SMW 工法在丰县地面水厂一期取水泵站基坑支护中的应用

2017-03-08刘佰平蒋昊于

治淮 2017年1期

刘佰平蒋昊于建

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一、设计参数及地质环境

丰县地面水厂一期取水泵站与输水管线工程A标段总占地面积150亩，一期工程建设规模为10万m3/d，设计5台单级双吸卧式离心泵，型号为sfwp60-500，电机功率为110kW，扬程13m，取用大沙河水源，项目地址在华山桥南1.85km处河西岸堤内侧，距河口23m。

工程主要内容为取水泵站、取水综合楼、应急加药间和取水头部四个主体部分。取水泵站基坑南北长37.20m，东西宽24.35m，场地高程43.50m，基坑底高程34.50m。基坑采用SMW工法水泥土搅拌桩防渗墙进行围护，设计桩径为Φ850＠600，桩身搭接250mm，桩内“隔一插一”H700×300×13×24型钢，间距1200mm，桩顶高程42.6m，桩底高程27.5m；搅拌桩防渗墙顶设置1100mm×800mm钢筋混凝土冠梁，梁顶高程43.40m；基坑采用双层钢支撑支护，第一层为冠梁结合Φ630×16钢管十字钢支撑，第二层为双拼HN600×300腰梁结合Φ630×16钢管十字钢支撑。

根据地质勘察报告，高程43.5～39.3m为素填土，39.3～36.1m为粉砂土，36.1～31.3m为淤泥质土，31.3～26.3m为粘土，26.3～21.0m为含砂浆粉质粘土。地下常水位39.00m，取水口设计常水位41.31m。

二、基坑支护主要施工工艺

1.SMW工法水泥土搅拌桩防渗墙

水泥土搅拌桩采用DH808Φ850 @600三轴搅拌桩机以及与之配套的拌浆系统和输浆系统进行水泥土搅拌成桩，水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，桩身设计强度不低于0.5MPa。

（1）测量放样。施工测量放样前，首先压实、整平施工场地。然后采用GPS全球定位系统精准放样，并做好永久及临时标志，放样后采用尺量复核。

（2）开挖沟槽。根据基坑围护控制线，采用挖掘机开挖导向沟槽，要求中心线两侧各0.6m宽，深度0.5～0.7m，施工中随打随挖，保证钻机施工时涌土不外溢，挖出的余土和废浆及时处理。

（3）定位型钢放置。在开挖的工作沟槽两侧铺设长15.0m的导向定位型钢，按设计要求在导向定位型钢上标出钻孔位置和H型钢的插入位置。定位型钢必须放置牢固，并采用点焊相互连接固定。

（4）成桩顺序。三轴水泥土搅拌桩采用跳槽式双孔全套复搅式施工工艺（见图1）。搭接及垂直度的修正依靠重复套钻得以实现，从而确保搅拌桩的隔水帷幕作用。搅拌桩施工完成后，立即插入H型钢。

图1 H型钢与三轴水泥土搅拌桩成桩顺序示意图

（5）桩位偏差。施工前对钻杆的长度进行量测，并在钻杆上采用红色油漆涂上钻深标记，确保成桩深度达到设计要求。垂直度的控制采用设备自带的液压自动对中整平控制系统进行随时调整，施工过程中采用铅锤校核，确保垂直度偏差不超过0.5%，桩位偏差不超过5cm，桩径偏差不超过1cm。

（6）水泥掺入量。根据设计20%的水泥掺入量，计算出不同水灰比的灰浆比重及搅拌桩单位长度需浆量，施工过程中随时抽查灰浆比重及单位长度输浆量，并与理论值对比，从而控制水泥掺入量。水泥掺入量按表1控制。

表1 水泥掺入量理论值控制表

（7）下钻与提升。根据设计要求严格控制下钻及提升速度，下钻速度不大于1m/min，提升速度不大于2m/min。当下钻到设计高程后，开启灰浆泵，待浆液到达喷浆口，再严格按设计确定的提升速度边喷浆边提升搅拌机，严格按照“二次喷浆四次搅拌”进行控制。

（8）施工冷缝。施工过程中确保连续施工，避免出现冷缝。若出现冷缝时采取在冷缝处围护桩外侧补搅素桩，为保证补桩效果，素桩与围护桩搭接厚度约20cm，同时延长搅拌时间，由原来的1min/m延长至3min/m，并提高水泥掺入量2%左右。

（9）H型钢插入。搅拌桩完成后立即插入型钢，时间间隔不超过30min；插入前检查型钢的长度、平整度、焊接质量，检查型钢表面涂刷减摩隔离剂的施工质量，均合格后方可使用。在导向定位型钢上设置H型钢定位卡，确保牢固、水平，而后将H型钢底部中心对准桩位中心并沿定位卡垂直插入水泥土搅拌桩体内；插放达不到设计标高时，慢慢提升型钢到适当高度，重复下插至设计标高，或采用振动锤振动至标高，下插过程中始终控制垂直度，确保偏差不超过0.5%；采用φ12吊筋将H型焊接在定位型钢上，高程误差控制在±5cm以内。待水泥土搅拌桩达到一定强度后，将吊筋与沟槽定位型钢撤除。

（10）实验检测。每台班制作两组7.07cm×7.07cm×7.07cm水泥土试件，试样来源于沟槽中置换出的水泥土，同条件养护28d检测无侧限抗压强度，3d龄期时钻心取样检测均匀性。

2.冠梁施工

首先使用空压机及风镐等设备将型钢周围桩体破碎处理，并采用人工找平，确保桩头平整度在2cm以内，然后浇筑C20混凝土垫层。钢筋绑扎前事先在垫层上准确放线，绑扎时确保钢筋型号、数量、锚固长度、间距、保护层及整体性能符合设计要求，确保预埋件位置准确牢固。模板必须符合刚度和强度要求，为防止胀模，每隔1m用2根拉杆螺栓上下对拉，模板底部每隔1.0m采用钢管打入土中固定，上部采用横向钢管锁口固定。浇筑前将模板内的杂物及钢筋上的油污清除干净，并将H型钢与冠梁的接触面采用3cm厚的泡沫板作为隔离介质，以便后期H型钢拔除施工。混凝土采用C30商品混凝土，浇筑时确保连续进行，过程中加强振捣，防止漏振和过振，并在初凝后终凝前及时整平收光处理。

3.十字钢支撑安装与土方开挖（先撑后挖）

施工前，十字钢支撑专项施工方案和土方开挖专项施工方案均通过专家组的论证，并严格按照论证的专项方案施工。

基坑支护采用双层十字钢支撑，第一层支撑在冠梁预埋钢板上，第二层支撑在双拼腰梁围檩上，钢支撑水平相交处采用单向中空十字连接器连接，末端采用活络头。每层钢支撑设置2根横向钢管和3根纵向钢管。并在十字连接器处设置长12.0m的Φ530×10钢管立柱，共6根，立柱基础采用直径1.0m 长5.0m的钢筋混凝土灌注桩，并将钢立柱插入混凝土灌注桩内4.0m，东西相邻钢支柱采用220mm×110mm× 7.5mm工字钢梁进行两两相连焊接成一个整体，同时控制好安装高程，确保同层工字钢在同一水平面上，工字钢作为钢支撑的搁置点。

第一层钢支撑安装及土方开挖。首先采用人工沿每道设计钢支撑轴线开挖沟槽，沟槽口宽1.2m，底宽0.6m，深0.8m，局部深度1.1m。沟槽开挖完成后，先安装双拼工字钢梁，再安装钢支撑。钢支撑安装顺序由基坑中心逐渐向四周扩散直至钢支撑安装完毕。当冠梁混凝土强度达到设计强度的85%以上时对钢支撑施加预应力。

土方开挖遵循“先撑后挖，由中心向四周扩散开挖，分层开挖，严禁超挖”的原则。首先在开挖区内采用20mm厚的钢板铺设运输通道，保持钢板与钢支撑之间的土层厚度大于30cm，主要为防止运输冲击力影响支撑的稳定。由于安装钢支撑后留有的施工作业面较小，故采用两台小型挖掘机分层倒运装车，小型翻斗车运输的施工方法，开挖时确保一次性达到高程 39.5m（第二层钢支撑以上20cm）。

第二层钢支撑安装及土方开挖。当土方开挖至标高39.5m后，采用人工开槽安装第二层钢支撑及双拼腰梁围檩。沿设计腰梁中心高程，在水泥土搅拌桩上切出60cm宽的水平槽，露出H型钢，焊接支撑牛腿，将双拼腰梁安放在牛腿上，保持与型钢紧密贴实，务必将腰梁焊接成一个整体。双拼腰梁与型钢之间较小的间隙采用钢板充填，较大的间隙采用C30细石混凝土充填。当混凝土强度达到设计值的85%后，按第一层钢支撑安装工艺安装第二层钢支撑，并施加预应力。

土方开挖前，先修筑出口坡道，再进行土方开挖，施工方法同上。施工时安排专人看护指挥，杜绝挖机触碰钢支撑。另安排专人员观测基坑位移变化，若出现位移超过4mm/d（连续3d）设计要求时，应立刻停止开挖，及时在冠梁外围挖土泄压，以保证基坑安全稳固。

土方开挖至设计标高34.8m时，坑底预留30cm原状土层，采用人工开挖整平，防止扰动基础。开挖过程中随时测量高程，开挖完成后及时组织隐蔽工程验收，并在8h内将混凝土封底全部浇筑完成。

4.十字钢支撑及H型钢拆除

泵站墙身浇筑至第二层钢支撑双拼腰梁下方0.4m处，混凝土强度达到设计值的85%，混凝土外表面防渗处理及墙后回填土分层压实完毕后，开始拆除第二层钢支撑。待泵站墙身浇筑至第一层钢支撑下方0.4m处，重复上述工序完成第一层钢支撑拆除。当泵站墙身全部完成且完成墙后回填土后拔除H型钢。

5.基坑降排水

水泥土搅拌桩防渗墙完成后开始施工降水井，其数量按下式确定：

n=A/a井

式中：n—井数；A—基坑需降水面积（m2）；a井—单井有效降水面积取100（m2）。

图2 降水井分布示意图

基坑区域总面积约905.82m2，经计算应布置降水井10眼，井深20m。由于高程36.1～31.3m为淤泥质土，为了更有效地降低基坑内的地下水位又在基坑内增设两眼井，实际布置降水井共12眼，见图2。

降水井施工完成后，预抽水时间20d，将地下水位始终控制在开挖面以下。

三、基坑支护监测

基坑支护施工前委托江苏省第二地质工程勘察院对基坑围护全过程进行变形监测，内容主要为基坑围护顶部水平和竖向位移监测、防渗墙深层水平位移监测、基坑外潜水水位监测三个方面。

实际检测各项指标均符合设计要求。检测结果分别为基坑围护顶部水平位移及竖向位移监测设计值＞3mm/d（连续3d），允许累计量不大于40mm，共检测4个部位每个部位检测16次检测水平位移最大累计值为7.85mm，竖向位移累计值为2.29mm。防渗墙深层水平位移监测（测斜）设计值＞4mm/d（连续3d），允许总位移不大于45mm，共检测4个部位每个部位检测13次最大总位移为31.76mm。基坑外潜水水位监测设计值，水位下降500mm/d，允许累计量1000mm，实际共检测4个部位每个部位检测14次最大累积值为340mm。基坑开挖过程中对水泥土搅拌桩连续性和透水性进行监测，未发现不连续及渗水现象，整体防渗效果良好。