袁桥泵站深基坑开挖专项施工方案分析

高萌

（河南省水利第二工程局）

1 工程概况

袁桥泵站属于引江济淮工程（河南段）施工1 标段建设内容。标段主要利用清水河河道引水，主要施工内容为：袁桥泵站工程、清水河节制闸工程、清水河治理及疏浚工程等。袁桥泵站是引江济淮工程（河南段）第一级泵站，设计流量43 m3/s，泵站安装立式轴流泵机组4台，装机功率5 200 kW，建筑物总投资9 190万元。泵站包括站下引渠段、清污机闸、前池、进水池、泵房、出水池、出水渠道、副厂房、安装间等。因袁桥泵站布置在清水河主河道外，且计划建成后修建泵站上下游引渠与清水河主河道贯通，故泵站施工期不涉及河道导流问题。工程场地开挖的最终基底标高约为▽21m，基坑深度16 m，属深基坑开挖，按照《水利工程建设标准强制性条文》（2016版），属超过一定规模的危险性较大的单项工程，专题研究其施工方案很有必要。

2 工程地质条件

工程区属黄淮冲积平原，地势较平坦、开阔。场区附近清水河河道宽约60 m，深约7 m，附近河底高程约为30.30 m；两岸地面高程一般35～37 m；附近堤防顶宽13～16 m，高约4.50 m。场区有堤防道路与村村通公路相通，交通较便利。场区在勘探深度范围内，地层主要分为8 大层，基坑开挖深度及基坑围护影响深度范围内主要土层：第1层人工填土，厚度4.50 m；第4层重粉质壤土，厚度9.40～11.40 m；第7层粉土，厚度4～7 m。

场区地下水类型为第四系松散层孔隙潜水，主要赋存于下部粉砂及壤土层中，下部粉砂层中地下水具承压性。勘察期间地下水埋深3.30～4.70 m，水位高程32.60～32.95 m。勘察期间河水位高程约为33.20 m。地下水具动态变化特征，变幅一般1～3 m。各土体的力学性指标建议值见表1。

表1 各土体的力学性指标建议值表

3 工程难点

①基坑土方开挖深度较大，基坑易发生涌水破坏和边坡滑移。②场区临近清水河，地下水存在动态变化风险；同时施工期易发生由于施工降排水引发的不均匀沉降等环境地质问题，对附近房屋、道路、管线等建筑物造成破坏。

4 基坑降排水

4.1 基坑降排水难点

袁桥泵站设计基坑开挖16 m，为保证干地作业和考虑基础处理施工地下水位需降至建基面0.50 m以下。按此要求，施工降水井水位需下降16.50 m。地勘报告显示泵站建基面位于粉砂层上，其渗透系数较大（2.00×10-3～8.50×10-3cm/s），且存在承压水。同时，泵站基坑距离清水河较近（实测河道水面距泵站开挖基坑45 m）场区河水与地下水互为补排。因此，采用管井降水不能有效降低地下水位。

降水井需穿透第⑥层粉砂层（地下水具有承压性），且进入下层不透水层2～3 m。原始地面高程为▽37.00 m，不透水层高程为▽16.50 m.本工程降水井深度为25 m，降水深度大。

4.2 基坑降排水布置

为实现2019 年9 月开工，次年汛前工程完成至地面以上的进度目标，项目部决定：①在泵站开挖前基坑周边增加防渗墙（基坑两侧和上游侧），且与泵站下游水泥土搅拌桩防渗墙连接形成封闭结构（袁桥泵站设计在▽34.5 桩号上游侧一字型布置水泥土搅拌桩防渗墙一道，成墙厚度0.30 m，桩段穿透第⑥层粉砂层，进入下一层土≥0.50 m）。以此来降低基坑周边水层渗透压力。②根据降水试验结果，最终在基坑边坡约▽27 m 高程一级马道平台内侧设置基坑降水井，布置参数：井底低于基坑底部9 m（穿透含水层），降水井沿施工一级马道平台内侧布置，间距30 m，左右岸对称布置，共布置降水井10 眼，降水井水泵扬程32 m，功率为5.50 kW，具体水泵型号为：QY40-32-5.5。局部局域与水泥土搅拌桩防渗墙冲突区域，适当错位避开。

5 支护设计

根据设计单位出具的袁桥泵站施工图中显示：泵站及进口引渠建基面主要位于第⑥层粉砂中，边坡开挖深度7～16 m。边坡中下部处于地下水位以下，且下部粉砂、砂壤土易产生流沙、流土等影响边坡稳定的因素。确定本工程壤土层施工开挖边坡坡比为1∶1.75，粉砂、砂壤土层施工边坡坡比为1∶2.50，并采用分级开挖，中间每隔6 m设置马道平台马道。同时采取喷射素混凝土、打土钉挂网等基坑支护措施。

5.1 素喷混凝土

选用由试验室出具的C20 潮喷法施工配合比，具体参数为：水泥用量430 kg/m2、砂943 kg、小石771 kg、速凝剂0.47 kg；水胶比0.47。

5.2 打土钉挂网

土钉：采用HRB335 Ф20钢筋制成，入土长度6 000 mm，外露长度150 mm；土钉孔径为Φ80～100 mm，水平夹角为俯角45°，土钉采用机械钻机或洛阳铲成孔，加强观察确保钉杆平直锚入壁坡；土钉设置间距：上下两排错开梅花状布置1 000 mm，沿坡脚往上梅花型布置4 排。孔内安放土钉后进行重力注浆或注浆泵压力注浆，采用普通硅酸盐纯水泥浆或水泥砂浆，强度不低于M20，水灰比为0.45～0.50。

钢筋钢筋网片：钢筋采用HPB300Ф6 250×250；采用焊接联结，钢筋网铺设时每边的搭接长度不应小于一个网格边长或250 mm，（上下坡钢筋的绑扎≥300 mm）。

6 基坑开挖

6.1 开挖原则

工程开挖采用设计图纸提出的稳定坡比，自然放坡开挖，局部不良地质条件加强支护的施工原则。壤土层施工开挖边坡坡比为1∶1.75，粉砂、砂壤土层施工边坡坡比为1∶2.50。按设计图纸自然放坡后，仍然要密切观察边坡地质情况，从开始施工就要坚持“慎开挖、勤监测、早处理”的原则，方能确保基坑边坡稳定和基坑工程的安全。

本工程场地开挖的最终基底标高约为▽21 m，基坑深度16 m，属深基坑开挖。开挖顺序按先开挖四周临时排水沟或设置挡水小围堰，后由泵站进口引渠和出口明渠分两个工作面从施工临时道路留下基坑路腿，分层开挖。地下水位以下边坡每开挖完成一层即进行边坡支护，每层开挖厚度≤3 m。开挖的土方采用1.20 m3反铲挖掘机直接装车外运。

基坑坑底预留300 mm厚待施工基础时采用人工开挖。基坑开挖分层情况见图1：

6.2 土方开挖施工工艺和方法

泵站实际开挖过程中考虑施工的先后顺序及紧要程度，采取分三期开挖。具体如下：

一期开挖：为保证基础处理设备如大型桩机的稳定及便于作业，分层开挖至▽30 m高程，进行基础处理施工。一期开挖坡比设置为1∶1.75，开挖深度约6.70 m，采用自然放坡方式，在▽33 m高程位置设置2 m宽马道平台。基坑周边设置排水沟，排出浅层地下水。本层开挖完成后进行基础处理施工。具体施工内容如下：BZ0+034.50 桩号上游水泥土搅拌桩截渗墙施工，工程量约1 500延米；BZ0+0.00～BZ0+034.50桩号泵房段基础处理施工，工程量约4 700延米；BZ0+0.00～BZ0-050.00桩号挡墙段基础处理施工，工程量约7 981延米。出水池BZ0+034.93～BZ0+054.53挡墙段基础处理施工，工程量约3 744延米。

二期开挖：主要开挖泵站泵房段，在▽27.00 m位置设置马道平台，马道宽度2 m。出口设置对外连接的交通道路坡比为1∶10 具体开挖基坑位置及边坡形式见示意图。

二期开挖旨在便于短时间内进行泵房段混凝土施工，二期分层开挖过程中，使用洛阳铲等工具，对预开挖地层进行探明和查实，若发现砂层出露较早，则提前改变该部位开挖临时坡比，粉砂层按设计1∶2.50 坡比进行开挖。同时在开挖过程中，密切观察边坡放坡开挖后稳定情况。为保障边坡稳定性，现场采取喷射混凝土和打土钉挂网的加强支护措施。待加强支护措施完成、边坡稳定后，继续下层开挖。

三期开挖：在泵站施工至地下水位以上时进行，对上下游基坑周边进行扩挖整修，开挖出进出口连接段上部。同时基坑周边一旦具备回填条件，即刻组织机械进行回填施工。

7 基坑监测

基坑土体开挖施工及施工期间，在不同高程坡面设置位移监测点，加强对已开挖基坑边坡和支护结构的稳定状况进行监测；发现异常情况必须及时采取有效措施，消除隐患，确保基坑内施工人员安全和工程顺利进行。

7.1 监测内容

①基坑周边沉降及位移监测；②土体侧向变形监测；③地下水位监测；④边坡裂缝监测。

7.2 监测周期和频率

监测周期从建立监测网起到整个泵站地下水位以下回填施工完毕，具体监测周期要求为：各种监测初始值监测2次，以此为依据值；其余按《建筑基坑工程监测技术规范》第7.0.3确定。

7.3 监测点布置

水平、竖向位移监测基准点埋设在基坑开挖深度2倍范围以外不受施工影响的稳定区域，基坑开挖深度约为16 m，水平、竖向位移基准点布置在基坑底部横向距离＞32 m 处，每侧坡顶设置4个。具体监测布置点根据实际情况进行调整。

8 结论

通过地质复勘、地下水复测，在充分考量场区水文、地质条件的背景下，做出深基坑降排水、开挖、支护的措施安排，为工程顺利进展提供了坚实保障。