SMW 工法在豐縣地面水廠一期取水泵站基坑支護(hù)中的應(yīng)用

劉佰平蔣 昊于 建

SMW 工法在豐縣地面水廠一期取水泵站基坑支護(hù)中的應(yīng)用

劉佰平1蔣 昊1于 建2

一、設(shè)計(jì)參數(shù)及地質(zhì)環(huán)境

豐縣地面水廠一期取水泵站與輸水管線工程A標(biāo)段總占地面積150畝，一期工程建設(shè)規(guī)模為10萬m3/d，設(shè)計(jì)5臺(tái)單級(jí)雙吸臥式離心泵，型號(hào)為sfwp60-500，電機(jī)功率為110kW，揚(yáng)程13m，取用大沙河水源，項(xiàng)目地址在華山橋南1.85km處河西岸堤內(nèi)側(cè)，距河口23m。

工程主要內(nèi)容為取水泵站、取水綜合樓、應(yīng)急加藥間和取水頭部四個(gè)主體部分。取水泵站基坑南北長37.20m，東西寬24.35m，場(chǎng)地高程43.50m，基坑底高程34.50m?；硬捎肧MW工法水泥土攪拌樁防滲墻進(jìn)行圍護(hù)，設(shè)計(jì)樁徑為Φ850＠600，樁身搭接250mm，樁內(nèi)“隔一插一”H700×300×13×24型鋼，間距1200mm，樁頂高程42.6m，樁底高程27.5m；攪拌樁防滲墻頂設(shè)置1100mm×800mm鋼筋混凝土冠梁，梁頂高程43.40m；基坑采用雙層鋼支撐支護(hù)，第一層為冠梁結(jié)合Φ630×16鋼管十字鋼支撐，第二層為雙拼HN600×300腰梁結(jié)合Φ630×16鋼管十字鋼支撐。

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，高程43.5～39.3m為素填土，39.3～36.1m為粉砂土，36.1～31.3m為淤泥質(zhì)土，31.3～26.3m為粘土，26.3～21.0m為含砂漿粉質(zhì)粘土。地下常水位39.00m，取水口設(shè)計(jì)常水位41.31m。

二、基坑支護(hù)主要施工工藝

1.SMW工法水泥土攪拌樁防滲墻

水泥土攪拌樁采用DH808Φ850 @600三軸攪拌樁機(jī)以及與之配套的拌漿系統(tǒng)和輸漿系統(tǒng)進(jìn)行水泥土攪拌成樁，水泥采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，樁身設(shè)計(jì)強(qiáng)度不低于0.5MPa。

（1）測(cè)量放樣。施工測(cè)量放樣前，首先壓實(shí)、整平施工場(chǎng)地。然后采用GPS全球定位系統(tǒng)精準(zhǔn)放樣，并做好永久及臨時(shí)標(biāo)志，放樣后采用尺量復(fù)核。

（2）開挖溝槽。根據(jù)基坑圍護(hù)控制線，采用挖掘機(jī)開挖導(dǎo)向溝槽，要求中心線兩側(cè)各0.6m寬，深度0.5～0.7m，施工中隨打隨挖，保證鉆機(jī)施工時(shí)涌土不外溢，挖出的余土和廢漿及時(shí)處理。

（3）定位型鋼放置。在開挖的工作溝槽兩側(cè)鋪設(shè)長15.0m的導(dǎo)向定位型鋼，按設(shè)計(jì)要求在導(dǎo)向定位型鋼上標(biāo)出鉆孔位置和H型鋼的插入位置。定位型鋼必須放置牢固，并采用點(diǎn)焊相互連接固定。

（4）成樁順序。三軸水泥土攪拌樁采用跳槽式雙孔全套復(fù)攪式施工工藝（見圖1）。搭接及垂直度的修正依靠重復(fù)套鉆得以實(shí)現(xiàn)，從而確保攪拌樁的隔水帷幕作用。攪拌樁施工完成后，立即插入H型鋼。

圖1 H型鋼與三軸水泥土攪拌樁成樁順序示意圖

（5）樁位偏差。施工前對(duì)鉆桿的長度進(jìn)行量測(cè)，并在鉆桿上采用紅色油漆涂上鉆深標(biāo)記，確保成樁深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。垂直度的控制采用設(shè)備自帶的液壓自動(dòng)對(duì)中整平控制系統(tǒng)進(jìn)行隨時(shí)調(diào)整，施工過程中采用鉛錘校核，確保垂直度偏差不超過0.5%，樁位偏差不超過5cm，樁徑偏差不超過1cm。

（6）水泥摻入量。根據(jù)設(shè)計(jì)20%的水泥摻入量，計(jì)算出不同水灰比的灰漿比重及攪拌樁單位長度需漿量，施工過程中隨時(shí)抽查灰漿比重及單位長度輸漿量，并與理論值對(duì)比，從而控制水泥摻入量。水泥摻入量按表1控制。

表1 水泥摻入量理論值控制表

（7）下鉆與提升。根據(jù)設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格控制下鉆及提升速度，下鉆速度不大于1m/min，提升速度不大于2m/min。當(dāng)下鉆到設(shè)計(jì)高程后，開啟灰漿泵，待漿液到達(dá)噴漿口，再嚴(yán)格按設(shè)計(jì)確定的提升速度邊噴漿邊提升攪拌機(jī)，嚴(yán)格按照“二次噴漿四次攪拌”進(jìn)行控制。

（8）施工冷縫。施工過程中確保連續(xù)施工，避免出現(xiàn)冷縫。若出現(xiàn)冷縫時(shí)采取在冷縫處圍護(hù)樁外側(cè)補(bǔ)攪素樁，為保證補(bǔ)樁效果，素樁與圍護(hù)樁搭接厚度約20cm，同時(shí)延長攪拌時(shí)間，由原來的1min/m延長至3min/m，并提高水泥摻入量2%左右。

（9）H型鋼插入。攪拌樁完成后立即插入型鋼，時(shí)間間隔不超過30min；插入前檢查型鋼的長度、平整度、焊接質(zhì)量，檢查型鋼表面涂刷減摩隔離劑的施工質(zhì)量，均合格后方可使用。在導(dǎo)向定位型鋼上設(shè)置H型鋼定位卡，確保牢固、水平，而后將H型鋼底部中心對(duì)準(zhǔn)樁位中心并沿定位卡垂直插入水泥土攪拌樁體內(nèi)；插放達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，慢慢提升型鋼到適當(dāng)高度，重復(fù)下插至設(shè)計(jì)標(biāo)高，或采用振動(dòng)錘振動(dòng)至標(biāo)高，下插過程中始終控制垂直度，確保偏差不超過0.5%；采用φ12吊筋將H型焊接在定位型鋼上，高程誤差控制在±5cm以內(nèi)。待水泥土攪拌樁達(dá)到一定強(qiáng)度后，將吊筋與溝槽定位型鋼撤除。

（10）實(shí)驗(yàn)檢測(cè)。每臺(tái)班制作兩組7.07cm×7.07cm×7.07cm水泥土試件，試樣來源于溝槽中置換出的水泥土，同條件養(yǎng)護(hù)28d檢測(cè)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，3d齡期時(shí)鉆心取樣檢測(cè)均勻性。

2.冠梁施工

首先使用空壓機(jī)及風(fēng)鎬等設(shè)備將型鋼周圍樁體破碎處理，并采用人工找平，確保樁頭平整度在2cm以內(nèi)，然后澆筑C20混凝土墊層。鋼筋綁扎前事先在墊層上準(zhǔn)確放線，綁扎時(shí)確保鋼筋型號(hào)、數(shù)量、錨固長度、間距、保護(hù)層及整體性能符合設(shè)計(jì)要求，確保預(yù)埋件位置準(zhǔn)確牢固。模板必須符合剛度和強(qiáng)度要求，為防止脹模，每隔1m用2根拉桿螺栓上下對(duì)拉，模板底部每隔1.0m采用鋼管打入土中固定，上部采用橫向鋼管鎖口固定。澆筑前將模板內(nèi)的雜物及鋼筋上的油污清除干凈，并將H型鋼與冠梁的接觸面采用3cm厚的泡沫板作為隔離介質(zhì)，以便后期H型鋼拔除施工?；炷敛捎肅30商品混凝土，澆筑時(shí)確保連續(xù)進(jìn)行，過程中加強(qiáng)振搗，防止漏振和過振，并在初凝后終凝前及時(shí)整平收光處理。

3.十字鋼支撐安裝與土方開挖（先撐后挖）

施工前，十字鋼支撐專項(xiàng)施工方案和土方開挖專項(xiàng)施工方案均通過專家組的論證，并嚴(yán)格按照論證的專項(xiàng)方案施工。

基坑支護(hù)采用雙層十字鋼支撐，第一層支撐在冠梁預(yù)埋鋼板上，第二層支撐在雙拼腰梁圍檁上，鋼支撐水平相交處采用單向中空十字連接器連接，末端采用活絡(luò)頭。每層鋼支撐設(shè)置2根橫向鋼管和3根縱向鋼管。并在十字連接器處設(shè)置長12.0m的Φ530×10鋼管立柱，共6根，立柱基礎(chǔ)采用直徑1.0m 長5.0m的鋼筋混凝土灌注樁，并將鋼立柱插入混凝土灌注樁內(nèi)4.0m，東西相鄰鋼支柱采用220mm×110mm× 7.5mm工字鋼梁進(jìn)行兩兩相連焊接成一個(gè)整體，同時(shí)控制好安裝高程，確保同層工字鋼在同一水平面上，工字鋼作為鋼支撐的擱置點(diǎn)。

第一層鋼支撐安裝及土方開挖。首先采用人工沿每道設(shè)計(jì)鋼支撐軸線開挖溝槽，溝槽口寬1.2m，底寬0.6m，深0.8m，局部深度1.1m。溝槽開挖完成后，先安裝雙拼工字鋼梁，再安裝鋼支撐。鋼支撐安裝順序由基坑中心逐漸向四周擴(kuò)散直至鋼支撐安裝完畢。當(dāng)冠梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的85%以上時(shí)對(duì)鋼支撐施加預(yù)應(yīng)力。

土方開挖遵循“先撐后挖，由中心向四周擴(kuò)散開挖，分層開挖，嚴(yán)禁超挖”的原則。首先在開挖區(qū)內(nèi)采用20mm厚的鋼板鋪設(shè)運(yùn)輸通道，保持鋼板與鋼支撐之間的土層厚度大于30cm，主要為防止運(yùn)輸沖擊力影響支撐的穩(wěn)定。由于安裝鋼支撐后留有的施工作業(yè)面較小，故采用兩臺(tái)小型挖掘機(jī)分層倒運(yùn)裝車，小型翻斗車運(yùn)輸?shù)氖┕し椒?，開挖時(shí)確保一次性達(dá)到高程 39.5m（第二層鋼支撐以上20cm）。

第二層鋼支撐安裝及土方開挖。當(dāng)土方開挖至標(biāo)高39.5m后，采用人工開槽安裝第二層鋼支撐及雙拼腰梁圍檁。沿設(shè)計(jì)腰梁中心高程，在水泥土攪拌樁上切出60cm寬的水平槽，露出H型鋼，焊接支撐牛腿，將雙拼腰梁安放在牛腿上，保持與型鋼緊密貼實(shí)，務(wù)必將腰梁焊接成一個(gè)整體。雙拼腰梁與型鋼之間較小的間隙采用鋼板充填，較大的間隙采用C30細(xì)石混凝土充填。當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的85%后，按第一層鋼支撐安裝工藝安裝第二層鋼支撐，并施加預(yù)應(yīng)力。

土方開挖前，先修筑出口坡道，再進(jìn)行土方開挖，施工方法同上。施工時(shí)安排專人看護(hù)指揮，杜絕挖機(jī)觸碰鋼支撐。另安排專人員觀測(cè)基坑位移變化，若出現(xiàn)位移超過4mm/d（連續(xù)3d）設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)立刻停止開挖，及時(shí)在冠梁外圍挖土泄壓，以保證基坑安全穩(wěn)固。

土方開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高34.8m時(shí)，坑底預(yù)留30cm原狀土層，采用人工開挖整平，防止擾動(dòng)基礎(chǔ)。開挖過程中隨時(shí)測(cè)量高程，開挖完成后及時(shí)組織隱蔽工程驗(yàn)收，并在8h內(nèi)將混凝土封底全部澆筑完成。

4.十字鋼支撐及H型鋼拆除

泵站墻身澆筑至第二層鋼支撐雙拼腰梁下方0.4m處，混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的85%，混凝土外表面防滲處理及墻后回填土分層壓實(shí)完畢后，開始拆除第二層鋼支撐。待泵站墻身澆筑至第一層鋼支撐下方0.4m處，重復(fù)上述工序完成第一層鋼支撐拆除。當(dāng)泵站墻身全部完成且完成墻后回填土后拔除H型鋼。

5.基坑降排水

水泥土攪拌樁防滲墻完成后開始施工降水井，其數(shù)量按下式確定：

n=A/a井

式中：n—井?dāng)?shù)；A—基坑需降水面積（m2）；a井—單井有效降水面積取100（m2）。

圖2 降水井分布示意圖

基坑區(qū)域總面積約905.82m2，經(jīng)計(jì)算應(yīng)布置降水井10眼，井深20m。由于高程36.1～31.3m為淤泥質(zhì)土，為了更有效地降低基坑內(nèi)的地下水位又在基坑內(nèi)增設(shè)兩眼井，實(shí)際布置降水井共12眼，見圖2。

降水井施工完成后，預(yù)抽水時(shí)間20d，將地下水位始終控制在開挖面以下。

三、基坑支護(hù)監(jiān)測(cè)

基坑支護(hù)施工前委托江蘇省第二地質(zhì)工程勘察院對(duì)基坑圍護(hù)全過程進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，內(nèi)容主要為基坑圍護(hù)頂部水平和豎向位移監(jiān)測(cè)、防滲墻深層水平位移監(jiān)測(cè)、基坑外潛水水位監(jiān)測(cè)三個(gè)方面。

實(shí)際檢測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求。檢測(cè)結(jié)果分別為基坑圍護(hù)頂部水平位移及豎向位移監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)值＞3mm/d（連續(xù)3d），允許累計(jì)量不大于40mm，共檢測(cè)4個(gè)部位每個(gè)部位檢測(cè)16次檢測(cè)水平位移最大累計(jì)值為7.85mm，豎向位移累計(jì)值為2.29mm。防滲墻深層水平位移監(jiān)測(cè)（測(cè)斜）設(shè)計(jì)值＞4mm/d（連續(xù)3d），允許總位移不大于45mm，共檢測(cè)4個(gè)部位每個(gè)部位檢測(cè)13次最大總位移為31.76mm?；油鉂撍槐O(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)值，水位下降500mm/d，允許累計(jì)量1000mm，實(shí)際共檢測(cè)4個(gè)部位每個(gè)部位檢測(cè)14次最大累積值為340mm?；娱_挖過程中對(duì)水泥土攪拌樁連續(xù)性和透水性進(jìn)行監(jiān)測(cè)，未發(fā)現(xiàn)不連續(xù)及滲水現(xiàn)象，整體防滲效果良好。

四、結(jié)束語

本文針對(duì)豐縣地面水廠一期取水泵站工程，介紹了SMW工法在基坑支護(hù)中的應(yīng)用。對(duì)于不同工程、不同地質(zhì)、不同結(jié)構(gòu)，基坑支護(hù)的方案不盡相同，應(yīng)根據(jù)具體工程情況采取相應(yīng)的措施，方能保證工程質(zhì)量和施工過程的安全■

（作者單位：1.徐州市水利工程建設(shè)監(jiān)理中心 221000；2.豐縣水利局 221700）