引調(diào)水工程泵站深基坑開(kāi)挖支護(hù)方案研究

馮增光

（中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450000）

1 工程概況

1.1 引調(diào)水工程

湛江市引調(diào)水工程設(shè)計(jì)供水范圍為湛江市霞山區(qū)、赤坎區(qū)和麻章區(qū)，并給沿途廉江市、遂溪縣預(yù)留分水口。該工程由取水口、泵站前池、取水泵站、調(diào)壓塔、輸水管道等組成，輸水管道總長(zhǎng)約61.924 km，為Ⅱ等大(2)型工程，主要建筑物為2級(jí)，次要永久建筑物為3級(jí)，臨時(shí)建筑物為4級(jí)。

1.2 泵站工程

鶴地泵站為湛江市引調(diào)水工程的取水泵站，周圍原地形起伏不平，高低差較大，現(xiàn)地面高程在57.27~38.9 m之間。

根據(jù)地坪設(shè)計(jì)標(biāo)高、基坑開(kāi)挖深度及場(chǎng)地地基土層分布特點(diǎn)分析，其基坑底板主要坐落于Ⅳ1強(qiáng)風(fēng)化砂巖上，場(chǎng)地周邊環(huán)境較簡(jiǎn)單，場(chǎng)地工程地質(zhì)主要為強(qiáng)風(fēng)化帶的砂巖和全風(fēng)化帶的砂巖，少量為弱風(fēng)化帶的砂巖。弱風(fēng)化帶的砂巖分布在前池?cái)嗝娴南虏?，工程量較少。強(qiáng)風(fēng)化帶的砂巖廣泛分布于本工程開(kāi)挖斷面中下部，強(qiáng)度較低。全風(fēng)化帶的砂巖分布在山體表層，巖體風(fēng)化較透，原結(jié)構(gòu)已完全破壞，呈粉質(zhì)黏土、砂質(zhì)黏土狀，下部巖體風(fēng)化不透，局部可辨原巖結(jié)構(gòu)，呈黏土質(zhì)砂礫狀，密實(shí)土，黏粒含量低，巖芯遇水易崩解成散粒狀，夾有少量強(qiáng)風(fēng)化巖塊，但強(qiáng)風(fēng)化巖塊巖質(zhì)極軟，水泡可用手捏碎。

鶴地泵站平面布置如圖1所示。

圖1 鶴地泵站平面布置圖

1.3 水文氣象

工程區(qū)域受海洋氣候調(diào)節(jié)，冬無(wú)嚴(yán)寒，夏無(wú)酷暑。光照充足、熱量豐富，多年平均日照時(shí)數(shù)2 004 h，平均氣溫22℃，最高氣溫38.5℃（出現(xiàn)于1977年6月8日），最低氣溫 0℃（出現(xiàn)于1975年12月2日和29日），最熱月為7月，平均氣溫28.4℃，最冷月為1月，平均氣溫15.5℃。年溫差為12.9℃左右，平均年積溫約8 382℃。無(wú)霜期達(dá)364 d。年降雨量在1 200~1 700 mm之間。降雨時(shí)空分布不均勻，年內(nèi)降雨主要集中在汛期（4~10月），降水量占全年的85%以上。多年平均風(fēng)速3.02 m/s，平均風(fēng)速最大月為2月（4.17 m/s），其次為3月（4.00 m/s），平均風(fēng)速最小月在6月（2.42 m/s）。湛江市全年盛行風(fēng)向E~ESE~SE，夏季偏東南風(fēng)，冬季偏北風(fēng)或東風(fēng)。

1.4 工程地質(zhì)

1.4.1 地形地貌

本工程位于雷州半島北部區(qū)域，區(qū)域地貌類型總體屬于濱海相、海陸交互相地貌。北部地勢(shì)較高，為低山丘陵地貌，南部地勢(shì)開(kāi)闊平坦，地面高程0.5~33 m，南臨南海，為海積及海陸混合堆積地貌。區(qū)內(nèi)水系主要有青年運(yùn)河、位于西北部的九洲江、南部的南渡河及東部的鑒江。

1.4.2 地層巖性

場(chǎng)區(qū)地層以第四系全新統(tǒng)沖積層、坡積層、喜馬拉雅期湖光巖組玄武巖、第四系中更新統(tǒng)北海組洪沖積層和下更新統(tǒng)湛江組海陸交互相沉積層為主。在場(chǎng)區(qū)北部出露寒武系八村群砂頁(yè)巖、泥盆系中下統(tǒng)桂頭群砂巖夾頁(yè)巖、泥盆系上統(tǒng)天子嶺組灰?guī)r及帽子峰組砂巖，其間零星分布下石炭系大塘階深灰色灰?guī)r和中上石炭系壺天群灰白色灰?guī)r。在場(chǎng)區(qū)東北部發(fā)育加里東期混合巖及燕山一期、燕山三期、燕山四期侵入巖。

1.4.3 地質(zhì)構(gòu)造

本區(qū)先后經(jīng)歷加里東期、燕山期、喜馬拉雅多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，形成多期侵入巖、噴出巖，并形成褶皺、斷裂等地質(zhì)構(gòu)造。在新生代本區(qū)屬沉降區(qū)，地表為第四系及噴出巖覆蓋，所見(jiàn)構(gòu)造形跡不多，僅見(jiàn)極平緩的摺曲及斷層。本區(qū)區(qū)域性構(gòu)造主要有一條褶斷構(gòu)造帶和兩條隱伏斷裂帶。

1.5 施工現(xiàn)場(chǎng)平面布置

1.5.1 施工道路布置

泵站下基坑道路EL34.39 m高程以上一期臨時(shí)道路進(jìn)行出渣，下基坑道路在東側(cè)及北側(cè)EL42.8 m以下開(kāi)挖時(shí)形成，具體以EL29.29 m馬道為依托，通過(guò)超欠挖的手段，向東南側(cè)斜坡向上出基坑與場(chǎng)內(nèi)規(guī)劃臨時(shí)道路及庫(kù)區(qū)道路相連。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要，現(xiàn)場(chǎng)道路部分采用砼道路，坑內(nèi)臨時(shí)便道為鋪級(jí)配碎石路或磚渣，以方便運(yùn)輸車輛行駛。

1.5.2 施工供電

泵站基坑開(kāi)挖支護(hù)期間采用庫(kù)區(qū)內(nèi)臨時(shí)接駁點(diǎn)接線，用于錨桿、鋼筋及臨時(shí)照明用電?？諌簷C(jī)及旋挖鉆機(jī)均采用油動(dòng)式進(jìn)行錨桿打設(shè)或圍護(hù)樁成孔；同時(shí)與當(dāng)?shù)赜秒姽芾砭诌_(dá)成用電協(xié)議，安裝2臺(tái)630 kVA的變壓器，用于泵站區(qū)域后期用電。

1.5.3 施工用水

施工用水主要為灌注樁鉆孔、混凝土養(yǎng)護(hù)、支護(hù)、現(xiàn)場(chǎng)灑水降塵等用水。施工用水取自水庫(kù)水，在東側(cè)邊坡頂部施工空地設(shè)置100 m3高位水池，使用Ф75主管、Ф50副管沿邊坡或馬道施工線路滿布，每隔40 m布置三通，設(shè)置支管引至各施工點(diǎn)。

1.5.4 施工供風(fēng)

泵站石方明挖約為53 000 m3，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置1臺(tái)20 m3電動(dòng)空壓機(jī)、1臺(tái)20 m3移動(dòng)式油動(dòng)空壓機(jī)，作為泵站石方開(kāi)挖及支護(hù)的施工供風(fēng)，供風(fēng)管采用50專用風(fēng)管。

2 基坑開(kāi)挖支護(hù)整體思路

鶴地泵站基坑土石方開(kāi)挖結(jié)合廠區(qū)開(kāi)挖自上而下分層、分區(qū)（縱向）、分段（橫向）開(kāi)挖，邊坡隨著開(kāi)挖逐層進(jìn)行錨噴支護(hù)。表層土方開(kāi)挖直接采用1~1.6 m3反鏟配合15~20 t自卸汽車裝自卸車直接挖除，邊開(kāi)挖邊進(jìn)行邊坡支護(hù)，邊坡地質(zhì)條件較差的部位采用人工修整，避免機(jī)械擾動(dòng)邊坡坡面。

基坑邊坡開(kāi)挖擬“自上而下、分層分梯段”法進(jìn)行爆破開(kāi)挖支護(hù)，具體為邊坡上部小方量開(kāi)挖區(qū)或大型露天液壓鉆機(jī)無(wú)法到達(dá)的部位，采用YT-28型手風(fēng)鉆、QZJ100B型潛孔鉆等鉆孔設(shè)備進(jìn)行爆破開(kāi)挖，而在具備大型設(shè)備施工作業(yè)區(qū)，則采用ROCD7型液壓鉆機(jī)、CM-351型高風(fēng)壓潛孔鉆機(jī)進(jìn)行深孔梯段爆破；邊坡控制以深孔預(yù)裂爆破為主，當(dāng)主爆區(qū)由手風(fēng)鉆造孔采用淺孔梯段爆破時(shí)，則利用光面爆破技術(shù)進(jìn)行邊坡控制。出渣采用1.0~1.6 m3液壓反鏟配合15~20 t自卸汽車運(yùn)輸至臨時(shí)堆渣場(chǎng)或綜合利用。

主泵房四周土方回填，隨主體施工進(jìn)度分區(qū)、分層回填?；靥盍喜捎闷渌徒课婚_(kāi)挖的合格渣料。土方回填前，需進(jìn)行相應(yīng)部位隱蔽工程驗(yàn)收，相應(yīng)部位混凝土結(jié)構(gòu)要達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度，土方回填時(shí)，采用人工配合反鏟鋪土、整平，振動(dòng)碾碾壓壓實(shí)，靠近墻、進(jìn)出水管外包混凝土1m范圍采用蛙夯、小型振動(dòng)碾等小型機(jī)具夯實(shí)，回填的干密度符合設(shè)計(jì)要求。

3 施工技術(shù)要求

3.1 材料選用及要求

（1）HPB300為Ⅰ級(jí)鋼，fy=270 N/mm2，HRB400為Ⅲ級(jí)鋼筋，fy=360 N/mm2，鉆孔樁樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30（要求水下混凝土塌落度為180~200 mm），冠梁、連梁混凝土為C30，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋材料應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家相關(guān)規(guī)范、規(guī)程的要求。

（2）施工中的鋼筋替換，須經(jīng)設(shè)計(jì)單位的同意；嚴(yán)禁采用改制鋼筋或劣質(zhì)鋼筋。

（3）縱向受拉鋼筋除注明處其余最小錨固長(zhǎng)度為：HRB400（即Ⅲ級(jí)鋼）為35 d。

（4）樁、梁受力鋼筋連接方式宜采用綁扎連接接頭；嚴(yán)禁采用電渣壓力焊；加勁箍與主筋之間采用點(diǎn)焊（嚴(yán)禁燒傷主筋），主筋與箍筋之間可采用綁扎；縱向受力鋼筋機(jī)械連接接頭應(yīng)相互錯(cuò)開(kāi)，受拉鋼筋接頭面積百分率≤50%，接頭應(yīng)錯(cuò)開(kāi)35 d且不小于500 mm[1，2]。

（5）縱向受力鋼筋混凝土保護(hù)層：帽梁、腰梁不小于35 mm，當(dāng)置于地面無(wú)墊層時(shí)不小于70 mm。

（6）焊條：電弧焊所采用的焊條，其性能應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，Ⅲ級(jí)鋼采用E50系列。

3.2 土方開(kāi)挖施工技術(shù)要求

（1）基坑開(kāi)挖應(yīng)滿足下列規(guī)定：①施工荷載應(yīng)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行控制。②不應(yīng)在鄰近建筑及基坑周邊影響范圍內(nèi)堆放。③局部深坑宜在大面積墊層完成后開(kāi)挖。④采取有效的降水與排水措施。

（2）預(yù)留20 cm厚土做圍護(hù)結(jié)構(gòu)保護(hù)層。

（3）圍護(hù)結(jié)構(gòu)周圍的地面超載不得大于設(shè)計(jì)限值。

（4）開(kāi)挖到距離坑底300 mm時(shí)，應(yīng)人工挖除，避免超挖。

（5）凡開(kāi)挖的土方應(yīng)隨挖隨運(yùn)走，嚴(yán)禁堆積。

（6）應(yīng)采取可靠的安全技術(shù)措施，避免基坑周邊相鄰工程樁基、基坑支護(hù)、土方開(kāi)挖等施工作業(yè)與本次相互影響。

（7）應(yīng)根據(jù)周邊監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)整開(kāi)挖的施工順序和施工方法。

4 施工方案

（1）明挖邊坡的支護(hù)在開(kāi)挖過(guò)程中分層進(jìn)行，按照馬道進(jìn)行分層支護(hù)。

（2）開(kāi)口線鎖口錨桿施工完成后才可開(kāi)挖邊坡，上部臺(tái)階施工先于下部。錨桿、噴混凝土與開(kāi)挖面高差≤10~15 m。

（3）松動(dòng)部位清理工作應(yīng)在開(kāi)挖后，腳手架搭設(shè)及各類支護(hù)工作，應(yīng)在開(kāi)挖后嚴(yán)格按照順序進(jìn)行。

（4）應(yīng)先鉆孔再注漿插入錨桿，錨桿施工結(jié)束后，噴混凝土。

4.1 錨桿施工

4.1.1 錨桿施工工藝流程

錨桿施工工藝流程為：基面清理→測(cè)量放線→造孔→清孔→注漿→錨桿制作→安插錨桿→檢查驗(yàn)收。

4.1.2 錨桿施工工藝

（1）造孔

1）開(kāi)孔允許偏差為100 mm。

2）錨桿孔徑應(yīng)大于桿體直徑20 mm 以上。

3）錨桿孔超深不宜大于100 mm。

（2）錨桿的注漿

1）錨桿注漿采用錨桿注漿機(jī)注漿，出口壓力≥1.0 MPa，輸送能力＞0.7 m3/h。

2）注漿工藝須經(jīng)注漿密實(shí)性模擬試驗(yàn)，合格后才可實(shí)施。

3）錨桿注漿應(yīng)采用專用注漿設(shè)備，保證注漿飽滿，注漿密實(shí)度應(yīng)不小于80%。

4）砂漿應(yīng)拌和均勻，并嚴(yán)防石塊、雜物混入。

（3）錨桿施工方法

本邊坡錨桿長(zhǎng)度為6 m，采用注漿機(jī)注漿。

（4）質(zhì)檢與驗(yàn)收

1）錨桿鉆孔規(guī)格的抽檢：對(duì)錨桿孔的鉆孔孔徑、深度和傾斜度進(jìn)行抽查并作好記錄。

2）按施工圖紙規(guī)定的材質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、抽檢數(shù)量進(jìn)行錨桿性能檢測(cè)，出具檢測(cè)成果并報(bào)監(jiān)理。

3）錨桿的注漿密實(shí)度檢測(cè)根據(jù)作業(yè)分區(qū)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定范圍。

4）提交材質(zhì)抽驗(yàn)記錄、密實(shí)度試驗(yàn)記錄、鉆孔記錄等資料，進(jìn)行逐項(xiàng)驗(yàn)收。

5）錨桿無(wú)損檢測(cè)：錨桿無(wú)損檢測(cè)采用聲波反射法進(jìn)行檢測(cè)，內(nèi)容包括錨桿長(zhǎng)度和注漿飽滿度檢測(cè)，評(píng)價(jià)錨固質(zhì)量。

6）錨桿抗拔力試驗(yàn)：試件數(shù)量按每300根至少抽樣一組，每組≥3根。

4.2 土釘支護(hù)

泵站基坑右側(cè)采用三級(jí)鋼、間距2 000×1 500的土釘進(jìn)行支護(hù)，土釘長(zhǎng)度有9 m、10 m、12 m以及12.5 m，土釘支護(hù)采用“先安裝后注漿”的程序施工。

4.2.1 挖土及修坡

按規(guī)定分層、分段開(kāi)挖，上層作業(yè)面開(kāi)挖完成以后，才能進(jìn)行下一層的開(kāi)挖。

4.2.2 鉆孔

（1）干作業(yè)法：控制鉆進(jìn)速度、把土充分倒出后再攏鉆桿。

（2）濕作業(yè)法：鉆進(jìn)時(shí)不斷供水中洗，保持孔口水位，速度在300~400 mm/min之間。

（3）注意鉆進(jìn)速度、壓力及鉆桿平直，待鉆至規(guī)定深度后繼續(xù)用水反復(fù)沖洗鉆孔中泥砂，直至溢出清水為止，然后拔出鉆桿[3]。

（4）鉆進(jìn)深度應(yīng)大于設(shè)計(jì)值，一般控制其大于設(shè)計(jì)值100~200 mm之間。

4.2.3 錨桿的安設(shè)

應(yīng)焊接支撐環(huán)，為避免塌孔，鉆孔后應(yīng)立即插拉桿。

4.2.4 錨桿的抗拔力檢測(cè)

試件數(shù)量按每100根至少抽樣一組，每組≥3根。

4.2.5 灌漿

注漿前將孔內(nèi)雜土清除干凈。注漿為孔底壓力注漿，注漿壓力0.3~0.51 MPa，為防止產(chǎn)生干縮裂縫，可摻入一定量的膨脹劑,為提高水泥砂漿的早期強(qiáng)度，加速硬化，可摻入速凝劑或早強(qiáng)劑[4，5]。

4.3 噴混凝土施工

4.3.1 材料

用于噴射混凝土的水泥、砂石料、水、外加劑鋼筋網(wǎng)等應(yīng)符合規(guī)范規(guī)定；材料配合比應(yīng)試驗(yàn)選定、并符合規(guī)定；應(yīng)試驗(yàn)確定速凝劑摻量。

4.3.2 施工準(zhǔn)備

噴射混凝土施工準(zhǔn)備工作內(nèi)容及要求如表1所示。

表1 噴射混凝土準(zhǔn)備工作一覽表

4.3.3 噴混凝土施工配合比

結(jié)合圖紙要求，試驗(yàn)選定配合比，既要保證性能、又要盡量減少材料用量。

4.3.4 配料、拌和及運(yùn)輸

采用6 m3混凝土罐車運(yùn)輸，嚴(yán)防雨淋及雜物混入。

4.3.5 噴混凝土施工

噴混凝土采用拌合站集中拌制，骨料來(lái)自砂石加工系統(tǒng)供應(yīng)?；炷劣? m3混凝土罐車運(yùn)至工作面，由TK600噴射機(jī)進(jìn)行濕噴。準(zhǔn)備工作后，噴射時(shí)應(yīng)保持表面平整光滑，無(wú)干斑和滑移流淌現(xiàn)象；保持噴射機(jī)風(fēng)壓穩(wěn)定，中斷作業(yè)時(shí)，應(yīng)將積料清除干凈；回彈率邊墻應(yīng)不大于15%，終凝2 h后應(yīng)噴水養(yǎng)護(hù)，一般不得少于14 d。

4.3.6 鋼筋網(wǎng)的使用

鋼筋網(wǎng)采用15 t載重汽車運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，在指定部位布設(shè)，間距為200 mm，鋼筋采用直徑為8 mm的光圓鋼筋（I級(jí)鋼筋）。

4.3.7 明挖邊坡噴射混凝土施工注意事項(xiàng)

支護(hù)作業(yè)前將邊坡，自下而上分段依次噴射；嚴(yán)禁在松散土面噴射混凝土。

5 結(jié)論

綜上，為保障引調(diào)水工程泵站建設(shè)實(shí)施的質(zhì)量，必須在充分掌握工程區(qū)域地質(zhì)等基本條件的基礎(chǔ)上，依據(jù)水利工程質(zhì)量要求制定科學(xué)合理、安全可靠的基坑開(kāi)挖支護(hù)施工方案，同時(shí)還要保證施工中加強(qiáng)質(zhì)量管控、使各項(xiàng)參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求?？偠灾茖W(xué)合理、安全可靠的基坑開(kāi)挖支護(hù)施工方案不僅能夠保障泵站的質(zhì)量、延長(zhǎng)使用壽命，還能使工程創(chuàng)造出更高的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)、社會(huì)穩(wěn)定、生態(tài)平衡注入源源不斷的活力。