鐵路排水池深基坑處理方案淺析

程世林

（中鐵二十一局集團(tuán)路橋工程有限公司，陜西 西安 710061）

0 引言

現(xiàn)場南側(cè)靠近烯烴鐵路專用線，北側(cè)靠近中天合創(chuàng)事故消防池容量50000m3，如放坡坡度較大會影響周邊建筑物，不具備大范圍放坡條件，基坑施工嚴(yán)重影響現(xiàn)場施工人員及烯烴鐵路專用線路基道床及行車安全，為保證人員安全及鐵路正常運輸不受水池施工干擾，根據(jù)對多種施工方案的經(jīng)濟(jì)性、施工周期性及安全性進(jìn)行對比確定采用施打I20 型工字鋼進(jìn)行基坑周邊加固、安全防護(hù)。

1 工程概況

中天合創(chuàng)烯烴鐵路排水池工程位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市烏審旗圖克鎮(zhèn)境內(nèi)的中天合創(chuàng)烯烴化工廠區(qū)。北側(cè)靠近烯烴廠區(qū)事故消防池，南側(cè)靠近中天合創(chuàng)烯烴鐵路專用線，為有效解決烯烴鐵路排水困難問題，經(jīng)呼和浩特鐵路局及業(yè)主相關(guān)單位的要求在事故消防池南側(cè)增加鐵路排水池，以解決鐵路排水溝及廠區(qū)內(nèi)周邊排水給鐵路所帶來的水害問題，保證烯烴鐵路開通，烯烴產(chǎn)品順利外運。排水池工程為有效容積2000m3的方形鋼筋混凝土水池，水池周邊環(huán)境復(fù)雜，水池地形土壤為風(fēng)積沙，風(fēng)積沙遇水易液化、坍塌，地下水豐富，需進(jìn)行井點降水?；娱_挖深度為6.5m，容易引起塌方，需要工字鋼防護(hù)。對開挖的基坑基礎(chǔ)進(jìn)行換填處理，基坑開挖后發(fā)現(xiàn)底標(biāo)高位置以下有1.5～2.0m 的軟泥層，并且臨近既有事故消防水池附近都是回填土，基坑基礎(chǔ)需要處理，為保證鐵路排水池施工質(zhì)量以及運營安全，基礎(chǔ)需要進(jìn)行處理，換填級配碎石處理軟基礎(chǔ)[1]。

2 施工方案

圖1 工字鋼防護(hù)樁施工工藝流程

2.1 測量放線

使用全站儀在作業(yè)平臺上方放出基坑位置線，采用白灰灑出鋼板樁內(nèi)側(cè)凈空位置線。

2.2 工字鋼施工

針對工字鋼的施工需要結(jié)合現(xiàn)場實況進(jìn)行測量與設(shè)計，根據(jù)施工圖及高程放設(shè)沉樁定位線→引孔的施工→沉樁位置溝槽開挖1m 深→根據(jù)定位線設(shè)置沉樁導(dǎo)梁→整修、平整施工機(jī)械行走道路→工字鋼插入和預(yù)打→挖除地表面1.0m 厚土及放坡→開挖至第一道圍檁位置→設(shè)置圍檁及支撐→開挖至第二道圍檁位置→土方開挖→施工至第二道支撐下0.5m 處→填土及拆除第二道圍檁及支撐→施工至第一道支撐下0.5m 處→填土及拆除第一道圍檁及支撐→主體結(jié)構(gòu)施工完成→回填土→拔除工字鋼→在樁的縫隙處用細(xì)砂回填密實，在施工過程中采用集水明排和井點降水的方式[2]。

本次工程采用履帶液壓振動錘前端夾鉗，夾起工字鋼一端讓工字鋼呈自由垂直狀態(tài)，使用震動錘沿導(dǎo)梁將9m 長工字鋼以相互咬合的方式打入土中，樁頂與地面齊平。振動錘施工中，要注意先將工字鋼以相互咬合方式對好位，先依靠振動錘及工字鋼的自重進(jìn)行沉樁，待工字鋼沉樁穩(wěn)定后，使用振動錘開始打樁。

由于工字鋼較長，柔性較大，4m 以下工字鋼下沉采用振動錘自由落體擊打進(jìn)行沉樁；4～7m 采用人工控制短時間起爆法進(jìn)行擊打沉樁；7m 以下采用振動錘起爆連續(xù)擊打，直至打與地面平。逐根插打到底，從一端開始到最后形成閉合。完成捶打后在工字鋼底部堆碼沙袋避免雨水沖擊鐵路路基[3]。

2.3 基坑開挖

工字鋼施工完畢后，對水池基坑施工區(qū)域進(jìn)行開挖，開挖范圍為內(nèi)側(cè)工字鋼基坑范圍內(nèi)，采用邊開挖邊支護(hù)的方式?；由喜客馏w可采用普通挖掘機(jī)進(jìn)行開挖，開挖深度至3m 后進(jìn)行內(nèi)部支撐；支撐前采用∠140×90×10 角鋼制作牛腿焊接在豎向工字鋼上，牛腿設(shè)在距樁頂面3m，水平間距3m 且頂面水平保持一致，以便于圍檁型鋼的放置；內(nèi)部支撐采用I20 工字鋼水平放置，進(jìn)行圍檁支撐，延鐵路方向南側(cè)采用地錨鋼管加鋼絲繩支撐加固，圍檁四角采用焊接連接，同時井點降水。

基坑圍檁加固完成后再向下開挖，由于開挖深度較大，下部開挖采用修筑便道再用挖掘機(jī)進(jìn)行開挖。基坑開挖過程中，挖掘機(jī)與基坑邊坡的距離大于2m，以防止基坑頂部荷載過大，產(chǎn)生較大土壓力，造成基坑支撐結(jié)構(gòu)受力不均勻。開挖過程中，設(shè)專人對挖掘機(jī)進(jìn)行指揮，防止挖掘機(jī)碰到樁頭及內(nèi)部支撐系統(tǒng)[4]。

根據(jù)現(xiàn)有現(xiàn)場施工情況，顯示靜止水位埋深為1.0～1.5m，水位標(biāo)高在1306.600～1306.976m。針對現(xiàn)場進(jìn)行測量，實際開挖后發(fā)現(xiàn)地下水深度在地面以下3m 位置，符合明排水條件，工程選擇井點降水和明排水配合的方式對現(xiàn)場進(jìn)行排水施工。由于要開挖的排水池南側(cè)為中天合創(chuàng)烯烴鐵路專用線及鐵路排水溝，為保證鐵路路基基底安全不受施工范圍場地制約，本次工程采用在開挖時選擇應(yīng)用工字鋼支護(hù)。工字鋼施工需要在土方開挖之前，需要優(yōu)先對溝槽底部尺寸和相關(guān)標(biāo)高進(jìn)行設(shè)計，根據(jù)工程實際情況，需要保證溝槽底尺寸比結(jié)構(gòu)邊線尺寸多出1.5m，測量顯示，水池的溝槽深度最高在8.2m，研究決定一次開挖至設(shè)計標(biāo)高。優(yōu)先將已經(jīng)挖出的土方堆放至先前劃分好的溝槽上部位置，運走堆積土方，在距離目標(biāo)位置120cm 厚時進(jìn)行分工開挖，避免影響平整性，應(yīng)用高程控制樁掛線避免超出標(biāo)高涉及范圍。對于現(xiàn)場開挖后的土方需用自卸汽車外運，避免現(xiàn)場材料堆積影響其他施工工序，基坑回填時再將土方回運。

2.4 基坑排水降水

本次工程施工時間為冬季，當(dāng)?shù)靥鞖夂?，難以保證基坑施工排水降水的有效性，因此工期選擇方面決定延后至第二年3 月份。此時已經(jīng)完成基坑開挖工序，調(diào)查發(fā)現(xiàn)的地下水距離地面3.0m，回填土透水性較強(qiáng)，容易塌方。施工的鋼筋混凝土水池，水池周邊環(huán)境復(fù)雜，南側(cè)靠近烯烴鐵路專用線，水池地形土壤為風(fēng)積沙，風(fēng)積沙遇水易液化、坍塌，地下水豐富，又處于廠區(qū)最低處，鐵路沿線及廠區(qū)北側(cè)所有地下水都往此處流，施工范圍狹小，井點降水效果不佳，需要采用分坡分級井點降水，東西方向自然放坡，分兩級井點降水布置雙排井點管，基坑分層開挖，每層厚度1.5m，每分一層需要重新插拔井點管，基坑底部采用環(huán)形雙排井點管降水，考慮到降水難度大基坑中間需要布置兩排井點管?；拥撞克闹茉O(shè)置排水溝，四角設(shè)置集水井，并采用大功率污水泵進(jìn)行抽排水[5]。

這次表彰獎勵的集體或者個人，有的是在落實“四個最嚴(yán)”“四有兩責(zé)”上勇于擔(dān)當(dāng)、敢于創(chuàng)新，有的是在食品安全示范城市創(chuàng)建中奮發(fā)有為、走在前列，有的是在重大任務(wù)或者抗震救災(zāi)突發(fā)事件中沖鋒在前、表現(xiàn)突出，也有的是在執(zhí)法一線舍生忘死、不懈奮戰(zhàn)。他們的先進(jìn)事跡以及他們身上表現(xiàn)出來的精神狀態(tài)，是全國食品藥品監(jiān)管戰(zhàn)線上干部職工攻堅克難、奮發(fā)有為的真實寫照，生動詮釋了全系統(tǒng)廣大干部職工對職責(zé)的堅守、對事業(yè)的熱愛和對崇高使命的不懈追求，值得充分肯定，廣泛宣傳。

針對鐵路水池底部為保證施工安全，需要進(jìn)行排水，研究根據(jù)施工現(xiàn)場實際情況選擇小型集水坑和明排水溝方式，配合水泵完成排水工作，并在離工字鋼基礎(chǔ)邊緣50cm 位置加設(shè)沙袋，在離基礎(chǔ)邊緣50cm 位置開挖積水槽：寬為50cm、深為30cm，利用碎石回填。積水坑根據(jù)施工現(xiàn)場需求，分別設(shè)置廢柴油桶在東西兩側(cè)，并做好筒壁鑿眼處理，在整個開挖過程和溝槽回填規(guī)程配合水泵進(jìn)行持續(xù)抽水。若遇到降雨天氣則需要修筑圍擋或覆蓋彩布條。本工程為避免地面水進(jìn)入溝槽，還在溝槽的兩側(cè)設(shè)計了圍擋，有效抑制滲水漏水情況。

2.5 基坑基礎(chǔ)處理

基坑開挖后發(fā)現(xiàn)底標(biāo)高以下位置有1.5～2.0m 的軟泥層，并且臨近既有事故消防水池附近都是回填土，基坑基礎(chǔ)需要處理，為保證池子施工質(zhì)量及以后運營安全，防止基礎(chǔ)沉降需要進(jìn)行處理，經(jīng)過多種方案比選最終采取級配碎石換填處理軟基礎(chǔ)，且需換填2.5m 深才能到達(dá)未擾動的持力層。

2.6 基坑堵漏

基坑開挖完畢后，對錯位的工字鋼之間的縫隙進(jìn)行封堵，防止淤泥、流沙涌入基坑中。堵漏采用布袋裝沙土對縫隙進(jìn)行塞縫處理，缺口較大采用沙袋進(jìn)行堆碼封堵，不宜采用沙袋封堵的工字鋼同工字鋼焊接進(jìn)行封堵。直至所有滲漏點全部堵塞完畢，確保后續(xù)施工順利進(jìn)行，待完工后拔出工字鋼即可，工程選擇應(yīng)用振動捶打的方式對工字鋼進(jìn)行拔出，為節(jié)省材料成本，拔出后還需及時整修，可進(jìn)行二次利用。

3 工程數(shù)量

工程數(shù)量如表1 所示。

表1 工程數(shù)量

計算過程：

（1）基坑碎石換填。

基坑碎石換填v=（51.94+44.44）×2.5/2×18.5=2187m3。

（2）基坑開挖土方。

基坑開挖土方w 寬=2.7+13.2+6=21.9m；

V=（69.04+51.94）×5.7/2=344.793×21.9=7551m3。

（3）井點降水。

井點降水=51.94×2+21.9×2=147.8/1.5×2=197 根/183d（下層降水）；

井點降水=69.04×2+21.9×2=182/1.5=121×2=242 根/183d（上層降水）；

井點降水=21.9×2/1.5=29.2 根；

197+29.2=226+11=237 根/183d。

4 基坑變形監(jiān)測的內(nèi)容及要求

4.1 監(jiān)測圍護(hù)體的沉降與位移情況

為保證施工安全性，需做好對現(xiàn)場圍護(hù)體的實時監(jiān)測，根據(jù)現(xiàn)場工字鋼結(jié)構(gòu)和地質(zhì)情況設(shè)置沉降、位移預(yù)警值，一旦超出目標(biāo)范圍或發(fā)生較大變化，需及時進(jìn)行預(yù)警，由專人負(fù)責(zé)監(jiān)控與上報。

4.2 監(jiān)測坑底土體、圍護(hù)外側(cè)土體的變化情況

在特殊地質(zhì)條件和水文條件下，鐵路排水池深基坑處理后存在土體隆起風(fēng)險和圍護(hù)外側(cè)土體剪切破壞風(fēng)險，一旦出現(xiàn)此類情況會直接影響鐵路施工質(zhì)量。因此，需要施工單位派遣專人定期進(jìn)行基坑監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)風(fēng)險問題并報告，采取應(yīng)急措施。

4.3 監(jiān)測地表開裂狀態(tài)

一些鐵路深基坑施工處理后存在地表裂開風(fēng)險，需要派遣專人進(jìn)行巡視，觀察地表是否存在開裂，并記錄位置和開裂程度，巡視時間控制為2 次/d，必要時可拍照，對記錄信息進(jìn)行對比，根據(jù)開裂變化程度判斷是否需要采取相關(guān)措施。

4.4 監(jiān)測基坑滲漏情況

鐵路深基坑施工后可能由于滲水量的影響而出現(xiàn)測量壓力增大、縫隙擴(kuò)張以及土體黏結(jié)性降低的情況，對邊坡穩(wěn)定性不利，需要重點加強(qiáng)對基坑滲漏情況觀測。

4.5 監(jiān)測次數(shù)

鐵路施工隊伍在開挖和圍護(hù)階段，由專人負(fù)責(zé)完成1 次/d 的監(jiān)測。開挖完工后可減少監(jiān)測次數(shù)，回填后可不用再繼續(xù)監(jiān)測。若在土體、圍護(hù)出現(xiàn)位移和沉降情況的階段，需要進(jìn)行實時連續(xù)的監(jiān)測，保障安全。

4.6 監(jiān)測報告

做好監(jiān)測數(shù)據(jù)記錄工作，保證信息實時性、精準(zhǔn)性、全面性，及時向有關(guān)部門反饋。

5 結(jié)語

鐵路排水池深基坑施工重點在于地下排水情況的檢驗與控制，但過程相對復(fù)雜，涉及步驟較多，需要明確詳細(xì)施工流程，做好技術(shù)交底工作，建立臨時維護(hù)結(jié)構(gòu)和安全警示標(biāo)識，詳細(xì)劃分作業(yè)范圍，維護(hù)現(xiàn)場秩序，建立全天候?qū)崟r監(jiān)控模式，確保能夠及時發(fā)現(xiàn)并處理危險情況。鐵路排水池深基坑施工完后能夠保證鐵路排水通暢，避免每年7—9 月洪水沖刷鐵路路基，保障鐵路運行安全，為鐵路早日開通奠定了基礎(chǔ)，為項目部節(jié)約了施工成本。