姚江二通道（慈江）工程化工区3#闸站闸泵工程基坑开挖及支护浅析

2020-06-08贺志贞

陕西水利 2020年1期

贺志贞

（浙江省正邦水电建设有限公司，浙江杭州 310000）

1 工程概况

化工区3#闸站位于岚山护塘河在澥浦大河的出口，澥浦大河河道中心线桩号31+560处附近，是镇海平原挡洪、排涝的重要组成部分。化工区3#闸站水闸总净宽10.0 m，闸底高程-1.87 m，泵站排涝设计流量10.2 m3/s，引水设计流量2.0 m3/s。主要建筑物级别为3级，围堰临时建筑物级别5级，站下防洪标准为30年一遇。

化工区3#闸站布置型式为平面并列，通间布置排涝闸、泵站。水闸位于左岸现状主河床，设2孔5.0 m开敞式水闸；泵站位于右岸，由两台排涝泵站和一台引排双向泵站组成，共设3台1000QZB-125D立式潜水轴流泵机组。并于闸站两侧布置安装检修间及配电房等，闸站主入口布置于左岸，右岸设副入口，闸站场区内配套沥青路面铺装及景观绿化。

2 基坑开挖与支护施工

化工区3#闸基坑最大挖深5.47 m（闸站底板），采用明挖顺作法施工。围护结构型式主要包括放坡开挖、钢板桩支护及高压定向喷浆，上、下游围堰亦作为基坑围护结构的一部分。

基坑开挖与支护施工程序为：内、外河围堰搭设→基坑初期排水→基坑支护（FSP-IV型拉森钢板桩，长18 m）→老闸拆除→基坑开挖至1.0 m高程→9 m高压定向喷浆施工、灌注桩基础处理→基坑开挖至坑底及排水。

2.1 基坑支护施工

2.1.1 钢板桩支护施工

施工机械采用40 T履带吊车，配合振动锤施工。为了保证施打的顺利和提高防水效果，在施打前板桩咬口处涂抹黄油。闸站桩位布置见图1。

图1 闸站桩位平面布置图

（1）钢板桩安装与打设

第一根边桩的位置为左岸外江钢板桩围堰与岸坡的结合处开始。由于第一根桩为后续桩的基础桩，为保证工程的稳定性，故用全站仪确定其正确的位置且没有倾斜；钢板桩水平吊运时采用四点吊，保护锁口免受损伤；采用卡板来防止钢板桩安装作业过程中的移动和转动。

第一根桩打设完毕后，顺着事先固定好的导梁依次插打其它钢板桩，钢板桩顺前一根钢板桩的锁口插入，插桩到位后加塞固定，启动振动锤分次沉设至设计标高。钢板桩吊起后用人工扶持顺着前一块的锁口下插，采用强迫插桩法，即桩吊起插入锁口后快速放松桩绳，借桩自重急下插入。钢板桩沉设时，采用全站仪跟踪测量，随时检查钢板桩的偏位情况，当钢板桩发生偏斜时及进用倒链校正，以利及时纠集，当偏斜过大不能用拉挤的方法调整时，则拔起重插。

（2）钢板桩打设常见问题及处理措施

共连（施打时和已打入的邻桩一起下沉）时，如果发生桩体倾斜要及时纠正，并先预留50 cm，合拢后再打至设计高程；

出现桩体扭转时，要先安装好桩帽，尽量保证桩体全截面受力，同时锁口搭扣两边固定牢靠。

2.1.2 高压定向喷浆施工

为了确保截断粉土层渗流通道，基坑周边及闸站底板周边布设高压定向喷浆。桩顶操作平台高程为1.00 m，桩顶工作面不小于4.0 m，灌浆顶高程为1.00 m，高压定向喷浆间距2.0 m。高压定向喷浆的渗透系数≤10 cm/s，定喷固结体设计有效厚度不小于20 cm；高喷墙体采用定喷折接型式，采用三管法进行施工。高压喷射灌浆采用水泥浆，其水灰比可为1.5∶1～0.6∶1，浆液密度控制在1.4 g/cm3～1.7 g/cm3。水泥采用标号42.5普通硅酸盐水泥。

（1）造孔

高喷灌浆造孔均按2序孔进行，先造1序孔并灌浆，再造2序孔。施工前进行钻孔编号，钻孔孔位与设计孔位偏差不得大于50 mm；孔径大于喷射管外径20 mm以上，孔深超过设计深度0.3 m；钻孔采用泥浆护壁。如果灌浆孔遇到泥浆漏失、孔口不返浆时，采用加大泥浆浓度（譬如泥浆中掺砂）进行处理，泥浆严重漏失时则直接采用向孔内填充堵漏材料进行处理。高压顶喷灌浆孔布置见图2。

图2 高压定喷灌浆孔布置图

（2）制浆

选用转速为400 r/min～700 r/min的普通搅拌机且搅拌时间不少于90 s，浆液自制备至用完的时间保证在2h以内，防止凝结影响施工效果；另外为了防止防止浆液沉淀，采用容积大于500 L储浆桶的，桶内安设低速搅拌装置。

（3）灌浆

高喷灌浆采用三重管法，灌浆机具采用高压泵、高压水泵、空气压缩机和普通搅拌机。

灌浆按分序加密的原则进行，先钻灌第一序孔，然后钻灌第二序孔；下喷射管前，采用地面地面试喷进行调试，确保调准喷射方向和摆动角度；当喷头下至设计深度，先按规定参数进行原位喷射，待浆液返出孔口、情况正常后开始提升喷射；高喷灌浆全孔作业方式是自下而上不间断作业，为了避免产生施工缝：如果中途需要拆卸拆卸喷射管时，搭接段需要进行复喷，长度不能低于0.2 m，；施工因故中断时间超过30 min，重新开始施工时，中断孔段要进行复喷，搭接长度大于0.5 m；在进浆正常的情况下，如果发现孔口回浆量增大且密度变小，采用降低气压并加大进浆密度或进浆量进行处理；高喷灌浆结束，利用回浆或水泥浆及时回灌，直至孔口浆面不下降为止。灌浆完毕采用围井法检测高喷墙的防渗性能。

（4）灌浆特殊情况的处理

情况一：孔内严重漏浆

灌浆过程中，若孔内发生严重漏浆，采取以下措施处理：①孔口不返浆立即停止提升；孔口少量返浆时降低提升速度；②降低喷射压力、流量，进行原位灌浆；③在浆液中掺入速凝剂；④加大浆液密度或灌注水泥砂浆、水泥粘土浆等；⑤向孔内填入砂、土等堵漏材料。

情况二：串浆处理

高喷灌浆时，若发现相邻孔串浆，可用木塞堵住串浆孔或向孔内回填砂及粘土，待灌浆孔高喷灌浆结束，尽快对串浆孔扫孔，进行高喷灌浆，或继续钻进。

情况三：地层劈裂或地面抬动

灌浆过程中，若出现喷射管被埋住而孔口不能返浆，造成地层劈裂或地面抬动，可采取大幅度降低水压、气量，注入浓水泥浆充满钻孔等措施来解决。

2.2 老闸拆除

拆除工程的主要工艺流程：采取自上而下逐层拆除方法。先拆除金属结构及机电设备，再自上而下逐层拆除。拆除施工工序：金属结构及机电设备拆除→闸门拆除→交通桥及启闭机平台拆除→闸墩拆除（边墩背侧土方开挖）→底板拆除。

（1）拆除方式

化工区3#老闸共4孔，两孔泵室，两孔闸室，闸底板高程为-2.2 m，交通桥高程为4.5 m，闸门为平板闸门。用吊车将闸门吊到汽车上运至临时堆放地点；交通桥及启闭机平台拆除采用220破碎锤，按照从中间到两侧破碎拆除；化工区3#老闸闸墩为4个，2个中墩，2个边墩。拆除前先用挖掘机将边墩背侧土方挖除，以免边墩拆除时土方坍塌，利用开挖的土方在河道上游连接段修坡，能使破碎锤等机械下到河道中，对闸墩、底板进行破碎。再将闸墩破碎的建筑垃圾装车运到指定位置。

（2）土方回填

老闸拆除完成后，利用开挖土方作为回填土将闸泵底板和进水池段回填至0 m高程，用于C30砼钻孔灌注桩的钻机平台。

2.3 基坑开挖

沿基坑开挖面放好开挖边线，临基坑围护线放坡，放坡系数1∶3。沿工作面周边做300 mm×300 mm排水沟，并做好集水井；采用PC200型及臂长在18 m～24 m的长臂挖掘机；土方运输机械采用20 t的自卸汽车。

开挖施工作业顺序见图3。

图3 基坑开挖顺序图

土方开挖前，采用PC200挖掘机暴力表层的淤泥和植被，对基坑四周的场地进行平整，并确保平整后的场地在2.5 m高程以内。以避免引起对围护结构的不利为原则，①②③层土方开挖采用机械，开挖至④层即开挖坑底20 cm～30 cm采用人工进行开挖，挖至坑底标高后尽量在24小时内进行垫层施工，尽快尽早施工底板，尽量减少基坑暴露时间，以有效控制围护结构、土体的变形。

2.4 基坑降排水

基坑表水采用明排方案，明沟沿基坑四周布置并设集水井，随土方开挖同步下移。

2.4.1 明沟、集水井布置

排水明沟：沿基坑顶及坑底四周布置30 cm×30 cm的排水沟，沟底坡度3‰，沟底做好防渗措施。排水明沟的底面比基底底0.3 m～0.4 m，使基坑渗出的地下水通过排水明沟汇集于集水井内。

集水井：在基坑四角、周边每隔20 m设置集水井，集水井底面比沟底面低0.5 m以上，并随基坑的挖深而加深，以保证水流畅通。集水井尺寸为1 m×0.5 m×0.5 m，用潜水泵将坑底水抽排至工程外侧的内河或外江。

2.4.2 基坑排水方法

考虑基坑暴雨日最大降雨量坑内积水要当天排完，配备潜水泵10台；污水泵4台；离心式水泵1台。基坑排水采用动力水泵，排水量为基坑涌水量的1.5～2倍。当基坑开挖后涌水量Q＜20 m3／h，采用潜水泵；当 Q 在 20 m3／h～60 m3／h，采用污水泵；当Q＞60 m3／h，采用离心式水泵。

（1）基坑初期排水：防止围堰及两侧边坡因排水速度过快而产生坍坡，基坑内初期积水采用水泵抽排，水位下降速度不超过在0.5 m/昼夜～0.7 m/昼夜，水位无明显变化时，须增加抽水设备，找出渗漏通道，予以堵塞；水位降到一定深度后不再下降，说明此时排水与渗透相等，增大排水设备容量，堵塞渗漏通道，将积水排尽。

（2）经常性排水

经常性排水阶段指的是基坑内积水抽干后。利用原低洼地带，挖成排水沟，在基坑底部边挖几个集水井，用以汇集基坑渗水，每个集水坑各安排1台水泵及适量抽水机进行排水。经常性排水阶段的排水设备延用初期排水的设备。