污水處理廠粗格柵深基坑支護(hù)方案確定及質(zhì)量控制

傅玉芬

(天津市自來水集團(tuán)華雙水務(wù)有限公司,天津300040)

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污水處理廠粗格柵深基坑支護(hù)方案確定及質(zhì)量控制

傅玉芬

(天津市自來水集團(tuán)華雙水務(wù)有限公司,天津300040)

污水處理廠粗格柵屬于深基坑工程，基坑支護(hù)方案的確定與質(zhì)量控制是污水處理廠施工的重點(diǎn)。以天津市空港物流加工區(qū)污水處理廠為例，對粗格柵深基坑支護(hù)方案及質(zhì)量控制措施進(jìn)行了系統(tǒng)闡述，以期為同行業(yè)深基坑支護(hù)方案的制定提供參考。

深基坑； 支護(hù)； 施工

1 工程概況

空港物流加工區(qū)污水廠工程處理能力為12×104m3/d，占地面積12.49 hm2，工程主要包括粗格柵及進(jìn)水泵房、細(xì)格柵、MBR池等水處理構(gòu)筑物以及廠區(qū)道路、管線、綠化等，建成后將承擔(dān)起整個空港物流加工區(qū)的污水處理以及中水處理任務(wù)；施工時間為2006年12月至2007年11月，總工期350天。

粗格柵高程位于整個廠區(qū)構(gòu)筑物最低的位置,單體占地面積為291 m2，平面呈規(guī)則多邊形，頂板標(biāo)高+4.50 m，地坪標(biāo)高+3.75 m，南部底板底標(biāo)高-6.75 m(標(biāo)高均為大沽標(biāo)高)，北部底板底標(biāo)高-9.04 m，全部采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

地質(zhì)條件：地貌類型屬于河流下游沖積平原，地處淤泥黏土層和流沙層，成流塑狀態(tài)，基坑淤泥質(zhì)土很厚，且地下水豐富，為典型的變形控制承載力的軟弱土層。

2 基坑開挖方案

2.1 開挖斷面

根據(jù)粗格柵設(shè)計尺寸如圖1所示，基坑開挖南北深度不同，南部開挖深度在10.45m，北部開挖深度為12.74 m。開挖縱斷面圖如圖2所示，屬于深基坑工程。

圖1 粗格柵平面尺寸

圖2 開挖縱斷面

2.2 條件分析

(1)基坑面積小，深度大，呈帶形分布， 作業(yè)面狹小，無法進(jìn)行正常大開挖施工，安全風(fēng)險大,給支撐系統(tǒng)帶來較大的難度。

(2)基坑開挖會產(chǎn)生較大的位移和沉降，對周圍建筑物、市政設(shè)施和地下管線造成影響，因此對深基坑穩(wěn)定和位移控制的要求很嚴(yán)。

深基坑與相鄰構(gòu)筑物細(xì)格柵及曝氣沉沙池凈距僅4.6 m,但高差相差達(dá)11.7 m，細(xì)格柵地基處理采用水泥土攪拌樁，且樁體埋深較淺。因此須控制基坑周圍場地的沉降和水平變位，確?；蛹爸車鷪龅氐姆€(wěn)定性，保護(hù)樁基不至破壞或發(fā)生漂移，基坑開挖時要確保細(xì)格柵地基強(qiáng)度不受影響。

(3)深基坑開挖有兩個深度，淺坑被圍護(hù)結(jié)構(gòu)分割，易造成基礎(chǔ)承載力不均。

由于深度不同，淺坑達(dá)到標(biāo)高后要進(jìn)行土建施工，而深坑要繼續(xù)開挖，兩者工序交叉，同時進(jìn)行，機(jī)械、設(shè)備、材料等調(diào)度安排要求高，需盡量減少不利因素的產(chǎn)生。

(4)深基坑工程施工周期長，從開挖到完成地面以下的全部隱蔽工程，需經(jīng)歷多次降雨、堆載、振動、施工不當(dāng)?shù)仍S多對基坑穩(wěn)定性的不利條件，工程施工條件差，安全的隨機(jī)性較大，事故的發(fā)生具有突發(fā)性。

(5)開挖及支護(hù)有嚴(yán)格的尺寸誤差限制以及強(qiáng)度要求，為后面土建工程的施工奠定條件。

2.3 支護(hù)方案

根據(jù)場地、地質(zhì)條件，基坑深度及平面形狀特點(diǎn)，基坑支護(hù)擬采用連排灌注樁+高壓旋噴樁在灌注樁的間隙堵漏+雙層水平鋼支撐作為支護(hù)體系，如圖3、圖4所示，同時基坑周圈進(jìn)行卸土。該方案具有施工作業(yè)面小、安全性能高、止水效果好、工期短，施工簡便且成本低的特點(diǎn)。

為確保支護(hù)的可靠性，聘請專業(yè)設(shè)計院根據(jù)基坑情況和現(xiàn)場土質(zhì)現(xiàn)狀，對初擬方案進(jìn)行了深化設(shè)計。

圖3 樁基布置

圖4 樁基支護(hù)示意

2.3.1 減輕荷載

先對地面卸載2.5 m，卸土寬度為5 m，深度為2.5 m，減輕堆土?xí)r對樁身的側(cè)壓力。

2.3.2 支撐體系

(1)采用連排鉆孔灌注樁Φ800 mm@900 mm的布置，灌注樁北部有效樁長15 m，南部有效樁長18.5 m，混凝土強(qiáng)度等級C30。

對于坑深10.45 m區(qū)域，灌注樁有效樁長15 m，其坑下嵌固深度與坑深之比約0.74；對于坑深12.74 m區(qū)域，灌注樁有效樁長18.5 m，其坑下嵌固深度與坑深之比約0.70，滿足支護(hù)強(qiáng)度要求。

(2)采用上下兩層水平鋼支撐體系。第一道支撐在標(biāo)高1.150 m處，采用四道斜撐安裝在四角和一道橫撐安裝在基坑中間，材質(zhì)為￠600壁厚12 mm焊接鋼管；第二道支撐在標(biāo)高-4.100 m處，采用同種材質(zhì)四道斜撐和三道橫撐，樁基頂端用帽梁連接在一起，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。在第二道支撐高程上，圍繞基坑緊貼支護(hù)樁，做一圈腰梁，采用40bQ235工字鋼(三道疊放)。

支撐體系可以顯著地減小水平變位，確?；娱_挖的順利進(jìn)行和周圍環(huán)境不受影響，并能大幅度降低支撐樁用量。由于場地周圍進(jìn)行了卸土，水平支撐體系設(shè)置兩層即可滿足變位和受力的需要，這樣不僅降低了造價，還可以有效地縮短工期。同時鋼支撐便于安裝和拆卸，不會對工期造成大的影響。

2.3.3 基坑降、排水

采用一道止水帷幕，坑內(nèi)降排水的方案。

(1)采用Φ500 mm@900 mm的高壓旋噴樁帷幕避水，高壓旋噴樁北部有效樁長13 m，南部有效樁長18.5 m，水泥摻入比≥0.3% 。

對于坑深10.45 m區(qū)域，高壓旋噴樁有效樁長13 m，穿過弱透水的粉土層，進(jìn)入不透水的粉質(zhì)粘土層。經(jīng)計算，不會由于承壓水作用而發(fā)生坑底隆起破壞，坑底以下5.75 m的嵌固深度滿足止水要求。

對于坑深12.74 m區(qū)域，高壓旋噴樁有效樁長18.5 m，穿過弱透水的粉土與粉砂層層，進(jìn)入不透水的粉質(zhì)粘土層。經(jīng)計算有可能由于承壓水的作用而發(fā)生坑底隆起破壞，為保證基坑及其周圍場地的安全，采用高壓旋噴樁在灌注樁的間隙堵漏，將該土層穿透截斷。

(2)基坑內(nèi)設(shè)4口大口井降水，采用Φ500無砂水泥管，外圍土工布及等粒徑碎石，其透水直徑不小于700 mm；坑深10.45 m區(qū)域降水井深15.5 m；坑深12.74 m區(qū)域降水井深18.0 m。

(3)基坑外設(shè)觀測井4口，井深為14 m，成井要求同降水井，井口高出地面0.5m并加活蓋以防堵塞(井口一節(jié)為水泥管)，在溝槽開挖階段用作降水井同時降水。

(4)基坑開挖至坑底標(biāo)高時，沿基坑周邊作等粒徑碎石盲溝，寬300 mm深500 mm，與降水井相連組成降排水系統(tǒng)。

3 深基坑施工

3.1 深基坑施工

深基坑施工流程如圖5所示。

圖5 深基坑施工流程圖

(1)澆筑鋼筋混凝土灌注樁、高壓旋噴樁，同時按井位布置打井。

(2)樁頂帽梁處挑槽開挖至大沽標(biāo)高+0.500 m，施工帽梁。

(3)待灌注樁及帽梁強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求，并降水10天后，基坑全面開挖至于大沽標(biāo)高0.500 m，坑外卸土至大沽標(biāo)高+1.200 m。

(3)安裝第一層鋼結(jié)構(gòu)水平支撐系統(tǒng)。

(4)待第1層水平支撐系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計要求檢驗(yàn)合格后，開挖至大沽標(biāo)高-4.100 m。

(5)施工腰梁YL,安裝第二層鋼結(jié)構(gòu)水平支撐系統(tǒng)。

(6)待腰梁YL強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求，并且第二層鋼結(jié)構(gòu)水平支撐系統(tǒng)檢驗(yàn)合格后，分別開挖至坑底大沽標(biāo)高-6.750 m、-9.040 m，到達(dá)基坑低標(biāo)高。

3.2 質(zhì)量控制

基坑支護(hù)的可靠性直接關(guān)系到施工安全和正式結(jié)構(gòu)的順利進(jìn)行 ，要確保嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，確保支護(hù)強(qiáng)度和止水效果。

3.2.1 鉆孔灌注樁施工及旋噴樁施工

確保灌注樁和旋噴樁的施工質(zhì)量，控制好灌注樁與旋噴樁的咬合是保證基坑無滲漏的關(guān)鍵。因此，嚴(yán)控樁的施工質(zhì)量，準(zhǔn)確測放樁位和保證樁的垂直度成為施工控制重點(diǎn)。

本工程鉆孔灌注樁Φ800，樁長15.0 m，總樁數(shù)36根；灌注樁Φ800，樁長18.5 m，總樁數(shù)63根；樁身混凝土強(qiáng)度C30。確保樁位測放精度，加設(shè)導(dǎo)墻或護(hù)筒，作好泥漿護(hù)壁，防止塌孔或縮頸。鋼筋籠吊放緩慢進(jìn)行，對準(zhǔn)孔位，避免碰撞孔壁。水下混凝土澆筑事先作好配合比試驗(yàn)，灌注成樁后，樁頭應(yīng)及時覆土養(yǎng)護(hù)。樁身混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后方可進(jìn)行基坑開挖施工。

高壓旋噴樁Φ500，坑深10.45 m區(qū)域樁長13.0 m，總樁數(shù)37根，坑深12.74 m區(qū)域樁長18.5 m，總樁數(shù)62根；采用32.5普通硅酸鹽水泥，水泥摻入量≥30%。確保樁位測放精度，保證鉆桿中心與樁位重合，樁機(jī)調(diào)平，保證高壓泵，管路和回水通暢，高壓旋噴過程中，要隨時注意壓力變化，前臺樁機(jī)操作與后臺供漿密切配合，后臺供漿必須連續(xù)。

施工控制目標(biāo)：支護(hù)樁和帷幕樁樁位偏差< 50 mm，垂直度≤0.5%，支護(hù)樁變形控制在30 mm以內(nèi)，確?；诱w穩(wěn)定無滲漏。

3.2.2 排降水

由于地下水豐富且基坑淤泥質(zhì)土很厚，應(yīng)盡早提前降水，基坑內(nèi)設(shè)置4口大井，且外設(shè)4觀察井，8口井同時連續(xù)降水10天以上后再進(jìn)行土方開挖。

抽水設(shè)備采用深井潛水泵，設(shè)計總出水量≥670 m3/d，開挖過程中一直保持降水不間斷。地下水位降深基本保持在基坑地槽面下約0.5 m處，保持基坑穩(wěn)定。嚴(yán)格控制降水與停井時間對構(gòu)筑物浮漂與沉降關(guān)系。確保安全檢查成井技術(shù)質(zhì)量及出水常清。

3.2.3 土方開挖

嚴(yán)控土方開挖與支護(hù)及支撐的關(guān)系，嚴(yán)禁違規(guī)施工。

土方開挖的順序、方法和設(shè)計工況嚴(yán)格一致，遵循“開槽支撐，先撐后挖，分層開挖，嚴(yán)禁超挖”的原則，堅(jiān)持分層、對稱、由南往北有序挖土，在每一、二層水平支撐系統(tǒng)未達(dá)到設(shè)計要求之前，帽梁等混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要達(dá)到設(shè)計要求前，嚴(yán)禁進(jìn)行下一步的土體開挖工序。

在開挖過程中，保護(hù)井點(diǎn)、支撐等不受碰撞或損壞。防止因挖土過快，高差過大，使工程樁受側(cè)壓力而傾斜。在每一步回填土未達(dá)到設(shè)計要求標(biāo)高之前，嚴(yán)禁進(jìn)行該步支撐的拆除。盡量縮短結(jié)構(gòu)施工時間，減少支護(hù)強(qiáng)度。

3.2.4 基坑支護(hù)監(jiān)測

體系的破壞通常具有預(yù)兆性，因此進(jìn)行基坑支護(hù)監(jiān)測非常必要和重要，隨著開挖深度的增加，基坑支護(hù)體系會產(chǎn)生側(cè)向變位，因此側(cè)向變位的發(fā)展趨勢和控制是基坑支護(hù)監(jiān)測的關(guān)鍵?；又ёo(hù)的監(jiān)測不僅要對基坑支護(hù)的整個體系進(jìn)行檢測，還要對周圍環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測。這樣有利于對基坑周圍支護(hù)的穩(wěn)定狀態(tài)及周邊土體的變化進(jìn)行更好的掌握，能夠更好地了解施工對周圍房屋建筑、地下管線、道路等的影響狀況，使得基坑施工和環(huán)境安全得以確保。

監(jiān)測內(nèi)容：

(1)支護(hù)結(jié)構(gòu)位移(支護(hù)樁的傾斜、樁頂帽梁、支撐系統(tǒng)的水平位移， 以及支撐系統(tǒng)的撓度)的量測；

(2)周圍場地的沉降及地表開裂狀態(tài)(位置、裂寬)的觀察；

(3)鄰近建筑物和重要管線等設(shè)施的變形測量和裂縫觀察；

(4)密切關(guān)注觀測井的水位變化(必要時采取回灌措施)；

(5)基坑滲、漏水和基坑內(nèi)外的地下水位變化。

監(jiān)測方法：

(1)建立監(jiān)測控制系統(tǒng)，埋設(shè)控制點(diǎn)，測放位移測線，建立監(jiān)測制度，明確觀測周期、記錄制度、測點(diǎn)保護(hù)、資料匯總以及信息返饋等；

(2)基坑支護(hù)由專人負(fù)責(zé)，及時將監(jiān)測資料反饋給施工項(xiàng)目部、設(shè)計院及有關(guān)單位，便于及時分析。在監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常、位移(速率)較大或挖土等關(guān)鍵工況時，應(yīng)加密監(jiān)測頻率，并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

3.3 安全控制

基坑內(nèi)安裝兩個爬梯方便上下，周圍設(shè)置圍檔，以防人員跌落。在施工部位下處安裝防護(hù)網(wǎng)，以防高空墜物。制定各工序的專項(xiàng)施工方案和一系列的規(guī)章制度及技術(shù)要點(diǎn)，確保傳達(dá)到第一線，堅(jiān)持施工前技術(shù)安全交底制度，設(shè)專職巡查，加強(qiáng)管理。

4 結(jié)語

粗格柵及進(jìn)水泵房2006年12月開始施工， 至2007年6月施工完畢，用時7個月，其中基坑支撐和開挖用時3個月，結(jié)構(gòu)施工 3個月，基坑回填 1個月。

整個施工過程中由于降水措施得當(dāng)，基本實(shí)現(xiàn)干槽作業(yè)，基坑實(shí)施過程中未發(fā)生任何安全事故，各項(xiàng)控制目標(biāo)達(dá)到控制標(biāo)準(zhǔn)。聘請專業(yè)的測量單位對基坑進(jìn)行第三方監(jiān)測，得出結(jié)論：①水平樁位移控制在22 mm內(nèi)，支護(hù)在施工期間基本穩(wěn)定； ②周圍地勢沉降控制在允許范圍內(nèi)，基本未對四周地勢產(chǎn)生影響。

[1] 王克峰，商子江，張洋. 污水處理廠進(jìn)水泵房深基坑施工技術(shù)探析[J]. 城市建設(shè)，2010(32):465-466.

[2] JGJ 311—2013 建筑深基坑工程施工安全技術(shù)規(guī)范[S].

TU992.05

C

1673-9353(2016)05-0061-04

10.3969/j.issn.1673-9353.2016.05.015

傅玉芬(1973- )， 女， 高級工程師， 主要從事工程建設(shè)及供水管網(wǎng)管理工作。

E-mail：fuyufenfyf@163.com

2016-07-20