临时围护以及降排水施工方案 在排涝工程基坑开挖中的应用
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【摘 要】随着福州市城市规模不断扩大以及台风频繁等种种因素，为了缓解现有福州市闽江两岸排涝站排涝能力的不足，福州市政府斥资修建闽江两岸防洪堤、排涝站等防洪泄洪建筑物。本文主要针对福州防洪工程现有的地质特征进行分析论证，结合现场实际情况对防洪排涝泵站基坑开挖以及降排水施工方案进行选定，总结施工过程各个方案的优劣势以便今后同类工程施工借鉴。
1.工程概括及地质特征
根据目前福州防洪堤工程在建或已建的排涝站工程地质特征分析，主要工程地质特性有以下两种特性：
1.1福州市马尾区林浦排涝站
工程位于马尾区魁岐水闸上游，现河道宽10m～20m，两岸均有浆砌石堤护岸，左岸有厂房，
右岸为空地或民房，泵站布置堤内江滨公路旁。工程区分布第四系冲洪积中砂，表层有人工堆积素填土，
排涝站位置地层岩性自上而下为：人工堆积层（素填土、杂填土），中砂，圆砾石，淤泥质中砂，海积堆积层，中砂，圆砾石。地下水位受闽江潮水影响，波动较大。地下水主要为第四系地层孔隙潜水，受大气降水补给，向河沟排泄。施工场地地下水丰富，埋深浅，对工程施工影响大，特别是主泵房基础开挖过程稳定性不利，综合这些因素工程施工期间要结合施工降排水方案做好主泵房基坑施工支护的方案。
1.2福州市闽江下游南港防洪工程阳岐泵站
阳岐泵站基底岩层主要由火山侵入岩、火山碎屑岩组成，岩性主要有凝灰熔岩、凝灰岩、中粗粒花岗岩；在残丘之间的断陷洼地中沉积了深厚的海陆交互相的松散土层，构成本工程的主要持力层。本工程区在大地构造上位于福州山字型构造脊柱西翼的反射弧地段，地质构造复杂。水闸或泵站址没有活动断裂通过。本区地震动峰值加速度为0.10g，属中软～中硬场地，地震动反应谱特征周期为0.40s～0.45s，抗震设防烈度为7度。阳岐水闸、泵站泵站基坑边坡土层由素填土、粉质粘土、淤泥质土组成、弱风化花岗岩，地下水位（3.1m）与江水位持平，闸站地基为弱风化花岗岩，存在淤泥质土震陷、基坑开挖边坡稳定、进出口池抗冲刷稳定性差、闸基沉降与不均匀沉降等主要工程地质问题。同时泵站布置堤后式，泵站基坑开挖过程因受外江水位以及场地的限制需要结合袋装砂围堰以及基坑临时支护相结合的方案。
2.施工方案选定
2.1地下水堵截施工方案
根据《水利水电工程地质手册》中关于产生流砂的临界水力坡度计算公式为：斜坡表面受由里向外水平方向渗流作用时，流砂破坏的临界水力坡度：
对于无粘性土：i0=Gw（cosθtanφ-sinθ）1/г0
对于粘性土：i0=[Gw（cosθtanφ-sinθ）+c]1/г0
式中：Gw---土的浮重
г0---水的重度
φ---土的内摩擦角
c------土的粘聚力
θ----斜坡坡度
根据地下水作层流运动时，在土中的渗流流速按达西定律计算公式：v=Ki可知水力坡度增大时，地下水水流速度也增大，当动水压力超过土颗粒重量就使土粒悬浮，土颗粒会随着地下水流入基坑内。
其中马尾林浦排涝站工程主泵房基础布置在富含地下水丰富的砂基上，施工开挖过程势必将由于地下水产生自下而上的渗透压力引起流砂，同时将引起开挖形成的基坑坑壁的砂体坍塌致使基坑开挖无法达到设计开挖高程，同时也造成周边建筑物基础砂被带出，造成主泵房周边建筑物（左岸玻璃厂以及江滨大道）的沉陷现象。为了保证能够顺利保证基坑开挖到设计高程，同时保证地下水渗流过程减少流砂现象，保证周边建筑物的安全。因此根据以上公式可知，当θ----斜坡坡度增大，临界水力坡度i0随之减小，地下水水流速度也随之减小，水流渗径也随之增长。因此，要保证开挖过程中地下水渗流过程减少流砂现象，就要进行地下水围堵以及降低地下水位。
福州市闽江下游南港防洪工程阳岐泵站主体泵房基础持力层为弱风化花岗岩层，原地貌地下水位（3.1m）与江水位持平，主体泵房基础持力层设计要求开挖至弱风化花岗岩层，开挖过程势必由于外江水、内河水渗透以及淤质粘土自身流塑性强致使基坑开挖无法达到设计开挖高程。因此，要保证开挖过程中地下水渗流以及淤质粘土滑动造成基坑边坡失稳进行地下水堵截及淤质粘土防护处理。
根据不同地质情况地下水堵截有不同的施工方法，主要方法有：钢板桩、高压悬喷桩、地下连续墙、防渗垂直帷幕、防渗水平帷幕以及冻结法等等。
根据马尾林浦排涝站工程地质特性以及工程施工时段为主汛期施工阶段（6～8月），同时该工程施工工期要求紧，紧邻主体工程周边建筑物的距离短，施工风险较大等特点，通过考虑施工工期、周边建筑物的安全、钢板桩支护施工难易等因素以及对基坑开挖支护多方案具体分析和比选，针对该工程分析认为高压悬喷桩、地下连续墙、防渗垂直帷幕、防渗水平帷幕以及冻结法等属于一次性投入，不能周转回收，施工周期长，施工难度大，且这些永久性的支护给后续施工工程带来后遗症。结合采用拉森式钢板桩支护具有施工工期短（7～10日），支护钢板桩可回收周转、不留工程施工后遗症等明显的优点，最后基坑选定采用拉森钢板支护。结合工程现场情况以及支护方案的投资造价分析，拉森钢板桩具体沿主泵房开挖基础东、南、西三侧进行半封闭布置，西侧打16m，东侧打16m，南侧打23m，总长55m。靠主泵房北侧方向采取铺设土工膜并结合降水等辅助方法进行基坑开挖前的准备工作。具体支护布置如图1示：
基坑开挖前支护按照以上布置图进行施工，钢板桩施工过程为了确保周边建筑物的稳定安全现场加强了安全监测工作。同时，为了加强现场拉森钢板桩入土深度和垂直度的现场观测，并保证钢板桩支护达到良好的阻水效果在转角处设置了转角桩。桩顶高程控制在EL1.5m高程，保证基坑开挖到设计高程位置时钢板桩承受足够大的抗弯抗剪强度，并承受较大的侧向压力。
根据福州市闽江下游南港防洪工程阳岐泵站主体泵房地质情况以及施工实际情况分析，该泵房主体基础现状为淤泥质土，同时泵站位于内河水入江口，常年受外江水涨退潮以及内河水自然排放的影响，工程基坑开挖必须采用全封闭施工，通过考虑施工工期、施工期周边建筑物的安全等因素，同时为了保证基坑开挖施工过程不造成淤泥质土大面积塌陷、挤出、滑移，采用地下水堵截方法需加快土层固结速率，并控制沉降和变形速率，结合以上几点最后基坑选定采用钻孔灌注桩结合高压旋喷桩进行支护。具体支护布置如图2示：