長江取水泵站基礎分階段施工技術

常玉坤，羅飛躍，唐文亮（1.中電建安徽長九新材料股份有限公司，安徽 池州 247100；2.中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410004）

某項目在安徽省池州市長江岸邊新建一所取水泵站，工程設計規(guī)模為 2.1 萬 m3/d，采用加壓形式供水。取水泵房為長方形現澆框架結構，高 31.40 m，面積為 93.75 m2，17.90 m 高程以下為 20.4 m 高的框架結構深井，以上 11 m為機電設備用房。泵站結構采用灌注樁基礎，基礎持力層為強風化礫巖，泵站底板基礎開挖邊坡比為 1∶1 ～ 1∶1.5。

工程主要內容包括施工便道、圍堰、取水泵站、取水頭部，取水管道及附屬設施等施工項目。其中，取水泵站水面以下結構（鉆孔灌注樁、承臺等）的施工是一項重難點。項目創(chuàng)新性地采取分階段技術方案，在保證安全質量的基礎上，迅速組織泵站基礎和承臺施工[1]，為類似工程提供有效借鑒。

1 水文地質

根據安慶水文站多年實測資料分析（1950 - 2015年），長江中下游干流汛期出現在 5 — 10 月份， 12 月和次年 1、2、3 月份為枯水期，年平均水位系列較穩(wěn)定。地下水主要為第四系松散巖土類孔隙潛水，深部為基巖裂隙水。安慶站水位年特征值見表 1，表中水位為黃?；?。

表1 安慶水位站水位年特征值統(tǒng)計表

2 工程地質

工程區(qū)第四系地層厚度 15.0 ～ 30.0 m，按地質時代、成因類型及其工程特性，分為 ①、②、③、④、⑤、⑨、⑩、? 等 8 個大層，細劃為 18 個亞層。下伏基巖為 ⑩a層紫紅色礫巖和 ⑩b 層泥質粉砂巖為侏羅系上統(tǒng)汪公廟組（J3w），? 層灰?guī)r為三疊系下統(tǒng)南陵湖組四段（T1n4）。

3 主要施工順序

根據設計文件，工程取水泵站處于長江中。為滿足鉆孔及混凝土作業(yè)施工條件，決定在對水位線以下工作面進行施工時，采用回填筑島法設置施工平臺，待灌注樁完成后再結合承臺施工場地要求，將部分筑島中心部位進行挖除，并對剩余的外圍筑島進行加固及防滲處理，使其形成土石圍堰，為內部承臺等結構的施工提供干地作業(yè)條件。待所有水下部分的結構施工完成以后，再將圍堰進行挖除，并依次施工上部結構。施工順序為；回填筑島 → 灌注樁施工 → 土石方施工 → 防滲圍堰施工 → 承臺施工 → 上部結構物施工。

4 圍堰施工方案比選

回填筑島提供干地工作場面以輔助灌注樁施工后，對剩余的外圍筑島進行加固及防滲處理形成土石圍堰提出了 3 種比選方案。工程設計承臺底板尺寸 15 m × 10 m，底面高程EL -2.5 m，施工平臺高程為 EL 6.0 m。

4.1 單層鋼板樁圍堰

施工尺寸為 18 m × 13 m，相較承臺底板四邊各增加 1.5 m作為工作面與集水井。形成基坑高程 EL-3.8 ～ 6.0 m 的圍堰，其中 EL-2.5 ～ -3.8 m 為 1 m 鋼筋石籠壓底，30 cm 厚的混凝土封底，以防止坑底土體受周圍水土壓力上涌。

該方案預計工期 5 d，占地面積小，成本低，但容易干擾灌注樁施工。根據地質條件和周邊碼頭鋼管樁作業(yè)情況，打入 EL-3.0 m 后施打極其困難；且取水泵站一、二層框架結構高度均為 4.8 m，施工期間內支撐設置間距要求較大；基坑深度達到 9.8 m，存在較大安全風險。

4.2 混凝土芯墻圍堰

采取高壓旋噴方式，形成混凝土芯墻圍堰，圍堰長94 m，深 9 m。高壓旋噴樁施工參數為孔距 0.7 m，孔深10 m，孔徑 90 mm，共計灌漿 1 370 m。鉆機鉆頭進入地面下后打開送漿泵，邊旋轉下鉆邊噴漿。噴漿管下沉到達設計深度后，停止鉆進，旋轉不停。噴射時，高壓泥漿泵壓力增到施工設計值（20 ～ 25 MPa）。水泥漿與樁端土充分攪拌后，再勻速提升至設計停漿面。

該方案具有穩(wěn)定性、止水性較好的優(yōu)點。但施工工期需要 1 個月。

4.3 雙層鋼板樁圍堰

施工尺寸為內層 17 m × 13 m，外層 20 m ×1 5 m，間距 1 m。即在內層滿布鋼板樁，外層滿布或間布鋼板樁，內層主要功能止水，外部主要功能抗壓。

該方案增加了圍堰穩(wěn)定性與止水性，鋼板樁施打深度可適當減少到 EL-3.0 m ～-4.0 m，可行性較大。底部鋼筋石籠壓腳可考慮減少或取消；外層可與灌注樁同時施工，不影響工期。內層預計工期 5 天，滿足工期要求。但該方案施工成本相對較高，施工平臺區(qū)域打入過多灌注樁及鋼板樁，容易導致后續(xù)鋼板樁施工困難。

經多方面技術經濟對比，采用雙層鋼板樁圍堰方案即滿足工期要求，同時安全風險性低。

5 主要施工技術應用研究

5.1 筑島結構施工技術

筑島頂部按高出水位 1 m 高程設計，迎水面邊坡1∶2.5，背水面邊坡 1∶1.6。筑島周長約 110 m，呈四方形，填筑方量約為 11 000 m3。當島填筑至設計高程時，進行灌注樁施工，施工完成后，將島中心土石挖除，開挖坡比為 1∶0.5，預留外圈形成圍堰。筑島結構圖 1 所示。

圖1 筑島結構布置圖

島的填筑由岸坡向江中分層逐次推進，推土機分層推平壓實。水下部分采用擠淤法填筑，以便將島基底淤泥擠出，以確保填筑的島體與島基良好的結合，保證后期形成圍堰的防滲性及穩(wěn)定性。擠淤法施工的填土順序為沿一點向外輻射施工，逐次向兩旁展開，使淤泥向兩側展開。填筑時，當填土超過現況水面后，應分層碾壓，每填 30 cm 碾壓一次，逐層壓實至設計高程，壓實度保證達到 95%。

5.2 圍堰結構施工技術

鉆孔灌注樁完成后，清理鉆孔平臺，留作鋼板樁圍堰使用。鋼板樁圍堰分內外兩層，外層范圍 20 m × 15 m，內層范圍 17 m×13 m，間距 1 m。鋼板樁施打深度為 EL＋6.0 ～-3.0 m。支撐采用兩道，分別在 EL＋4.5 m，EL＋1.5 m，分層開挖，及時支撐?；娱_挖至內支撐位置時，進行內支撐的安裝。內支撐自上而下設置，一邊開挖抽水，一邊安裝。鋼板樁圍堰平面布置圖 2 所示。

圖2 鋼板樁圍堰平面布置圖

工藝流程為：作業(yè)準備 → 插打外層定位鋼板樁 → 插打外層鋼板樁 → 外層圍堰合攏 → 插打內層定位鋼板樁 → 插打內層鋼板樁 → 內層圍堰合攏 → EL＋4.5 m 設置第一道內支撐 → 基坑開挖至 EL＋1.5 m → 設置第二道內支撐 → 分塊開挖至 EL-3.0 m → 分塊澆筑封底砼 → 抽水堵漏 → 破樁頭 → 承臺和立柱施工。

鋼板樁利用日立 450 打樁機逐片插打。首先打入四個引導樁作為導向樁，在引導樁內側焊接牛腿，作為導梁的水平撐。在水平撐上安裝導梁并臨時焊接固定。第一根樁插設時需留置一定的預留量，精確復測樁的位置與雙向垂直度。

5.3 圍堰拆除施工技術

拆除時，先將圍堰水上部位的土方運至棄土場內，待其水面上土方及后戧臺削坡結束后，在下游圍堰開一小斷面缺口。開口前，采用土工布對過水斷面進行防護，防止水流對圍堰的過度沖刷對圍堰穩(wěn)定的影響。向河道內灌水以保持圍堰內外水位基本持平，圍堰水下土方采用長臂挖掘機進行水下挖掘。

先用打拔樁機夾住鋼板樁頭部振動 1 ～ 2 min，使鋼板樁周圍的土松動，產生“液化”，減少土對樁的摩阻力，然后慢慢的往上振拔，拔樁時注意樁機的負荷情況。

6 安全監(jiān)測措施

6.1 防護措施

（1）密切關注圍堰體邊坡的變形和坡頂地面的沉陷，充分估計后續(xù)開挖對圍堰造成破壞的可能性。

（2）建立每天巡檢制度，并詳細記錄圍堰體的觀測數據，若遇下大雨天氣，增加巡檢次數，做到及時反饋第一手原始數據。

（3）現場應有專人檢查圍堰體的安全，發(fā)現不安全因素，及時匯報或采取有力對策措施排除險情。

6.2 監(jiān)測項目

根據圍堰的設計要求以及圍堰體圍護結構的特點，并結合圍堰工程施工和監(jiān)測的實踐經驗，圍堰施工監(jiān)測項目見表 2。

表2 施工監(jiān)測項目表

6.3 滲漏應急方案

防滲土料粘度及抗?jié)B指標未達到要求，可能存在大面積滲水現象。通過采用符合標準的填筑原料，在原鋪設防滲粘土部位繼續(xù)填筑。 若圍堰與岸坡相接處產生較大滲漏，應對岸坡渣土進一步處理，并填筑防滲原料；同時增長岸坡防滲鋪蓋長度，延長滲徑。

滲漏若不能得到有效解決，則要在圍堰下游增設一截水槽，增加排水設施，加大排水量，進行強排，保證基坑在干處進行混凝土作業(yè)施工。

7 結 語

（1）取水泵站采用筑島、灌注樁、圍堰、承臺等分階段進行基礎施工的方式，可以有效避免長江汛期影響，便于施工資源組織和成本控制。

（2）對比單層鋼板樁圍堰、混凝土芯墻圍堰、雙層鋼板樁圍堰 3 種圍堰方式，雙層鋼板樁圍堰工期較短，安全風險性低，推薦采用。

（3）圍堰結構施工要嚴格注意鋼板樁施打垂直度等關鍵施工參數，避免滲漏水和支撐結構銜接不良等問題。

（4）取水泵站基礎施工要加強防護措施，提前做好滲漏應急方案，針對圍堰水平位移、側向變形、沉降等項目要加強監(jiān)測。