温排水管涵深基坑开挖施工技术

2021-04-05陈新富中交第三航务工程局有限公司厦门分公司

珠江水运 2021年5期

陈新富中交第三航务工程局有限公司厦门分公司

1.工程概况

1.1 工程简况

阿尔及利亚奥兰民港集装箱码头扩建工程位于阿尔及利亚第二大港口（简称奥兰港），项目业主为阿尔及利亚公共工程局。本工程为新建521 m码头，主体结构为1400～1500t的圆筒形沉箱重力式码头，施工内容主要包括码头主体、斜坡式护岸、码头后方陆域形成及地基处理、修复防波堤、安装附属设施以及新建723m的Sonelgaz（电气局）温排水管涵等。

其中，温排水管涵轴线总长723m，采用双圆管（内径2 m）设计，管道设计总长1406m，管道下方为混凝土预制管枕，共计564座，全线设有19座混凝土检查井，管涵排水方向自西向东，流水坡度1‰，端头与旧管涵衔接，此处坑底标高为-4.85m（地表高程+0.5m）；末端为入海口，直接排入消浪池，此处坑底标高-5.55m（地表高程+0.5m）。

本文以此为例，通过污水泵坑内明排降水、优化开挖边坡（无支护）、采取实时监测等施工措施，取得了良好的施工效果。

1.2 水文地质资料

项目位于地中海气候地区，其中4、5、6、9、10月气候温和少雨，属于施工的黄金期；11月至次年3月为雨季、风季时期；每年的高温季节一般在7、8月份（超过30℃），每年最低温一般在1月份（不低于5℃）；每年降水量一般为400～1000mm，施工区域常水位为+0.0～+0.4m。管涵工程基础地质主要为回填山丘沙与机制砂拌和后经振冲加固密实的回填陆域，局部区域为原貌砾石、砂质砾石、含砾石砂、多碎石砂和砂砾质碎石等组成。

2.施工难点

温排水管涵位于新建码头后方陆域，基础的土层结构由下而上依次为天然原地面（淤泥层）、山丘沙与机制砂形成的混合料、振冲加固密实、碾压回填开山土等。

根据地勘报告、材料检测报告等，这类混合土层具有较高的透水系数，摩擦角15°，粘聚力13.2kPa；地中海常年水位较高、潮差小，以及深基坑施工现场距码头前沿线较近，这种情况对深基坑开挖的影响极大，不利于干地施工，如何解决渗水量大或没水开挖的深基坑是本工程施工中的难点与重点。

温排水管涵属于港区Sonelgaz（电气局）改建项目，存在量多、面广、工期紧、现有设备单一等难题，如何结合现有机械设备与优化设计图纸，制定安全、高效、可靠的深基坑开挖工艺是深基坑开挖的另一个难点。

3.施工工艺

3.1 确定基坑开挖坡度

（1）边坡设计。管涵基坑开挖深度为5.35～6.05m，拟设计两级梯形且无支护边坡进行开挖施工，一级边坡高程-4.85m（-5.55m）～-2.5m，坡比1∶1.5，在高程-2.5m处设置机械平台（宽5m）；二级边坡开挖深度3m（-2.5～+0.5m），坡比1∶1，在高程+0.5m处，距边坡线依次设置0.2m围栏基础、0.3m排水沟、施工通道（北侧9.5 m宽150t履带施工通道，南侧1.5m宽人行通道）。

（2）边坡稳定性验算。边坡稳定性采用圆弧条分法（4.5H法），通过边坡稳定性分析确定极限的滑动面。根据现场与拟定开挖工艺，基坑的北侧边坡在荷载时（150t履带吊处于作业时）为最不利情况，取单位长度，并将车辆荷载与吊装物换算成当量土柱高度h0。

荷载当量换算h0：

式中：N为横向分布车辆数；Q为辆车重力（履带自重+构件重量=1600kN）；B为履带宽度，6.7m；L为履带长度，8.38m；γ为天然容重，18.5kN/m3。

最终算得h0=1.54m。

计算稳定系数K：

式中：f为摩擦系数，取0.27；c为粘聚力，取13.2kPa；Ni为法向分量，，kN/m；Ti为切向分量，，kN/m。

圆弧法边坡稳定性分析，即在荷载下分别计算曲线通过便道不同位置时的稳定系数。其中，曲线通过便道中心线（2/4处）时，稳定系数最小（K1=1.36），且处于最靠左边，因此在左边缘与便道中线之间在绘一条滑动曲线得到稳定系数（K0=1.58），第1条曲线为极限的滑动面，其稳定系数满足（1.25～1.50）之间范围要求，因此所采用边坡坡度满足边坡稳定性要求。

3.2 确定降水方案

3.2.1 拟定方案

通过对本工程设计图纸和所提供地质资料的分析，以及对现有设备性能等综合考虑，解决管涵没水深基坑开挖问题，拟用“污水泵坑内明排降水”工艺，并通过典型段开挖控制技术获取基坑内实际水位高度、渗水量大小等数据，验证是否具备干施工条件。

3.2.2 实施步骤

（1）确定试验段（A B 段长50m，坑底宽11m），采用“挖掘机+土方车”按后退式开挖，过程中宜分段、分层、对称施工，且边开挖边降水，使水位始终保持在开挖面以下，直至挖至设计标高。

（2）污水泵配置，拟配备20台改装后的污水泵（100m3/h），改装后的污水泵能够根据实际水位情况自行关闭或启动抽水功能，减少人员投入与提高施工效率。

（3）抽水施工，在起挖处设置5m×5m×H集水井（H 随着开挖逐渐加深），并在集水井内安放2个装有污水泵的简易浮排（10台/排），抽水采取24h连续作业（昼夜交替，各10台工作），同时配备值班人员管理。

（4）待开挖至设计底标高，基坑积水抽干后停止抽水，并于坑底设置衡量水位的刻度尺，用于记录在单位时间的水位标高，为渗水量的计算提供数据。

经计算，本工程最大渗水量为798.6m3/h；10台污水泵抽水量为1000m3/h。综上，通过试验段的开挖施工，“污水泵坑内明排降水”措施可实现温排水管涵深基坑的干地作业。

3.2.3方案可行性条件

根据试验段参数（798.6m3/h≤1000m3/h），采用“污水泵坑内明排降水”工艺满足干地作业必须具备以下条件：首先，在施工过程中要严格控制开挖断面长度≤50m，后续工序要及时跟进，如管涵两侧回填砂覆盖，方可往前继续开挖；其次，配备专职人员管理、集水井内配备2 组装有污水泵的浮排（10台/排），确保抽水24h连续作业；最后，根据气象资料，尽量避开雨季开挖。

4.施工方法

4.1 施工测量

根据设计图纸中标注的坐标系统计算基坑中心线、基坑边坡的各边控制线，采用全站仪放样，现场设置中心线和边线的控制桩，然后撒石灰，使开挖区域更加清晰，开挖过程中的标高控制使用水准仪进行观测或校核。

4.2 基坑开挖

基坑开挖施工时，先从A B 段往BC段施工，后依次施工A D段、DE段、EF段。根据试验段的施工参数，基坑开挖采取后退式开挖，单个作业面的基坑开挖长度宜控制在30～50m，且后续工序要逐步跟进（碎石整平层、管枕、管道安装、两侧回填砂等）；使用“普通挖掘机+推土机”，按1∶1坡度，完成基坑高程-2.5～+0.5m以及5m宽机械平台（缓冲台）；使用“长臂挖掘机+推土机”，按1∶1.5坡度，完成基坑高程-4.85m(-5.55m)～-2.5m，距离坑底设计标高30cm时，先开挖排水边沟与集水井，后采取人工配合机械完成剩余部分，依此类推，形成流水作业。