天津排水泵站深基坑支护技术及发展方向

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摘 要 通过实例介绍天津排水泵站深基坑支护应用的地下连续墙、沉井、钢桩板支撑体系施工方法，分析了天津排水泵站基坑支护技术的未来发展趋势。

关键词深基坑支护 排水泵站 地下连续墙沉井

我国基坑工程近几十年来，尤其是近10年来得到迅猛发展，大量的工程实践提高了我国在基坑工程领域的技术水平。深基坑支护技术的不断发展与应用，虽然解决了城市排水泵站占地狭小、施工深度加深、施工难度加大等一系列难题，但仍成为软土地区建筑工程中一个技术难点和热点问题[1]。确保排水泵站施工中深基坑支护安全、掌握深基坑支护施工的关键控制要素，是当前排水工程施工中需要解决的重大问题[2] 。

1 天津排水泵站深基坑开挖与支护状况特点

（1）基坑越挖越深，面积越来越大。因为种种原因，排水泵站不得不向地下空间发展，从传统的地上式转为半地下、全地下式。更多的排水工艺及电气设备要合理的配置于排水泵站的下部结构中，势必会增加泵站基坑的面积和深度。天津市规定市内施工超过4.5m的基坑就视为深基坑，所以排水泵站的基坑支护多属于深基坑施工范畴。

（2）工程地质条件越来越差。城市基础建设可选择地质条件往往较差。排水泵站的规划选址（尤其是雨水泵站）一般位于城市一级河道及二级河道的周边，此种规划设计为深基坑的施工增添极大的施工难度。基坑周边的地下水位高，必须增加基坑周边降水及基坑抗浮等施工措施。

（3）基坑四周环境复杂。基坑四周的高层建筑密集，或紧靠重要的市政管线、道路等设施，施工中不仅要确保基坑工程本身的稳定，还要确保周围环境的安全。

2天津排水泵站深基坑开挖与支护实例

2.1沉井施工法应用实例

2.1.1工程背景及施工方法

复康路泵站主体结构深度约7.9m，根据工程现场实际情况，施工中采用沉井结构。沉井的施工流程如下：

场地平整测量放线旋喷桩施工水泥搅拌桩和大口井施工基槽开挖铺砂垫层、垫木和砌刃脚砖座沉井制作沉井下沉封底浇筑底板混凝土内隔墙及顶部结构施工。

施工前，可用挖掘机在地面上沿结构边线放宽1.5m挖一个深0.5m深坑，坑底尺寸22m*9m从而形成沉井施工的基槽。基槽开挖结束后夯实基底，并在立墙刃脚及隔墙下部开挖深0.5m宽3m的沟槽，分层回填砂垫层，砂垫层为中、粗砂，厚度均为250mm，用平板振捣器振实，并洒水。对于不满足地基承载力要求的，可在砂垫层上安放垫木，垫木的截面尺寸为25cm×16cm，长度2.5m，密排设置。在垫木上支设刃脚铁件，刃脚采用砖胎。砖胎沿刃角周长制作。砖模内壁可用1：3水泥砂浆抹平，并在其表面粘贴油毡，以便于砖模易于拆除并且保证刃脚表面光滑。为保证沉井下沉，减少土层对沉井的摩擦力，在池壁外侧涂石蜡一层。上述工作完成后，可按图尺寸进行沉井制作。

2.1.2关键工序----下沉过程控制

开始5m为沉井下沉的活泼期，沉井下沉初期要特别注意保持平面位置与垂直度的正确，以免继续下沉时不易调整。

为减少下沉的摩阻力，在沉井的外壁随下沉随填砂的方法，以减轻下沉困难。

挖土可分层进行，防止超挖或刃脚挖土太快，可以防止突沉伤人或避免刃脚处切土过快伤人。

在沉井初始下沉和沉至设计标高两个阶段，周边开挖深度应小于30cm或更薄一些，避免发生倾斜。在离设计标高1～2cm左右应停止取土，依自重下沉至设计标高。

沉井的制作和下沉偏差应按照施工和验收规范进行控制。

2.2钢板桩配合内支撑体系施工方法应用实例

2.2.1工程背景及施工方法

东场引河截流泵站位于引河西侧，距河约3m左右。工程土质多为粉质粘土且地下水位较高。泵房下部结构埋深达到11m，施工前从地面向下降土3m，深基坑高度减为8m。采用钢板桩支撑体系既可挡土又可挡水，且打设方便、承载力高，可多次重复使用。桩与土密贴，坑壁土移小，沉陷也小。

2.2.2 施工技术要点

(1)深基坑围护。可用12m长40#工字钢竖排密打做挡土挡水围护，打入钢桩之后人机配合进行开挖工作坑。当挖至顶部以下1.5m开始用40#工字钢焊接第一个矩形支撑框架，框架四周用40#工字加焊三角支撑，框架中间垂直工艺流向做两道D6OO钢管撑；当挖至顶部以下3.5m开始做第二个支撑框架。

（2）深基坑加固措施。采用双排水泥深层搅拌桩围护措施，搅拌桩与钢板桩的间距为1m，Φ700mm搅拌桩重合部分为20mm，桩深16m。

（3）深基坑排水措施。在深基坑外侧四角打4眼大口井，井深15m，进行坑外降水；在深基坑基底内侧对角设集水井2眼，井径500mm，井深1m，坑底四周设置0.3m×0.3m排水沟,1%坡度流向集水井，井内设抽水泵昼夜排水。

（4）对深基坑施工进行稳定性分析。包括整体稳定性、抗倾覆稳定性、基底抗隆起稳定性分析和抗管涌验算等。

2.3地下连续墙施工应用实例

2.3.1工程背景及施工方法

大沽路泵站位于在海河边，地下水与河水渗漏都对泵站深基坑的施工产生不利影响。该基坑施工空间狭窄，沉降控制要求严格，环境质量要求非常高。根据周边环境的实际情况，施工采用地下连续墙作为深基坑围护结构，兼做挡土墙、止水帷幕和泵站主体结构三个作用，其靠深基坑内侧采用200mm厚的内衬混凝土，从而使深基坑支护结构与地下泵站外墙合二为一[3]。泵站主体深基坑开挖深度为12.15m，地下连续墙厚度为800mm，墙长度为22.55m，墙顶标高为大沽高程+2.900m。其内部结构仍为梁、柱框架结构，地连墙与底板和内隔墙连接采用墙内预埋钢筋接驳器，然后剔凿混凝土保护层，露出钢筋接驳器与底板或内隔墙钢筋连接。

地下连续墙施工工艺流程：导墙施工钢筋笼制作泥浆制作成槽放样成槽（泥浆护壁）下锁口管钢筋笼吊装和下钢筋笼下拔砼导管浇筑砼拔锁口管。

2.3.2 关键工艺及注意事项

导墙施工。导墙是地下连续墙施工的第一步，主要环节控制导墙变形保障钢筋笼顺利下放，防止导墙侧向稳定不足发生导墙变形。导墙拆模后，沿导墙纵向每隔lm设置木支撑，将地连墙两侧导墙支撑起来，防止导墙受压变形。

泥浆制作。泥浆护壁是地连墙施工中深槽槽壁稳定的关键因素，地下连续墙施工所用的泥浆由膨润土、CMC、纯碱、水等原料，按100：0.4：4：1000比例配制而成。

钢筋笼制作与吊放。(1)钢筋笼的吊放过程中，吊点问题至关重要。插入钢筋笼时，钢筋笼的中心线应对准槽段的纵向轴线，徐徐下放。(2) 回填土不密实是导致漏浆的主要原因，为保障钢筋笼能顺利吊放，施工区域内回填土密实度要达到95%以上。

成槽。1)成槽顺序是先两端后中间，严格控制开挖槽泥浆液面高度，使泥浆液面在导墙墙面以下200~300mm，使槽壁始终处于稳定状态。2)成槽垂直精度要求控制在1/300以内，否则启动纠偏系统，调整导杆垂直度校正。3)抓斗的提升和下降速度，要控制在1m/h以内，平缓避免碰塌槽壁和泥浆大幅波动。

锁口管安放与拔除。(1)锁口管下放以后，要进行土方回填，用钢钎插入缝隙，捅实回填土，防止混凝土绕流。(2)锁口管一般在混凝土浇灌4h后开始松动，确定混凝土试块已初凝后，开始松动时向上提升，每20min松动一次，每次提升15-30cm，应垂直拔起，不准斜拉。

浇筑地下连续墙。混凝土浇筑中要保持连续均匀下料。混凝土面上升速度控制在4~5m/h，导管下口在混凝土内埋置深度控制在1.5~6.0m，当混凝土浇筑到地下连续墙顶部附近时，要降低浇筑速度，将导管的最小埋入深度减为lm左右。提升导管时，导管出口要预埋在至少0.8m深的流态混凝土中。

3 深基坑支护技术特点分析

基于天津地区深基坑支护现状，总结出天津地区排水泵站深基坑支护技术方法及特点，详见表1。

表1 天津排水泵站深基坑支护方法及特点

基坑支护方法 特点及适用条件

钢板排桩 是一种施工简单，投资经济的支护方法。

悬臂式结构在软土场地中不宜大于7m。

与多道钢支撑结合，可适合软土地基较深的深基坑。

沉井 是排水泵站施工中较常用及安全的方法。

主体结构在地面上完成，施工中地下安全隐患少。

地下连续墙 可在狭小施工范围内进行施工，对深基坑周边环境影响较小。

可考虑作为泵站的永久结构的全部或部分使用。

也可设置内支撑或锚杆组成组合支撑体系。

4深基坑支护技术展望

4.1 深基坑工程逆作法

逆作法的工艺原理是：施工时以地下构筑物内各层板、梁作为水平荷载支撑体系，以结构的立柱和增设的部分临时柱作为垂直荷载传递体系，从上到下进行结构施工的工艺。地下连续墙可用于逆作法施工，利用逆施法施工开挖深度大的多层地下结构是十分有效的[4]。排水泵站多数工艺设备在地下且有较深埋深，工期要求紧迫，逆作法保证施工工序简捷，经济合理，施工快捷。围护与主体分离逆施体系在国内工艺比较先进，是以后城市排水泵站深基坑发展的方向。

4.2SMW特殊工法

SMW工法又称加筋水泥墙工法，是利用专门的多轴搅拌机就地钻进切削土体，同时在钻头端部将水泥浆液注入土体，经充分搅拌混合后，再将H型钢或其他型材插入搅拌桩体内，形成墙体，利用该墙体直接作为挡土和止水结构。其主要特点是构造简单，止水性能好，工期短，造价低，环境污染小。SMW工法广泛用于地下建筑深基坑围护、地下坝、地下处理场、环境保护工程等领域；在软土地区排水泵站深基坑施工中应得到推广应用和发展提升。

4.3土钉支护技术

土钉支护技术是在原位土中敷设较为密集的土钉，并在土边坡表面构筑钢丝网喷射混凝土面层，通过土钉、面层和原位土体三者的共同作用支护边坡或边壁。土钉墙体同时也构成了一个就地加固的类似重力式挡土结构，在国内外的边坡加固与基坑支护中得到了广泛的应用，在排水泵站的基坑施工中也应进行大胆的创新及有益的尝试。

4.4土层人工冻结围护深基坑技术

土层人工冻结围护深基坑技术是利用软土含量高的特点，在拟开挖的场地周围土体中插入冻结管，通过冻结土体形成具有一定结构强度的墙体，以此作为基坑施工的围护结构。人工冻结施工的冻结墙体，兼具有结构强度和防渗性双重作用。相对于挖坑较浅，方便于常规支护方法的基坑，冻结法的效益不十分显著；但对于挖深超过10m的深基坑，其造价显著低于常规方法，而且效果甚好。天津处于软土地区，土体含水量也相对较高，适合在冬季施工的时选择此种方案。

结 语

本文系统概括深基坑支护技术在排水泵站施工中的地位和作用，详细阐述了几种深基坑支护方法在天津排水泵站中应用的同时，介绍在不同工艺施工的技术要求和控制关键点，探讨了深基坑支护的发展趋势。排水泵站深基坑支护施工方法应在改进现有各种方法的基础上，努力开发“分层逆作”、 “SMW工法”、“土钉支护” 和“土层冻结围护”等先进施工工艺。

参考文献：

［1］刘正峰.地基与基础工程新技术实用手册(第三卷).[M].海潮出版社. 2002 .2207-2467

［2］鄂.天津地铁基坑支护结构研究.[D]. 西南交通大学.2005.1-6

［3］周健等.全地下式雨水泵站的设计.[J].中国给水排水. 2006.22.14-15.

［4］纪政国.高海.卵形结构“护壁合一”大型泵站逆作法在软土地区的应用.[J].特种结构.

1999.16(1).28-31

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。