污水处理厂粗格栅深基坑支护方案确定及质量控制

2016-11-14傅玉芬

供水技术 2016年5期

关键词：标高灌注桩深基坑

傅玉芬

(天津市自来水集团华双水务有限公司,天津300040)

污水处理厂粗格栅深基坑支护方案确定及质量控制

傅玉芬

(天津市自来水集团华双水务有限公司,天津300040)

污水处理厂粗格栅属于深基坑工程，基坑支护方案的确定与质量控制是污水处理厂施工的重点。以天津市空港物流加工区污水处理厂为例，对粗格栅深基坑支护方案及质量控制措施进行了系统阐述，以期为同行业深基坑支护方案的制定提供参考。

深基坑；支护；施工

1 工程概况

空港物流加工区污水厂工程处理能力为12×104m3/d，占地面积12.49 hm2，工程主要包括粗格栅及进水泵房、细格栅、MBR池等水处理构筑物以及厂区道路、管线、绿化等，建成后将承担起整个空港物流加工区的污水处理以及中水处理任务；施工时间为2006年12月至2007年11月，总工期350天。

粗格栅高程位于整个厂区构筑物最低的位置,单体占地面积为291 m2，平面呈规则多边形，顶板标高+4.50 m，地坪标高+3.75 m，南部底板底标高-6.75 m(标高均为大沽标高)，北部底板底标高-9.04 m，全部采用钢筋混凝土结构。

地质条件：地貌类型属于河流下游冲积平原，地处淤泥黏土层和流沙层，成流塑状态，基坑淤泥质土很厚，且地下水丰富，为典型的变形控制承载力的软弱土层。

2 基坑开挖方案

2.1 开挖断面

根据粗格栅设计尺寸如图1所示，基坑开挖南北深度不同，南部开挖深度在10.45m，北部开挖深度为12.74 m。开挖纵断面图如图2所示，属于深基坑工程。

图1 粗格栅平面尺寸

图2 开挖纵断面

2.2 条件分析

(1)基坑面积小，深度大，呈带形分布，作业面狭小，无法进行正常大开挖施工，安全风险大,给支撑系统带来较大的难度。

(2)基坑开挖会产生较大的位移和沉降，对周围建筑物、市政设施和地下管线造成影响，因此对深基坑稳定和位移控制的要求很严。

深基坑与相邻构筑物细格栅及曝气沉沙池净距仅4.6 m,但高差相差达11.7 m，细格栅地基处理采用水泥土搅拌桩，且桩体埋深较浅。因此须控制基坑周围场地的沉降和水平变位，确保基坑及周围场地的稳定性，保护桩基不至破坏或发生漂移，基坑开挖时要确保细格栅地基强度不受影响。

(3)深基坑开挖有两个深度，浅坑被围护结构分割，易造成基础承载力不均。

由于深度不同，浅坑达到标高后要进行土建施工，而深坑要继续开挖，两者工序交叉，同时进行，机械、设备、材料等调度安排要求高，需尽量减少不利因素的产生。

(4)深基坑工程施工周期长，从开挖到完成地面以下的全部隐蔽工程，需经历多次降雨、堆载、振动、施工不当等许多对基坑稳定性的不利条件，工程施工条件差，安全的随机性较大，事故的发生具有突发性。

(5)开挖及支护有严格的尺寸误差限制以及强度要求，为后面土建工程的施工奠定条件。

2.3 支护方案

根据场地、地质条件，基坑深度及平面形状特点，基坑支护拟采用连排灌注桩+高压旋喷桩在灌注桩的间隙堵漏+双层水平钢支撑作为支护体系，如图3、图4所示，同时基坑周圈进行卸土。该方案具有施工作业面小、安全性能高、止水效果好、工期短，施工简便且成本低的特点。

为确保支护的可靠性，聘请专业设计院根据基坑情况和现场土质现状，对初拟方案进行了深化设计。

图3 桩基布置

图4 桩基支护示意

2.3.1 减轻荷载

先对地面卸载2.5 m，卸土宽度为5 m，深度为2.5 m，减轻堆土时对桩身的侧压力。

2.3.2 支撑体系

(1)采用连排钻孔灌注桩Φ800 mm@900 mm的布置，灌注桩北部有效桩长15 m，南部有效桩长18.5 m，混凝土强度等级C30。

对于坑深10.45 m区域，灌注桩有效桩长15 m，其坑下嵌固深度与坑深之比约0.74；对于坑深12.74 m区域，灌注桩有效桩长18.5 m，其坑下嵌固深度与坑深之比约0.70，满足支护强度要求。

(2)采用上下两层水平钢支撑体系。第一道支撑在标高1.150 m处，采用四道斜撑安装在四角和一道横撑安装在基坑中间，材质为￠600壁厚12 mm焊接钢管；第二道支撑在标高-4.100 m处，采用同种材质四道斜撑和三道横撑，桩基顶端用帽梁连接在一起，采用钢筋混凝土结构。在第二道支撑高程上，围绕基坑紧贴支护桩，做一圈腰梁，采用40bQ235工字钢(三道叠放)。

支撑体系可以显著地减小水平变位，确保基坑开挖的顺利进行和周围环境不受影响，并能大幅度降低支撑桩用量。由于场地周围进行了卸土，水平支撑体系设置两层即可满足变位和受力的需要，这样不仅降低了造价，还可以有效地缩短工期。同时钢支撑便于安装和拆卸，不会对工期造成大的影响。

2.3.3 基坑降、排水

采用一道止水帷幕，坑内降排水的方案。

(1)采用Φ500 mm@900 mm的高压旋喷桩帷幕避水，高压旋喷桩北部有效桩长13 m，南部有效桩长18.5 m，水泥掺入比≥0.3% 。

对于坑深10.45 m区域，高压旋喷桩有效桩长13 m，穿过弱透水的粉土层，进入不透水的粉质粘土层。经计算，不会由于承压水作用而发生坑底隆起破坏，坑底以下5.75 m的嵌固深度满足止水要求。

对于坑深12.74 m区域，高压旋喷桩有效桩长18.5 m，穿过弱透水的粉土与粉砂层层，进入不透水的粉质粘土层。经计算有可能由于承压水的作用而发生坑底隆起破坏，为保证基坑及其周围场地的安全，采用高压旋喷桩在灌注桩的间隙堵漏，将该土层穿透截断。

(2)基坑内设4口大口井降水，采用Φ500无砂水泥管，外围土工布及等粒径碎石，其透水直径不小于700 mm；坑深10.45 m区域降水井深15.5 m；坑深12.74 m区域降水井深18.0 m。

(3)基坑外设观测井4口，井深为14 m，成井要求同降水井，井口高出地面0.5m并加活盖以防堵塞(井口一节为水泥管)，在沟槽开挖阶段用作降水井同时降水。

(4)基坑开挖至坑底标高时，沿基坑周边作等粒径碎石盲沟，宽300 mm深500 mm，与降水井相连组成降排水系统。

3 深基坑施工

3.1 深基坑施工

深基坑施工流程如图5所示。

图5 深基坑施工流程图

(1)浇筑钢筋混凝土灌注桩、高压旋喷桩，同时按井位布置打井。

(2)桩顶帽梁处挑槽开挖至大沽标高+0.500 m，施工帽梁。

(3)待灌注桩及帽梁强度达到设计要求，并降水10天后，基坑全面开挖至于大沽标高0.500 m，坑外卸土至大沽标高+1.200 m。

(3)安装第一层钢结构水平支撑系统。

(4)待第1层水平支撑系统达到设计要求检验合格后，开挖至大沽标高-4.100 m。

(5)施工腰梁YL,安装第二层钢结构水平支撑系统。

(6)待腰梁YL强度达到设计要求，并且第二层钢结构水平支撑系统检验合格后，分别开挖至坑底大沽标高-6.750 m、-9.040 m，到达基坑低标高。

3.2 质量控制

基坑支护的可靠性直接关系到施工安全和正式结构的顺利进行，要确保严格控制施工质量，确保支护强度和止水效果。

3.2.1 钻孔灌注桩施工及旋喷桩施工

确保灌注桩和旋喷桩的施工质量，控制好灌注桩与旋喷桩的咬合是保证基坑无渗漏的关键。因此，严控桩的施工质量，准确测放桩位和保证桩的垂直度成为施工控制重点。

本工程钻孔灌注桩Φ800，桩长15.0 m，总桩数36根；灌注桩Φ800，桩长18.5 m，总桩数63根；桩身混凝土强度C30。确保桩位测放精度，加设导墙或护筒，作好泥浆护壁，防止塌孔或缩颈。钢筋笼吊放缓慢进行，对准孔位，避免碰撞孔壁。水下混凝土浇筑事先作好配合比试验，灌注成桩后，桩头应及时覆土养护。桩身混凝土强度达到设计强度后方可进行基坑开挖施工。

高压旋喷桩Φ500，坑深10.45 m区域桩长13.0 m，总桩数37根，坑深12.74 m区域桩长18.5 m，总桩数62根；采用32.5普通硅酸盐水泥，水泥掺入量≥30%。确保桩位测放精度，保证钻杆中心与桩位重合，桩机调平，保证高压泵，管路和回水通畅，高压旋喷过程中，要随时注意压力变化，前台桩机操作与后台供浆密切配合，后台供浆必须连续。

施工控制目标：支护桩和帷幕桩桩位偏差< 50 mm，垂直度≤0.5%，支护桩变形控制在30 mm以内，确保基坑整体稳定无渗漏。

3.2.2 排降水

由于地下水丰富且基坑淤泥质土很厚，应尽早提前降水，基坑内设置4口大井，且外设4观察井，8口井同时连续降水10天以上后再进行土方开挖。

抽水设备采用深井潜水泵，设计总出水量≥670 m3/d，开挖过程中一直保持降水不间断。地下水位降深基本保持在基坑地槽面下约0.5 m处，保持基坑稳定。严格控制降水与停井时间对构筑物浮漂与沉降关系。确保安全检查成井技术质量及出水常清。

3.2.3 土方开挖

严控土方开挖与支护及支撑的关系，严禁违规施工。

土方开挖的顺序、方法和设计工况严格一致，遵循“开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则，坚持分层、对称、由南往北有序挖土，在每一、二层水平支撑系统未达到设计要求之前，帽梁等混凝土结构强度要达到设计要求前，严禁进行下一步的土体开挖工序。

在开挖过程中，保护井点、支撑等不受碰撞或损坏。防止因挖土过快，高差过大，使工程桩受侧压力而倾斜。在每一步回填土未达到设计要求标高之前，严禁进行该步支撑的拆除。尽量缩短结构施工时间，减少支护强度。

3.2.4 基坑支护监测

体系的破坏通常具有预兆性，因此进行基坑支护监测非常必要和重要，随着开挖深度的增加，基坑支护体系会产生侧向变位，因此侧向变位的发展趋势和控制是基坑支护监测的关键。基坑支护的监测不仅要对基坑支护的整个体系进行检测，还要对周围环境进行监测。这样有利于对基坑周围支护的稳定状态及周边土体的变化进行更好的掌握，能够更好地了解施工对周围房屋建筑、地下管线、道路等的影响状况，使得基坑施工和环境安全得以确保。

监测内容：

(1)支护结构位移(支护桩的倾斜、桩顶帽梁、支撑系统的水平位移，以及支撑系统的挠度)的量测；

(2)周围场地的沉降及地表开裂状态(位置、裂宽)的观察；

(3)邻近建筑物和重要管线等设施的变形测量和裂缝观察；

(4)密切关注观测井的水位变化(必要时采取回灌措施)；

(5)基坑渗、漏水和基坑内外的地下水位变化。

监测方法：

(1)建立监测控制系统，埋设控制点，测放位移测线，建立监测制度，明确观测周期、记录制度、测点保护、资料汇总以及信息返馈等；

(2)基坑支护由专人负责，及时将监测资料反馈给施工项目部、设计院及有关单位，便于及时分析。在监测数据出现异常、位移(速率)较大或挖土等关键工况时，应加密监测频率，并对监测数据进行分析。

3.3 安全控制

基坑内安装两个爬梯方便上下，周围设置围档，以防人员跌落。在施工部位下处安装防护网，以防高空坠物。制定各工序的专项施工方案和一系列的规章制度及技术要点，确保传达到第一线，坚持施工前技术安全交底制度，设专职巡查，加强管理。