（1）工况1：悬臂段基坑开挖(附加荷载为97kN/m)

根据进水泵房支护结构计算结果，进水泵围护桩采用Ф=1000mm的混凝土灌注桩，混凝土设计强度为C30，主要受力筋为22Ф25mm钢筋，混凝土灌注桩可承受的最大弯矩为M=1335.87kN·m，悬臂段基坑开挖到最大深度h=4.8m，其受力见图9。

（2）工况2：悬臂段基坑开挖到最大深度h=4.8m后施工第一道支撑,由于弯矩的分布成H的三次抛物线形，将出现弯矩的位置近似看成抛物线的中点。其受力见图10

（3）工况3：基坑开挖到7.64m深度时施工第二道支撑,此时围护桩上的最大弯矩处在第一道支撑处及第一道和第二道支撑之间，施工第二道支撑基坑直接开挖到底部。其受力见图11

1．基坑施工监测的主要内容

因为工程进入基坑开挖期间，由于坑内土体的荷载减少，坑内外土、水压力不平衡，可能会导致产生坑外土体和基坑本身的一定变形，因此拟将整个监测过程分为两个阶段：

基坑开挖期间，须对基坑围护结构的沉降和位移进行监测，监测频率在开挖期间要每天观测一次。非开挖期间每隔天测一次。

2．基坑顶部沉降和位移监测

在基坑周边上设置沉降和位移观测点，根据建筑物具体情况确定观测点数，一般每边4~6点，共布置沉降和位移监测点24点。

采用水准仪和全站仪进行测试。沉降采用闭合线路二等水准测量；位移全站仪进行测试。 

（3）测点埋设在基坑开挖时用钢筋在围护压顶上布设沉降和水平位移监测点，用红油漆标注。在施工期间，为保证监测数据的准确无误，现场测点的保护也是一个重要环节。

从基坑开挖到主体结构施工到安全部位，通过监测反应，基坑的水平和竖向变形都很小，符合国家规范要求，同时基坑围护结构也经受了雨季的考验。

1．钻孔灌注桩施工中，遇到砂层极易发生孔壁坍塌，产生扩孔现象；一旦出现较大范围的扩孔则可能导致后续施工的高压旋喷桩难以紧密搭接，产生漏水隐患，同时出现大范围的扩孔也浪费了混凝土材料。在本工程中利用钻孔灌注桩+高压旋喷桩的围护方式成功穿越近10m的砂层未引起桩体缩颈和扩颈GB／T 38391-2019标准下载，但在后续的高压旋喷桩搭接并不很理想，在基坑开挖过程当中出现了漏水、漏砂的现象。结合本工程的施工经验，钻孔灌注桩嵌高压旋喷桩形成的止水帷幕比较经济，但是在桩身比较长的情况下，桩体的垂直度比较难控制，容易形成桩间空洞，造成漏水隐患。在基坑比较深的情况下，可以利用钻孔灌注桩嵌高压旋喷桩形成的止水帷幕，但在外围加打一排或两排高压旋喷桩对基坑的止水效果会更好。

2．在开挖深度比较大的基坑，在地质条件比较好的情况下宜采用沉井或地下连续墙结构，沉井施工工期短，围护结构安全可靠；特别是地下连续墙为受力与防水结构合二为一，甚至可兼作永久结构，沉井或地下连续墙结构施工步骤简单，工期短，搭接少，整体性好，刚度大。与钻孔灌注桩、高压旋喷桩复合结构相比较，还是具有一定优势。

坑底开挖高程的控制涉及到经济与安全两方面问题，本工程由于基坑开挖到坑底时渗水量比较大，利用长臂挖掘机在渗水覆盖处多处超挖30～40cm不等。排除积水后利用海砂回填夯实。基坑的超挖既增加了工程造价，有拖延了工期，这是经济方面问题。更重要的是，坑底的超挖使围护结构的挡土高度超过设计计算的高度，致使围护结构超负荷工作，无形中增加了安全隐患。

4．加快主体施工进度，减少深基坑开挖后由于时间过长的侧向变形。基坑开挖后，尽快进行结构主体的施工，同时在施工过程中适当提高结构混凝土标号，缩短养护时间，使深基坑中的主体结构尽快完成，及时回填。

5．基坑侧壁出现漏水的处理

基坑侧墙若出现渗漏水，如流量小，可在围护结构中打入注浆管GB／T 50185-2019 工业设备及管道绝热工程施工质量验收标准(完整正版、清晰无水印) ，压入堵漏浆液，例如，油溶性聚胺脂浆液，该浆液遇水后会急剧膨胀，其形成的聚合体在被水面形成一胶体密封挡墙，对渗漏水流量小的情况下，见效快。

当基坑侧墙若出现渗漏流量比较大时，可在围护结构中打入3～4根导流管，分散水头压力，在导流管四周用速凝水泥封堵，等水泥强度达到要求后再压入堵漏浆液，这样也能达到封堵的效果。

6．在基坑施工前应做好监测的详细安排或委托当地检测部门对基坑进行监测，基坑开挖过程中，严格执行基坑监测制度，并将监测数据作为指导施工的依据之一。在本工程中，基坑临近除一座高压电塔外，没有其它重要构筑物。若在基坑临近有重要构筑物，在施工前要鉴定其状况，在施工过程中应进行重点监测。