浙江省排澇泵站深基坑工程現(xiàn)狀與發(fā)展探討

(浙江省水利水電勘測設計院，浙江 杭州 310002)

浙江省排澇泵站深基坑工程現(xiàn)狀與發(fā)展探討

朱明星

(浙江省水利水電勘測設計院，浙江 杭州 310002)

本文介紹了浙江省排澇泵站深基坑工程發(fā)展現(xiàn)狀，分析了目前深基坑實施中遇到的問題，并對今后排澇泵站深基坑發(fā)展進行了探討，指明了浙江省排澇泵站深基坑發(fā)展趨勢。

基坑工程；支護技術(shù)；排澇泵站；展望

1 引 言

近年來，暴雨等災害性天氣對浙江人民群眾生產(chǎn)生活造成較大影響，水利排澇泵站工程是平原和城市“治澇水”的主要工程措施之一。浙江水利排澇泵站多建設在平原和城市，這些地區(qū)多為深厚淤泥質(zhì)軟土地基，具有含水率高、物理力學指標差等特點，同時周邊建有不同的地下和地上建筑物，環(huán)境條件復雜。特別是近期水利排澇泵站工程規(guī)模日益變大，其基坑呈現(xiàn)出開挖深度越來越深、面積越來越大、周邊環(huán)境條件越來越復雜等特點，水利排澇泵站基坑開挖的安全問題也日益突出，逐漸成為水利工程安全生產(chǎn)管理重大風險源之一。排澇泵站深基坑支護技術(shù)已是泵站工程建設的關鍵技術(shù)之一，是決定泵站工程安全、經(jīng)濟、高效建設的前提條件，已成為排澇泵站工程建設的又一熱點。

2 浙江省排澇泵站深基坑工程現(xiàn)狀

2.1 基本情況

最近幾年，浙江省為了提高城市和平原的排澇能力，先后規(guī)劃和建設了一批大型水利排澇泵站。已建成的有鹽官排澇泵站(200m3/s)、杭州三堡排澇工程(200m3/s)、陶家路江泗門泵站(100m3/ s)等3座泵站，正在建設的有鎮(zhèn)海區(qū)澥浦閘站工程(250m3/s)、海鹽縣南臺頭排水泵站工程(150m3/s)、上虞區(qū)姚江上游西排工程(165m3/s)等6座泵站，處于前期階段的有江干區(qū)八堡排澇泵站(200m3/s)、溫嶺市溫嶺南排泵站(150m3/s)、鹿城區(qū)臥旗排澇泵站(200m3/s)等7座泵站。這些泵站都建在深厚軟基上，基坑開挖深度大都10～20m，最深達23m，基坑大都采用上部放坡，下部采用排樁結(jié)合內(nèi)撐的方案。浙江省大型水利泵站基本情況詳見表1。

表1 浙江省大型水利泵站(≥100m3/s)深基本情況統(tǒng)計

2.2 地質(zhì)及周邊環(huán)境條件

浙江沿海及沿江平原地區(qū)分布廣泛的第四紀屑湖相、溺谷相和濱海相等海相沉積軟土層[1]。軟土層主要為淤泥和淤泥質(zhì)土，工程特性主要呈現(xiàn)高含水率、高壓縮性、滲透系數(shù)小、物理力學指標差、土層起伏大、不同地區(qū)間差異明顯等特點。如溫州鹿城臥旗泵站基坑工程，工程區(qū)分布軟土層總厚度達40m，從上到下依次為Ⅲ1淤泥質(zhì)粉砂黏土(厚度約7m)，Ⅲ2-1淤泥(厚度約13m)，Ⅲ2-2淤泥(厚度約11m)，Ⅲ3淤泥質(zhì)黏土(厚度約9m)，給基坑變形控制帶來非常大困難。

水利排澇泵站為滿足排澇需要，大都緊鄰大河，具有地下水位高、地下水補給豐富、水源補給充足等特點，一旦發(fā)生涌水，后果非常嚴重。此外，基坑周邊除了存在淺基礎民房、交通道路、高壓輸電線路等設施外，還有已建水閘、堤防等重要水利設施。深基坑支護變形控制中，重要水利設施變形經(jīng)驗積累相對較少，設計施工風險加大。根據(jù)浙江水文分析，每年4月16日至10月15日為汛期，汛期受梅雨和臺風影響，降雨量較大，容易引起基坑邊坡地下水位變化，給基坑施工安全造成極大威脅。

2.3 基坑設計情況

2.3.1 基坑設計方法

水利排澇泵站基坑根據(jù)施工開挖方式，主要分為無支護和有支護兩種型式。無支護主要采用放坡開挖，有支護主要考慮利用樁(墻)結(jié)構(gòu)形成支護。放坡開挖設計主要考慮邊坡的穩(wěn)定性，目前主要采用極限平衡理論、強度折減有限元技術(shù)和極限分析上下限技術(shù)等進行分析。樁(墻)結(jié)構(gòu)支護主要包括內(nèi)力計算、整體穩(wěn)定、抗傾覆、抗隆起穩(wěn)定和基坑變形等。內(nèi)力計算主要包括古典方法、解析方法和有限元法，抗傾覆主要采用轉(zhuǎn)動力矩平衡理論，抗隆起主要采用極限平衡法、極限分析法以及常規(guī)位移有限元法，基坑變形主要采用彈性地基梁法和連續(xù)介質(zhì)有限元法。

基坑設計雖然涉及許多種方法，但是不同的方法需要不同經(jīng)驗積累，也需要根據(jù)計算結(jié)果給出不同標準的安全判斷。為了確?；釉O計安全性、合理性和經(jīng)濟性，目前設計主要依據(jù)規(guī)范規(guī)程，對于基坑整體受力復雜、三維特征明顯及周邊保護要求高的基坑，采用有限元分析技術(shù)予以輔助。目前水利行業(yè)關于基坑的規(guī)范和標準還處于空白狀態(tài)，浙江省水利排澇泵站基坑設計主要參考《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》(JGJ 120—1999)、《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)程》(DB33/T 1096—2014)和部分城市基坑支護管理規(guī)定。

2.3.2 常用基坑支護結(jié)構(gòu)

目前浙江省水利排澇泵站工程中常用的基坑支護結(jié)構(gòu)有水泥重力式圍護墻、灌注樁排樁圍護墻和鋼板樁圍護墻等。

2.3.2.1 水泥重力式圍護墻

水泥重力式圍護墻是將水泥等固化劑和地基土強行攪拌，形成連續(xù)搭接的水泥土柱狀加固體擋墻，主要依靠加固后土體強度來抵抗水土壓力。

水泥重力式圍護墻多適用于基坑開挖深度較淺(<7m)，周邊環(huán)境條件要求一般，地質(zhì)條件為含水量較高、地基承載力較小(<120kPa)的黏土、粉土、砂土等軟土地基。當周邊環(huán)境有保護要求時，采用水泥土重力式擋墻支護的基坑不宜超過5.0m；當基坑周邊1～2倍開挖深度范圍內(nèi)存在對沉降和變形敏感的建筑物時，應慎重選用。

2.3.2.2 混凝土灌注樁圍護墻

灌注樁圍護墻是采用間隔排列的混凝土灌注樁形成圍護結(jié)構(gòu)。水利排澇基坑工程中常用的灌注樁排樁的型式主要有分離式、咬合式和雙排式。

分離式混凝土灌注樁是目前泵站基坑中應用最多的基坑支護型式。內(nèi)側(cè)采用混凝土灌注樁，外側(cè)采用攪拌樁或者高壓旋噴樁等止水帷幕。此外，為滿足基坑變形及穩(wěn)定需要，在混凝土灌注樁內(nèi)側(cè)設置單排或者多排混凝土支撐(或錨索)。該結(jié)構(gòu)對地層適用性廣，對于從軟黏土到粉砂性土、卵礫石、巖層中的基坑均適用，但在軟土地層中一般適用于開挖深度不大于20m的深基坑工程。

咬合式混凝土灌注樁主要是將混凝土灌注樁之間形成咬合形態(tài)的排樁圍護墻，本身具有止水效果，一般無需在其外側(cè)設置止水帷幕。咬合樁一般適用于淤泥、流砂、地下水富集的軟土地區(qū)，以及鄰近對降水、地面沉降較敏感的建、構(gòu)筑物等環(huán)境保護要求較高的基坑工程。

雙排樁結(jié)構(gòu)是利用打設前后兩排混凝土灌注樁，并通過在樁頂增設冠梁和連系梁形成的剛性門架結(jié)構(gòu)。雙排樁適用于場地空間充足，開挖深度較深，變形控制要求較高，且無法內(nèi)支撐體系的工程。

2.3.2.3 鋼板樁圍護墻

鋼板樁是一種帶鎖口或鉗口的熱軋(或冷彎)型鋼，鋼板樁打入后靠鎖口或鉗口相互連接咬合，形成連續(xù)的鋼板樁圍護墻。由于其剛度小，變形較大，一般適用于開挖深度不大于7m，周邊環(huán)境保護要求不高的基坑工程。由于鋼板樁打入和拔除對周邊環(huán)境影響較大，鄰近對變形敏感的建、構(gòu)筑物的基坑工程不宜采用。

3 浙江省排澇泵站深基坑實施中遇到的問題

a.大量放坡開挖和無支護開挖實踐，使得排澇泵站基坑設計中習慣繼續(xù)沿用以前經(jīng)驗。水利工程多大壩、電站、堤防等，相關單位習慣在原始地面上通過加載或者卸載來處理邊坡問題，采用支護實施深基坑的經(jīng)驗還需積累，因此，在工程設計和審查時，對于同種情況是采用放坡還是支護存在爭議。排澇泵站深基坑設計中，為控制工程總造價，降低工程臨時支護部分造價的現(xiàn)象還時有發(fā)生。

b.基坑底部高低不平和坑中坑存在，使得排澇泵站基坑設計施工風險加大。排澇泵站基坑是為了滿足泵站施工需要，水利排澇泵站由于流道、進出水池擋墻等限制，基坑基底往往高差變化很大。許多泵站底部還需設置集水井，需要在基坑底部進行坑中坑開挖。高程多變的基坑底部，在施工過程中，很容易造成坑底超挖，繼而誘發(fā)基坑安全風險。

c.水利設施變形控制經(jīng)驗尚需完善。目前省內(nèi)設計的排澇泵站深基坑，多按照變形控制準則設計。目前基坑設計中通用做法是按照規(guī)范推薦算法和規(guī)范規(guī)定變形值進行比較控制，但參數(shù)和規(guī)范選擇一定程度上依賴于設計經(jīng)驗。造成這種問題主要有兩個原因：?目前基坑設計常規(guī)方法，對基坑周邊變形和沉降準確確定尚存在一定困難，從而造成基坑周邊土體變形情況難以精確預測；?浙江多軟土地基，基坑變形較大，再加上水利設施變形經(jīng)驗積累不足，使得基坑變形控制風險性加大。

d.水利深基坑評審制度還需進一步完善。目前水利基坑評審主要依據(jù)建設廳相關要求開展，但是由于行業(yè)管理等多種原因，使得該項制度的準確落實還存在一定困難。

4 浙江省排澇泵站深基坑發(fā)展探討

4.1 基坑工程向更深、更大、更復雜方向發(fā)展

目前，治澇工作已經(jīng)是浙江水利工程建設重要工作之一。但是隨著城市已有土地規(guī)劃或者開發(fā)格局的實施，新增排澇泵站選址和布置更加困難，新增排澇泵站的規(guī)模逐漸加大，新增排澇泵站的排澇標準更加嚴格，必然會推動泵站基坑工程向著更深、更大發(fā)展，也正因為如此，新增泵站周邊環(huán)境更加復雜，除遇到房建、交通和水利設施外，還會涉及鐵路、電力、地鐵等設施，而基坑設計中除考慮常規(guī)因素外，還會涉及爆破、振動等新的問題。例如南臺頭排澇泵站基坑中包括斜拉公路橋橋墩基坑，設計過程中要考慮橋墩和其樁基施工過程對基坑拆換撐的要求。

4.2 基坑支護型式選型更加合理

基坑支護型式選擇不僅需要考慮地基土層情況、地下水位情況、基坑開挖深度以及周邊環(huán)境情況，還要考慮主體建筑物結(jié)構(gòu)情況。合理的支護型式，在確?；雍椭苓叚h(huán)境安全同時，還兼顧施工方便、造價經(jīng)濟、環(huán)保綠色等。不合理的支護型式，容易造成基坑變形過大，影響基坑和周邊環(huán)境安全，或者基坑施工過程困難，延長基坑施工時間等。排澇泵站基坑支護主要用于泵室和進出水池支護，如果基坑支護結(jié)構(gòu)選型能兼顧水工建筑物利用，可以一定程度上降低工程造價，加快施工進度，也是今后水利排澇基坑工程支護型式研究的一個重點。

4.3 基坑綠色支護技術(shù)大量應用

目前水利排澇泵站基坑支護主要采用混凝土灌注樁結(jié)合混凝土支撐方案和混凝土灌注樁結(jié)合預應力錨索方案?；炷凉嘧妒┕み^程中產(chǎn)生大量泥漿、廢棄樁頭和廢棄支撐等建筑垃圾，混凝土灌注樁也會留在地下成為該區(qū)塊再次開發(fā)的障礙物；混凝土支撐系統(tǒng)拆除過程中產(chǎn)生噪音、振動、粉塵和建筑垃圾；預應力錨索施工時超過紅線，且難以完全回收，對臨近區(qū)域開發(fā)產(chǎn)生較大影響。隨著土地和礦產(chǎn)資源越來越匱乏，預應力型鋼組合支撐和型鋼支護體系等深基坑綠色支護技術(shù)逐漸將在基坑工程中大量應用[2]。

4.4 BIM技術(shù)在深基坑設計施工中應用加強

BIM(Building Information Modeling)技術(shù)是指利用數(shù)字技術(shù)進行建設項目設計、施工、運營的過程。將BIM技術(shù)引入泵站深基坑工程中，通過建立泵站深基坑的BIM信息模型，實現(xiàn)項目設計、施工和基坑監(jiān)測之間的信息共享。通過泵站深基坑BIM技術(shù)，可以實現(xiàn)基坑設計階段基坑設計、三維可視化呈現(xiàn)、基坑立柱和泵站結(jié)構(gòu)自動碰撞檢查、施工圖設計、工程量核算，可以大大提高泵站基坑表達形式，更加方便地為基坑施工過程進行指導，優(yōu)化施工工序和步驟，提高水利工程設計施工集成化程度，以利于整個工程質(zhì)量控制[3]。

5 結(jié) 論

當前正是大量排澇泵站建設時期，深基坑支護技術(shù)將會越來越多地應用于大型排澇泵站中。由于水工泵站結(jié)構(gòu)自身的特殊性，造成排澇泵站基坑支護體系換撐難度大、立柱布置難度大和泵站結(jié)構(gòu)施工難度大。雖然初期對于基坑支護技術(shù)應用，仍存在少部分問題，使泵站工程建設變得稍許復雜化，但是隨著傳統(tǒng)技術(shù)不斷優(yōu)化，新技術(shù)不斷應用，科學研究不斷進步，必會促使浙江省排澇泵站深基坑向著結(jié)構(gòu)更加合理、施工更加安全、材料更加環(huán)保、造價更加經(jīng)濟方向發(fā)展。

[1] 梁國錢, 張民強, 俞炯奇,等. 浙江沿海地區(qū)軟土工程特性[J]. 中國礦業(yè)大學學報, 2002, 31(5):435-437.

[2] 李瑛, 唐登, 朱浩源. H型鋼構(gòu)建的綠色深基坑支護體系初探[J]. 科技通報, 2017(2):177-180.

[3] 慕冬冬, 付晶晶, 胡正歡,等. BIM技術(shù)在深基坑工程設計中的應用[J]. 施工技術(shù), 2015(S1):773-776.

DiscussiononpresentsituationanddevelopmentofdeepfoundationpitofdrainagepumpstationinZhejiang

ZHU Mingxing

(ZhejiangWaterConservancyandHydropowerSurveyandDesignInstitute,Hangzhou310002,China)

In the paper, the present situation of deep foundation pit engineering in drainage pump station of Zhejiang Province are introduced. Problems in current deep foundation pit implementation are analyzed. The development of deep foundation pit of drainage pump station is discussed, and the development trend of deep foundation pit of drainage pump station in Zhejiang is made clear.

foundation pit project; support technology; drainage pump station; expectation

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.012.018

TV551.4

A

1005-4774(2017)012-0075-05