泵站主泵房深基坑開挖工程的探討

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鋼板樁結(jié)構(gòu)具有重量輕，強(qiáng)度高，鎖口緊密，施工方便，施工速度快等優(yōu)點，雖然其用鋼量大，造價較高（鋼板樁不再回收利用時），在港口板樁碼頭或作深基坑的支護(hù)時，鋼板樁的使用還是較為普遍的，但在泵站深基坑開挖中使用還比較少見。
    １９９８年，廣東省佛山市三水區(qū)白坭電力排水站進(jìn)行重建時，由于受到泵站工程地質(zhì)條件的制約，在采取輕型井點排水、木樁護(hù)坡等辦法不能根本解決基坑開挖出現(xiàn)的土坡塌方問題時，采用鋼板樁支護(hù)截滲的方法，取得了良好的效果，從而確保了泵站工程的施工進(jìn)度和施工質(zhì)量。
    一、工程概況
    白坭鎮(zhèn)位于佛山市三水區(qū)的最南端，西面緊鄰西江。該鎮(zhèn)８０％的排澇任務(wù)均由原有的兩座排澇站（?里電站和大崗電排站）承擔(dān)，然而，這兩座泵站均為二級排水站，其中的?里電排站始建于１９５８年，幾十年來雖然經(jīng)過了幾次技術(shù)改造，但限于種種原因，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)偏低，排澇系統(tǒng)規(guī)劃欠妥等一些根本性問題一直沒能解決。特別是泵站運行要受到下游的官山大泵站制約，因此出現(xiàn)澇漬時不能正常排水。為了適應(yīng)白坭鎮(zhèn)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)步持續(xù)發(fā)展，決定把?里站遷址重建，將原有的兩個二級泵站合建成一個一級排澇站，將澇水直接排入西江。重建的泵站定名為白坭電排站，其受益面積有２８００ｈｍ２，其中魚塘為８６０ｈｍ２，它將是三水區(qū)目前裝機(jī)容量最大的泵站工程。
    重建的白坭電排站位于樵桑聯(lián)圍１９＋２００樁號處。泵站轄集雨面積９３ｋｍ２，按１０年一遇２４ｈ暴雨量（２０６．４ｍｍ）３天排干的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，總排水流量為３５．４２ｍ３／ｓ，裝置１６００ＺＬＱ９．５－８型立式軸流泵４臺，配ＴＬ１０００－２０／２１５０型１０ｋＶ立式同步電動機(jī)，總裝機(jī)容量４×１０００ｋＷ。
    泵站工程等別為三等，主要水工建筑物為３級。泵房為塊基型結(jié)構(gòu)，四周有邊墩，基礎(chǔ)為聯(lián)合底板，其底部高程為珠基－５．３５ｍ，下部采用預(yù)制管樁基礎(chǔ)，設(shè)計打樁平臺高程為－３ｍ。
    二、水文地質(zhì)條件
    白坭鎮(zhèn)地處亞熱帶，氣候溫暖，雨量充沛，且大部分雨量集中在４～９月之間，其余月份雨量較少。年最大雨量１７２０．９ｍｍ，最小９３３．８ｍｍ，平均１４７５．６ｍｍ。
    白坭電排站位于西江干流左岸岸邊，所處河段地形單一，主要受西江和北江洪水的控制，潮汐的影響甚少，基本上屬于非潮感區(qū)。泵站所在地段原屬河相沖積平原，地形呈階梯狀，堤外為河灘臺地，堤內(nèi)為魚塘、稻田和蔬菜地。根據(jù)地質(zhì)勘察報告，地質(zhì)構(gòu)造從上至下分別是：人工填土層（防洪堤）、第四系河流相松散沉積物層、第三系灰砂基巖層。各巖土層的特性自上而下為：
    （１）回填粉質(zhì)黏土，厚３．８～１２．４ｍ，為筑堤填土，填筑較堅實，硬且可塑。泵站的出水涵管全部埋設(shè)在本層，防洪堤身經(jīng)長期沉實后，填土已穩(wěn)定、密實，承載力也較高。
    （２）粉土，厚８．０～２０．３ｍ，土層穩(wěn)定，全場分布，是泵房基礎(chǔ)的持力層，土質(zhì)硬，可塑，承載力較高。
    （３）細(xì)砂，厚１７．３～３１．３ｍ，全場分布，土質(zhì)松散至稍密。
    （４）粉砂，厚８．４～８．６ｍ，僅見于部分地層，飽和松散。
    （５）淤泥質(zhì)粉砂黏土，厚３．２～９．６ｍ，分布較廣，飽和，流塑至軟塑。
    （６）中微風(fēng)化灰砂巖，巖面不平，高差較大，致密，堅硬，強(qiáng)度高，但埋深大，一般在地表以下３８～４５ｍ處。
    場內(nèi)地貌單元簡單，土層變化不大，多為粉土和粉質(zhì)黏土、粉砂、砂但強(qiáng)度不均且較低，地下水埋深較淺，水量較豐富，地下水位高，場地屬二類及其他地基條件。
    三、基坑施工
    白坭電排站重建工程于１９９８年１２月破土動工，開挖基坑，填筑圍堰。主泵房的基坑經(jīng)過１０多天的施工基本挖出雛形。接下來采取的工程措施包括有：打樁平臺、輕型井點排水、木樁護(hù)坡、鋼板樁支護(hù)、基坑深井降水和基面處理六個環(huán)節(jié)。
    １．打樁平臺
    按設(shè)計要求，打樁基面高程為－３．０ｍ，但當(dāng)基坑開挖至設(shè)計高程以后，由于地下水位較高，水量較多，采用常規(guī)的邊溝排水方法均未能有效地降低地下水位。
    由于地基土呈現(xiàn)飽和狀態(tài)，此時如有擾動極有可能變成淤泥質(zhì)粉細(xì)砂，降低承載力，樁機(jī)就無法進(jìn)入工作面操作。為了避免上述問題發(fā)生，決定采用回填１ｍ厚比較干燥的黏土，經(jīng)過整平碾壓后作為打樁平臺基面，從而保證了打樁施工隊的順利進(jìn)場施工。
    ２．輕型井點排水
    由于基坑開挖面下近１０ｍ深處范圍內(nèi)的土質(zhì)均含有淤泥質(zhì)，透水性差，極容易產(chǎn)生流沙管涌，加上在管樁施打過程中產(chǎn)生的震動，邊坡塌方更為嚴(yán)重，對基坑邊坡的穩(wěn)定是極為不利的。
    為了保持打樁平臺填土不受水浸，確保管樁施工的順利進(jìn)行，經(jīng)有關(guān)專家詳細(xì)勘察后，在使用水泵明排水方法未能奏效的情況下，決定采取人工降低地下水位的方法，即采用輕型井點排水的方法。具體做法是用鋼管和硬塑管成孔成井，沿基坑四周每隔３ｍ布置一個６ｍ深的井點，總共布置了４０個井點。井點采用挖掘機(jī)沉壓１５０鋼管成孔，然后將帶孔眼的１００硬塑管用過濾布包扎后插入１５０鋼管孔內(nèi)成井，并且在硬塑管周邊灌入碎米石。這樣，就可用水泵先將井水抽到泵房基坑兩側(cè)的集水溝內(nèi)，再用水泵將漬水排出基坑之外。
    事實表明，采用輕型井點排水（井底高程約為－８ｍ），確實在降低基坑地下水位方面起到了一定作用，在一定程度上保證了該站管樁施工的進(jìn)行。
    ３．木樁護(hù)坡
    管樁施工完畢后，對主泵房基坑做繼續(xù)挖深工作，但由于地下水位未能控制在有效高度以下，結(jié)果基坑涌水較多。施工中因為基坑在靠前池和泵房左右三側(cè)的開挖空間比較大，開挖比較順利，但在靠出水涵管即西江一側(cè)，卻出現(xiàn)了邊坡塌方，致使基坑開挖不能繼續(xù)進(jìn)行。
    為保持邊坡穩(wěn)定，我們在基坑靠出水涵管一側(cè)的－２．０ｍ和－３．０ｍ高程的坡腳處各打入了一排６ｍ長的木樁，間距０．５ｍ，并在木樁頂碼砂包護(hù)腳。但在繼續(xù)進(jìn)行基坑開挖時，仍然出現(xiàn)邊坡開裂及下滑的趨勢，并有危及出水涵管地基安全的可能。這就說明光靠井點排水和木樁護(hù)坡仍然是不能從根本上解決上述問題。
    ４．鋼板樁支護(hù)
    由于泵站工程開工時間較遲，在工程開工一個多月且基礎(chǔ)管樁已完工近１０天后，主泵房基坑仍未能開挖至建基面－５．３５ｍ。為了保證工期，工程指揮部召集設(shè)計、監(jiān)理、施工單位等部門有關(guān)人員共同商量，決定采用鋼板樁支護(hù)截水的方案，其結(jié)果是既起到了支護(hù)作用，又起到了截滲的作用。具體做法是在靠近出水涵管一側(cè)的基坑邊坡處，即原來布置雙排木樁附近布置了一排鋼板樁，樁位距主泵房底板邊線約３ｍ，沿主泵房底板長邊方向兩端各延伸５ｍ布置，總長為３２ｍ。鋼板樁為ＬＳⅢ型，每根長９ｍ，樁頂高程為－１．５ｍ，樁底高程為－１０．５ｍ，在鋼板樁頂部用１０ｍｍ鋼絲繩拉錨加固，錨向外江出水涵管一側(cè)，并在該側(cè)邊坡進(jìn)行削坡減載，以減少鋼板樁的壓力。
    ５．基坑深井降水
    采用鋼板樁后，解決了基坑支護(hù)和水平截滲的問題，但仍未能降低地下水位及解決鋼板樁兩側(cè)的繞滲問題。為把泵房基坑開挖至－５．３５ｍ高程以下，必須將基坑水位至少降到－６．０ｍ高程，才能使基坑保持干燥，故需截斷地下水主要補(bǔ)給源的滲水以及鋼板樁兩側(cè)的滲水流。

　　為此，除采用鋼板樁外，我們還在主泵房基坑左右兩側(cè)各均勻布置了４口降水井，口徑為１２７ｍｍ，成井深度為１２．０ｍ，井底高程在－１４．０ｍ左右，井壁采用?１２７ｍｍ套管，井下部的濾水管也用?１２７ｍｍ套管加工，外包６層過濾布，用鉆機(jī)成?１４６ｍｍ的孔，孔內(nèi)放置套管，四周回填碎米石，底部密封，用揚程為４０ｍ的小型水泵從套管內(nèi)抽水，先將水抽到基坑兩側(cè)的集水溝，然后再用水泵排出基坑外。
    ６． 基面處理
    采用鋼板樁支護(hù)截滲和深井降水，能夠很好地維持邊坡穩(wěn)定，并有效地降低了基坑的地下水位，使基坑挖深工作得以順利進(jìn)行，但在挖至建基面時，基坑仍有少量管涌。為此，施工中我們將基底超挖０．３ｍ，然后回填０．３ｍ厚的碎石，并在基坑縱橫方向均設(shè)置排水暗溝，用碎石回填，間距約為４～５ｍ，深約０．５ｍ，以疏通管涌水流；在基坑中間及靠進(jìn)水前池一側(cè)基坑外兩邊均設(shè)口徑為１ｍ的排水井，井內(nèi)套鋼筋籠，外包過濾布，四周回填中砂，主要用于收集基坑內(nèi)的管涌水流，再排出基坑外，以保持基坑無積水。超挖回填的碎石經(jīng)壓實整平后，也可增加基底地基強(qiáng)度。
    四、 工程效果
    實踐證明，采用鋼板樁支護(hù)截滲和基坑深井降低地下水位后，使基坑繼續(xù)挖深能迅速挖至預(yù)定高程，經(jīng)基面處理后的次日即可澆筑主泵房底板的混凝土墊層，從而為下一階段的施工創(chuàng)造了有利條件。不難看出，我們在基坑開挖后期采用的鋼板樁支護(hù)和深井降水這一施工方案是可行的、有效的，搶回了工程進(jìn)度，保障了整個工程的順利進(jìn)行