基坑降排水方案變更在泵站施工中的應(yīng)用

劉永飛 LIU Yong-fei；李金麗 LI Jin-li

（中國水利水電第十一工程局有限公司，鄭州 450000）

0 引言

隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，規(guī)劃了一批引水調(diào)水工程，進(jìn)而建設(shè)了一批泵站樞紐。泵站施工往往具有開挖難、降排水難、對周圍環(huán)境影響大等特點(diǎn)，尤其是基坑降排水直接決定了基坑工程質(zhì)量好壞和后續(xù)主體工程能否干地施工，對基坑工程的造價和安全也具有較大影響，已成為泵站施工的一項重、難點(diǎn)，因此加強(qiáng)對基坑降排水施工技術(shù)管理和風(fēng)險控制，具有十分重要的社會經(jīng)濟(jì)效益。本文以安徽省某跨流域調(diào)水項目為例，對基坑降排水方案變更在泵站施工中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

1 工程概況

該跨流域調(diào)水項目包括兩座設(shè)計調(diào)水流量80m3/s 的泵站，分別為南站、北站，根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2017）相關(guān)規(guī)定，確定南站、北站主要建筑物為1 級，設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為100 年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為300 年一遇。該項目承擔(dān)著水利工程優(yōu)質(zhì)（大禹）獎或安徽省建設(shè)工程“黃山杯獎”（省優(yōu)質(zhì)工程）的創(chuàng)優(yōu)任務(wù)，其施工具有極高要求和重要意義。

2 水文地質(zhì)情況

根據(jù)招標(biāo)文件顯示，南站站址區(qū)地下水主要以孔隙潛水和孔隙承壓水為主?？紫稘撍饕x存于上部粘性土層中，孔隙承壓水賦存于粉細(xì)砂層中，中等透水性，滲透變形為管涌型。地下水主要接受河水和大氣降水補(bǔ)給，隨季節(jié)變化明顯，汛期河水位高，地下水向遠(yuǎn)離河流方向運(yùn)動，枯水期則反之?？辈炱陂g測得鉆孔綜合水位在20.16～21.00m。站區(qū)附近地面高程16.86～21.57m，站址區(qū)穩(wěn)定地下水位埋深為-4.14～0.57m。

北站站址區(qū)地下水主要以孔隙潛水和孔隙承壓水為主?？紫稘撍饕x存于上部粘性土層中，孔隙承壓水賦存于粉細(xì)砂層中（層底高程7.26 ～10.30m、-14.55 ～-12.50m）。地下水主要接受河水和大氣降水補(bǔ)給，隨季節(jié)變化明顯，汛期河水位高，地下水向遠(yuǎn)離河流方向運(yùn)動，枯水期則反之。勘察期間測得鉆孔綜合水位在20.25～21.59m。站區(qū)附近地面高程24.5m，站址區(qū)穩(wěn)定地下水位埋深為2.91～4.25m。

3 基坑降排水方案初擬

南站主泵房建基面高程約為6.4m，基礎(chǔ)主要位于粉細(xì)砂層上（層底高程9.16～-3.15m），該層呈中密～密實狀態(tài)，中等透水性。施工期河道水位20.5m，基坑最大水頭14.1m。南站基坑降排水方案布置見圖1。北站主泵房建基面高程約為10m，基礎(chǔ)主要位于粉細(xì)砂層上（層底高程7.26～10.30m），該層呈中密～密實狀態(tài)，夾砂壤土，中等透水性，地下水補(bǔ)給充沛。北站基坑降排水方案布置見圖2。

圖2 北站基坑降排水方案布置示意圖

由于地下水位較淺，本著“先降水、后開挖”的原則，根據(jù)招標(biāo)文件技術(shù)條款和工程量清單要求，項目部擬采用截滲圍封為主、深井降水為輔的方式進(jìn)行基坑降排水。泵站下部砂層較密實，采用三軸水泥攪拌樁截滲墻，樁徑850@600mm，墻底深入相對不透水層不小于2.0m?；咏邓疄榉忾]式，根據(jù)規(guī)范要求與經(jīng)驗，擬按照240m2/口進(jìn)行布井，降水井采用管徑360 的水泥無砂管作為井管，外包60 目尼龍濾網(wǎng)布；泥孔徑500；濾料使用中粗砂，每口井投料頂面到地面的距離為3m。

根據(jù)基坑面積和單井有效疏干面積計算，南站和北站三軸攪拌樁和降水井工程量如表1。

表1 南站和北站三軸攪拌樁和降水井工程量

4 方案的變更

根據(jù)技術(shù)方案，南站三軸攪拌樁基坑圍封工程量為760*22=16720m2，北站基坑圍封工程量為420*18=7560m2，合計工程量24280m2。通過與中國水電基礎(chǔ)局有限公司、鄭州一建集團(tuán)有限公司等多家行業(yè)內(nèi)知名的基礎(chǔ)施工單位溝通詢價，分包單價預(yù)計108 元/m2（含樁機(jī)進(jìn)場、就位、鉆進(jìn)、提鉆、噴漿、成樁、配合第三方檢測及挖機(jī)、吊車等大中型機(jī)械費(fèi)用，不含水泥及施工用電）。由于此時項目部供電設(shè)施尚未建設(shè)，施工所需灰漿攪拌機(jī)、泥漿泵、注漿泵等設(shè)備需配置50kW 柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)行供電。經(jīng)計算，三軸攪拌樁基坑圍封所需成本如表2。

表2 三軸攪拌樁基坑圍封所需成本

方案在進(jìn)行項目會審時，筆者注意到三軸攪拌樁基坑圍封在合同清單中為總價措施項目：“2.4 北站、南站基坑圍封”，合同價為229715.14 元，總價分解表顯示工程量僅為2406.15m2。

若按此方案進(jìn)行施工，合同工程量與實際施工工程量相差太大，施工成本太高，與合同價相比此方案虧損644.22 萬元；且三軸攪拌樁施工完成需要28 天以后才可以啟動基坑內(nèi)降水施工，對工期影響也較大。筆者提出疑問，在滿足技術(shù)要求的前提下，是否存在方案變更甚至取消該方案的可能，進(jìn)而降低虧損、縮短工期。項目部領(lǐng)導(dǎo)對此高度重視，及時將相關(guān)數(shù)據(jù)向公司進(jìn)行了匯報，公司派出專家組先后兩次到項目現(xiàn)場查勘地質(zhì)、進(jìn)行降水方案論證，通過對基底抗突涌穩(wěn)定性進(jìn)行分析，重新計算基坑降水總涌水量、降水井?dāng)?shù)量和深度，大膽提出取消三軸攪拌樁基坑圍封施工，改用深井降水。降水井采用管徑400mm無砂管，外包100 目尼龍濾網(wǎng)，濾料使用中粗砂，每口井投料頂面到地面距離4m。

以北站為例，基坑底板抗突涌穩(wěn)定條件：基坑底板至承壓含水層頂板間的土壓力應(yīng)大于承壓水的頂托力，即：

式中：Kh-突涌穩(wěn)定安全系數(shù)，Kh本次按1.1 考慮；D-承壓含水層頂面至坑底的土層厚度（m），D=Ha-Hb；γ-承壓含水層頂面至坑底土層的天然重度（kN/m3）；對多層土，取按土層厚度加權(quán)的平均天然重度（kN/m3），根據(jù)地勘資料取20.1kN/m3；hw-承壓含水層頂面的壓力水頭高度（m），為承壓水位至承壓含水層頂板距離，根據(jù)地勘資料，取承壓含水層初始水位標(biāo)高21.00m；γw-水的重度（10kN/m3）；Ha-基坑開挖底板高程（m），9.95m；Hb-含水層頂板高程（m），為-9.42m。

滿足抗突涌穩(wěn)定性驗算要求，無需對粉細(xì)砂承壓含水層進(jìn)行減壓降水。

涌水量預(yù)估：根據(jù)本工程特征及水文地質(zhì)特征，基坑總涌水量可根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）所提供的潛水完整井公式簡化計算：

式中：Q-基坑降水總涌水量（m3/d）；K-滲透系數(shù)（m/d），12m/d；H-潛水含水層厚度（m），北站H 取19m，南站H取24.6m；S-水位降深（m）；R-降水影響半徑（m）；r0-基坑等效半徑（m）；l-過濾器進(jìn)水部分長度（m）。

隨后依據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》JGJ120-2012 計算單井涌水量，結(jié)合《建筑與市政工程地下水控制技術(shù)規(guī)范》（JGJ 111-2016）相關(guān)公式，考慮安全備用系數(shù)和相鄰段降水井抽水的相互影響，確定北站降水井51 口，井深24m。南站與此相同，確定降水井42 口，井深26m。

2019 年11 月17 日，項目部編制完成專項施工方案進(jìn)行第一次專家評審時，與會專家對深井降水方案提出了否定，并要求按合同文件要求采用截滲圍封為主、深井降水為輔的方式進(jìn)行基坑降排水。會后項目部技術(shù)人員通過現(xiàn)場抽水試驗驗證了深井降水方案可行，同時筆者注意到招標(biāo)文件在要求采取基坑圍封的同時，黑體字加粗“上述泵站基坑圍封措施僅供參考，承包人應(yīng)自行調(diào)查并制定方案”，進(jìn)一步為項目部進(jìn)行方案變更降低了難度。12 月13日，第二次專家評審，終于順利通過了項目部完善后的取消三軸攪拌樁基坑圍封，替代以深井降水的專項施工方案。（表3）

表3 降排水方案變更前后費(fèi)用對比

2019 年12 月25 日，項目部在基坑已施工降水井的基礎(chǔ)上進(jìn)行了群井抽水試驗，選用5.5kW 水泵對南站20口降水井抽水4320min、北站28 口降水井抽水2880min，進(jìn)一步驗證了該降水方案可行。截止目前，兩站基坑開挖已完成，達(dá)到預(yù)期的降排水效果，有效縮短了基坑施工工期近2 個月，節(jié)省成本607.97 萬元。

5 小結(jié)

隨著我國水利行業(yè)的發(fā)展，泵站已成為重要板塊。基坑降排水是泵站工程施工的重點(diǎn)，降排水施工質(zhì)量好壞是后期泵站工程是否可以安全履約、優(yōu)質(zhì)履約的關(guān)鍵，在技術(shù)可行的前提下，必須考慮經(jīng)濟(jì)成本，爭取實現(xiàn)質(zhì)量和成本共贏。本文以工程承包商的立場，選取安徽省某跨流域調(diào)水項目的兩座泵站基坑降排水方案為研究對象，通過降排水專項施工方案變更前后的對比分析論證，梳理出一些泵站降排水施工的經(jīng)驗，供行業(yè)參考。