基坑施工封閉降水技術(shù)在沿海塊石回填區(qū)的應(yīng)用

張以祿，賈 永

（神華（福州）羅源灣港電有限公司，福建福州 350012）

0 引言

以往的工程實踐中發(fā)現(xiàn)，基坑封閉技術(shù)多針對軟土地基、地下水穩(wěn)定、封閉范圍小的基坑，然而針對塊石地基、高潮差海水、大范圍止水封閉等情況難以適用。以神華福建羅源灣港儲電一體化項目電廠防滲工程為施工案例，分析在塊石地基、高潮差海水、大范圍止水封閉環(huán)境下，克服高水頭差、塊石地基上實現(xiàn)封閉一系列問題的重點難點，對比分析不同建設(shè)方案，提出了不同基坑封閉方式的組合應(yīng)用方案，在實踐過程中效果明顯，為綠色施工技術(shù)在沿海塊石回填區(qū)域沖擊性推廣提供實踐檢驗。

1 工程概況

神華福建羅源灣港儲電一體化項目包括電廠、碼頭及儲煤基地三個工程，電廠工程規(guī)劃容量4×1000 MW 機(jī)組，一期工程建設(shè)2×1000 MW 機(jī)組。電廠一期工程往北依次為電廠二期工程、儲煤基地及3#泊位前沿，儲煤基地靠近電廠二期側(cè)500 m已完成回填，回填采用100 kg 以上塊石，透水性好；儲煤地基至碼頭300 m 未回填完成，該處淤泥面標(biāo)高為-2.0～+1.0 m。電廠一期工程西側(cè)依次為排洪溝、4#泊位東護(hù)岸，排洪溝已完成砂墊層回填，標(biāo)高為+3.0～+4.0 m；4#泊位已完成陸域形成，陸域形成采用100 kg 以上塊石回填，透水性好。電廠一期工程東側(cè)為山體，凝灰性溶巖。

廠區(qū)擬建的建筑物包括汽機(jī)房、鍋爐房、煤倉間、煙囪、廠內(nèi)輸煤、給排水、電氣、除灰、脫硫、化水等建構(gòu)筑物。廠區(qū)室外場地平整零米設(shè)計標(biāo)高為10.61 m（當(dāng)?shù)乩碚摶鶞?zhǔn)高程，下同），根據(jù)廠區(qū)的總體設(shè)計，埋深最大建構(gòu)筑物有主廠房局部基底+3.4 m（室內(nèi)標(biāo)高下7.5 m），汽機(jī)基座底+3.4 m（室內(nèi)標(biāo)高下7.5 m），排水暗溝外底+3.3 m，雨水泵房基底標(biāo)高+0.4 m，電廠其余建構(gòu)筑物除了化水、電氣等輔助構(gòu)筑物基底在+8.0 m 以上外，其他建構(gòu)筑物基底均在+5.4～+8.0 m。

1.1 水文要素

本海區(qū)的潮汐為正規(guī)半日潮型，設(shè)計高潮位（高潮累積頻率10%）6.89 m，設(shè)計低潮位（高潮累積頻率90%）0.51 m。電廠場坪設(shè)計標(biāo)高為10.61 m，且場地主要為回填開山石形成陸域，回填層密實性較差且不均勻，基礎(chǔ)基坑開挖到設(shè)計深度后，大部分基礎(chǔ)位于平均高潮位之下，將受到潮汐的影響。

1.2 地質(zhì)條件

根據(jù)鉆孔成果和現(xiàn)場調(diào)查，結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗，一期工程場地上覆地層主要有素填土，第四系海積、沖積地層（Q4al～m），巖性主要為拋填塊石、吹填海砂、淤泥、淤泥質(zhì)土、黏土、混碎石粉質(zhì)黏土；下伏基巖為白堊系石帽山群火山巖（K1sh），巖性為凝灰熔巖。根據(jù)已有鉆孔資料和地層情況，對場地地層分布及巖土工程性質(zhì)進(jìn)行了劃分，自上而下共分為6 個大層。

第一層（層號①）素填土：新近回填，廠區(qū)陸域造地形成，根據(jù)其成分，將該層分為2 個亞層，分述如下：

①1層開山石：該層由1#、2#碼頭南側(cè)丘陵山體開山石回填形成。塊體一般直徑30～80 cm 不等?？睖y時尚未壓實，顆粒級配差，空洞孔隙大，透水性強(qiáng)。

①2層細(xì)砂：吹填海砂形成，以細(xì)砂為主，淺黃色，級配不良，分選性好，含泥量較低，松散。該層一般回填厚度為1.2～5.7 m，平均厚度為2.6 m；層底埋深為1.2～10.9 m，相應(yīng)的層底標(biāo)高為-0.85～+5.0 m。

第二層（層號②）淤泥：深灰色，飽和，流塑，具腐臭味，質(zhì)較純，局部含有少量貝殼，局部層位淤泥層夾有粉細(xì)砂薄層，局部地段淤泥相變?yōu)橛倌噘|(zhì)土。該層土屬高壓縮性欠固結(jié)軟土，不屬于有機(jī)質(zhì)土。該層一般厚度為4.0～14.0 m，平均厚度為9.5 m；層底埋深為4.2～17.6 m，相應(yīng)的層底標(biāo)高為-11.55～+0.5 m。

第三層至第六層分別為黏土、混碎石粉質(zhì)黏土（淤泥質(zhì)土）、碎石及凝灰熔巖。

2 情況分析及方案比選

2.1 情況分析

電廠場坪設(shè)計標(biāo)高為10.6 m，且場地主要為回填開山石形成陸域，回填層密實性較差且不均勻，基礎(chǔ)基坑開挖到設(shè)計深度后，大部分基礎(chǔ)位于平均高潮位之下，受到潮汐影響基坑水位將隨潮變化。經(jīng)現(xiàn)場實際測量計算，大潮期漲潮1 h 區(qū)域內(nèi)將增加30 萬立方米潮水；即使平潮時期，漲潮2 h 區(qū)域內(nèi)將增加30 萬立方米海水。若采用電廠循環(huán)水取水泵（Q=9 m3/s）進(jìn)行抽水，大潮期將需要10 臺取水泵，平潮期需要5 臺取水泵同時工作才能保證施工區(qū)域內(nèi)處于干施工狀態(tài)；若以目前已有資料的超大流量潛水泵（Q=8.1～8.7 m3/h）進(jìn)行降水，大潮期將需要3.4 萬臺潛水泵，平潮期需要1.7 萬臺潛水泵同時工作才能保證施工區(qū)域內(nèi)處于干施工狀態(tài)。

基于上述數(shù)據(jù)分析，在不采取任何措施情況下，直接降水方案理論上是可行的，但是實際操作過程中，由于數(shù)量龐大、集水坑大、造價異常高等因素，顯然無法實現(xiàn)。

2.2 確保干施工方案比選

基于2.1 情況分析，為解決工程建設(shè)重大問題，經(jīng)設(shè)計單位提供如下方案：①提高基礎(chǔ)底標(biāo)高，根據(jù)現(xiàn)有潮位資料，電廠區(qū)域平均高潮位為7.01 m，將電廠豎向標(biāo)高整體抬升3.7 m，實現(xiàn)除了雨水泵房需局部降水外其余均可在平潮期間進(jìn)行施工作業(yè)；②建設(shè)封閉基坑，基坑外側(cè)采用帷幕或基坑側(cè)壁帷幕+基坑底封底的截水措施，阻截基坑側(cè)壁及基坑底面的地下水流入基坑，確?；资┕l件。

（1）提高基礎(chǔ)底標(biāo)高。優(yōu)點：①工程施工工序簡單、成熟；②除了局部簡單降水外，無需降水措施；③穩(wěn)定性好，不受外界因素影響，保證率高；④施工時間短。缺點：①項目整體標(biāo)高不一致，難以與碼頭等銜接；②基礎(chǔ)太高，重心上移，不利于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；③增加取水泵揚(yáng)程；④水位變動區(qū)仍按照潮水位計。造價：①一二期增加造地費用約5883 萬元；②增加樁基工程造價約2220 萬元，增加運行費用約1480 萬元/年。

（2）基坑封閉施工。優(yōu)點：①保證了項目全場場地標(biāo)高一致，便于三個工程銜接；②降低結(jié)構(gòu)重心，有利于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；③降低取水泵揚(yáng)程；④施工工藝成熟，一二期共用；⑤基坑封閉可以實現(xiàn)與海水的隔絕，避免由于場內(nèi)施工影響海水水質(zhì)；⑥減少場區(qū)內(nèi)水位變動。缺點：存在受外界因素影響被破壞的風(fēng)險，保證性差，施工時間長。造價：增加造價最高約4400 萬元，相對提高基礎(chǔ)標(biāo)高方案減少年運行成本1480 萬元/年，降低水位變動區(qū)混凝土防腐造價。

由上可知，提高基礎(chǔ)標(biāo)高雖然工序簡單、施工時間短、穩(wěn)定性好、保證率高，但其工程造價增加一半以上，且年運行費用增加較多，不可取?；臃忾]施工即使保證率低一些，但是其造價低，運行成本低，且適應(yīng)當(dāng)前國家環(huán)保要求，為國家綠色施工技術(shù)之一，值得推薦。

2.3 基坑封閉方案比選

2.3.1 基坑封閉情況

（1）封閉范圍：考慮到電廠一期與二期緊鄰，基坑封閉措施將埋置于室外地坪以下，若單獨考慮一期工程或局部深基坑封閉，將存在影響本期或二期各建筑基礎(chǔ)施工的可能，同時二期建設(shè)也將需要進(jìn)行基坑封閉，因此確定本次基坑封閉范圍為電廠區(qū)域全部建設(shè)范圍。本期建設(shè)電廠區(qū)域面積為26 萬平方米。

（2）封閉周邊條件：電廠區(qū)域北側(cè)大部分已經(jīng)回填了厚度20 m 左右的開山塊石，開山石粒100～300 kg，場地標(biāo)高普遍為+11.0 m 左右；西側(cè)防滲帷幕區(qū)域尚未回填，仍處于海灣灘涂地段，灘面高程為+3.0～+5.0 m，西側(cè)受潮汐影響較為顯著，同時西側(cè)也是地質(zhì)相對薄弱的區(qū)域，淤泥層厚度1.9～12 m，軟弱土層對于快速施工結(jié)構(gòu)有巨大的影響；南側(cè)防滲帷幕區(qū)域場地正在進(jìn)行海砂吹填及塑料排水板插打施工，吹砂層頂標(biāo)高為+5.0～+5.5 m，砂層厚度約1～3 m。

（3）封閉存在的困難：①北側(cè)區(qū)域為回填開山石，開山石粒徑較大，透水性強(qiáng)，實現(xiàn)封閉較為困難；②西側(cè)地質(zhì)相對薄弱的區(qū)域，淤泥層厚度1.9～12 m，軟弱土層對于快速施工結(jié)構(gòu)有巨大的影響；③海水漲落，形成封閉內(nèi)外水頭差大，對施工造成相當(dāng)大的困難。

2.3.2 基坑封閉方案比選

根據(jù)2.3.1 所述現(xiàn)狀，本次西側(cè)以及南側(cè)可用工藝較多，相對比較簡單，僅對北側(cè)回填塊石區(qū)域進(jìn)行比較。

在塊石回填的場地上直接施工止水帷幕的方法，理論上有灌漿結(jié)合高壓旋噴法以及柔性地下墻等。在高潮差、塊石回填條件下直接施工帷幕灌漿存在漏漿、不起壓、灌注時間長、吃漿量大、漿液擴(kuò)散遠(yuǎn)、重復(fù)灌注很難結(jié)束等難點，人力、物力、材料浪費嚴(yán)重，因此需要先采用沖擊鉆成孔、孔內(nèi)低壓灌注水泥漿液，漿液擴(kuò)散、充填塊石件空隙，然后再進(jìn)行高壓射流沖擊、切割及擾動，漿液擴(kuò)散、充填，與周圍地層摻混攪拌，形成封閉的防滲墻。柔性混凝土防滲薄墻施工是先修筑混凝土導(dǎo)向槽，采用鉆孔等方式成槽，用膨潤土泥漿固壁，然后采用水下直升導(dǎo)管法混凝土成墻（或咬合樁）。上述兩種方法在技術(shù)上皆是可行的，且有成功案例，但是施工步驟較多、速度較慢、成本高，且對質(zhì)量控制要求嚴(yán)格，將影響止水帷幕的防滲效果。針對現(xiàn)場條件，建議采用咬合樁方案。

建議另一種方法是首先在止水帷幕施工區(qū)域先開挖出一條通道后換填小粒徑的回填料，然后再施工常規(guī)的高壓旋噴樁（或防滲膜）。為了減少開挖范圍并且保證施工安全，要求分段開挖并且及時回填。該方法就地取材，造價最低，且工期能夠得到保證，但開挖面大，不易控制水下開挖質(zhì)量，容易受到潮水影響施工工期。

（1）咬合樁方案：①優(yōu)點，施工工藝簡單，施工步驟少，施工條件成熟，受地質(zhì)和場地、潮位條件影響較?。虎谌秉c，工期時間長；③造價，1.0 萬元/m。

（2）開挖+高壓旋噴（或防滲膜）：①優(yōu)點，工期短，工藝簡單，條件成熟；②缺點，施工工序多，施工質(zhì)量不易控制，受地質(zhì)、潮水條件影響大，開挖量大，施工作業(yè)面廣；③造價，1.2 萬元/m。

由上可知，咬合樁方案雖然工期長，但造價低，工藝成熟，影響條件小。

3 設(shè)計概況

北側(cè)現(xiàn)場大部分區(qū)域已經(jīng)回填了一定厚度的開山塊石，場地標(biāo)高普遍為+11.0 m 左右，為了更好地節(jié)約成本，本次防滲結(jié)構(gòu)考慮先對場地開挖至+7.0 m 標(biāo)高，然后使用沖孔機(jī)械施工鉆孔咬合樁形成防滲帷幕，鉆孔咬合樁為Φ1 m～Φ1.2 m，深入淤泥層1.5 m，防滲帷幕上方設(shè)計漿砌塊石擋墻結(jié)構(gòu)，等擋墻結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求以后，根據(jù)實際需要回填到陸域使用標(biāo)高。

4 工程效果

4.1 工程檢測結(jié)果

本次共完成86 根旋噴樁的鉆芯檢測，鉆芯取得的加固體芯樣外觀大部分連續(xù)、完整，但局部存在芯樣膠結(jié)情況差、麻面、少量氣孔坑槽等問題。鉆取并制作153 組抗壓芯樣，進(jìn)行樁身芯樣實體抗壓強(qiáng)度測試，加固體實體強(qiáng)度為2.0～17.7 MPa，滿足加固體強(qiáng)度≥2 MPa 的要求。根據(jù)現(xiàn)場完成的原位壓水試驗結(jié)果，旋噴樁滲透系數(shù)為（0.4～10）×10-6cm/s，滿足設(shè)計要求。綜上，本工程對86 根旋噴樁的鉆芯檢測、153 組抗壓試驗以及原位壓水均滿足設(shè)計要求。

4.2 工程監(jiān)測結(jié)果

經(jīng)抽取場地內(nèi)一個點的水位監(jiān)測情況進(jìn)行匯總，檢測結(jié)果表明：無論外面潮水位如何變化，基坑封閉區(qū)域內(nèi)水位變化不大。

5 結(jié)束語

采用沖孔咬合樁形成防滲墻，既克服了塊石回填所帶來的困難，又在高潮差、大范圍的區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)基坑封閉，達(dá)到止水目的。針對建設(shè)過程中出現(xiàn)的問題分析及建議如下：①從現(xiàn)場施工情況看，在整個封閉結(jié)構(gòu)合攏處仍存在咬合樁蜂窩麻面較多區(qū)域，經(jīng)分析和潮水漲落有較大關(guān)系，建議在合攏處增加止水措施；②咬合樁防滲墻屬于剛性墻體，本工程咬合樁未在樁體內(nèi)增加鋼筋，受壓和受剪能力弱，在需要堆載預(yù)壓區(qū)域應(yīng)慎重考慮，在必須采用時應(yīng)對墻體加強(qiáng)剛性或增加柔性設(shè)施。