污水处理厂进水泵房深基坑安全专项施工方案

1一、进水泵房工程概况进水泵房位处厂区的西北侧，占地面积为306m2，进水泵房为格栅段、过渡段及泵房段，格栅段、过渡段埋深14.65m、泵房段埋深15.3m。基坑呈多边形，作业场地狭小，在基坑西南侧距离不足20m处有一座10kV的高压电塔，根据进水泵房的两详勘点显示，穿过土层主要是淤泥质土层、粉质粘土层、中砂层和粘土层，其中中砂层厚度达到10m，故基坑隔水为该工程又一难题。二、进水泵房的工程特点1．基坑埋置较深，深度为14.65～15.30m，是目前湛江市政工程中最深的基坑。2．地下水位较高，场地稳定水位深度为1.50m。3．地质情况十分复杂，该地区原是由海滩沉积而成，因此，含有深厚的土力性质极差的淤泥质土和高塑性粉质粘土，将给基坑开挖及维护带来很大困难。三、地质及水文条件1．地质条件工程场地为滨海堆积地貌，经人工改造变成渔塘、污水河等洼地，现经人工堆填平，地面平坦。根据钻孔揭露，可将场地内岩土层自上而下划分为人工填土、第四系冲积层、第四系湛江组海陆交互沉积层等三大类，如图1：（1）人工填土层：呈灰、褐红、灰黄、灰白等杂色，结构松散，由粉土、粉质粘土、砾砂、碎石块、砖块、混凝土块及生活垃圾等组成。（2）淤泥质土、淤泥：呈灰黑色，流塑～软塑，饱和，粘性好，含腐植质及粉细砂。（3）粉质粘土、粘土：呈褐红、浅灰、灰黄等色，可塑，粘性好。（4）中砂：呈灰白、灰黄、浅灰等色，饱和，稍密，局部含少量粘粒、砾石。（5）粘性土：呈黄褐色、灰白、褐红等杂色，中部可见铁质层。2图1地质图2．水文条件：拟建区地下水水量丰富，从揭露的地层分析，其主要含水层为中砂层，水量丰富。地下水埋藏类型为承压水，补给与排泄以侧向渗流为主。四、基坑支护设计1．支护方案设计（1）支护方案设计原则为了做到其他构筑物的同步施工，首先做好围护结构的隔水措施，防止水、土流失。第二应减少围护结构自身的侧向变形。第三应要防止坑底土在水头压力的作用下向上隆起或产生管涌现象。由于该工程基坑岩体的土层覆盖厚度不一，其可塑、软塑等土层厚度分布不均，而且土体物理力学指标变化很大，这样很难做出符合工程实际的计算。因此，只能根据本工程基坑内的情况，再结合以往成功的工程经验近似取基坑地面以下C、φ值加权平均值作为初步计算的依据，待施工开挖时根据实际再作适当的调整。因此，该工程的设计原则是：动态设计、动态施工、动态管理。岩土名称中砂中砂粉质粘土粉质粘土淤质粘土粘土素填土柱状图土层厚（m）6.82.73.23.92.81.12.3zz土层深厚（m）2.33.46.210.113.316.022.8钻孔柱状图图23施工过程中应随时对开挖和钻孔取得的土体资料和水文资料进行分析、比较，发现与设计所取土体物理力学性能及水文资料不符或出入较大时，应及时调整设计方案和施工方案，以确保设计方案的可靠度。（2）支护方案比较考虑到进水泵房与进水渠道紧密相连接，进水渠道的基础为独立基础，如果全部明开挖，进水渠道区域将大范围换填砂石料，而且，15m多的深基坑施工，若采取大放坡开挖，土方开挖量过大，将影响周边构、建筑物基础施工。另外，雨季施工存在安全隐患，不宜采取该方法。结合现场条件，进水泵房所处区域周边22m范围内没有建筑物及构筑物（除进水渠道），不适于放坡开挖，考虑到进水泵房基坑开挖的难度、基坑支护的可行性、工作量、工期、经济性等因素，采取3m放坡，12m直槽开挖。2．围护结构设计计算（1）土的力学指标取值根据地质详细勘察报告，结合各土层的近似特点C取10.55kPa，=16.85°。（2）挡土桩入土深度计算由于土层多为淤泥质土，粘结力不大，且在基坑工程中由于采用了大口井降水，采用用郎肯土压力的水土合算法计算。主动土压力系数：)245(02tgKa=55.0被动土压力系数：)245(02tgKp=816.15000q=97KN/mABODECEaEp40003000图34图3示意图在实际工程中由于围护墙的变形，将使围护结墙与土体之间产生相对位移与摩擦力。被动区的土破坏后土体棱柱体是向上隆起的，而围护墙则对破坏棱柱体产生向下的摩擦力，从而使被动土压力增大，计算时可根据土体的力学指标取用一个被动土压力修正系数，koc=1.5，则724.25.1816.1pK。图3中q为考虑从整平的工作面，到现地面3m高土体对挡土桩的影响mkNq/573191及在施工过程中由于机械设备（挖掘机根据不同型号一般取平均接地比压为30～60kPa）和一些施工材料（如：模板、脚手架等）的堆置而引起的附加荷载mkNq/402。取mkNqqq/9721计算时根据等值梁法引入新的假设条件：①基坑开挖至第一道支撑的底面标高，此时可按悬臂墙计算上段的负弯矩，在计算此时的主、被动土压力时，因渗流流径比较长，可不计算渗流效应，且在进水泵房基坑开挖前进行了大口井降水。②当设置第一道撑后，继续开挖至第二道支撑的底标高此时根据一道支撑的受力结构计算第一道支撑的内力，其中假设O点为铰接。③当设置第二道撑后，继续开挖至基坑底标高此时根据第一道支撑的受力不变来计算第二道支撑的内力。根据静力平衡条件来求的土压力平衡点位置及桩的入土深度。根据等值梁法基坑开挖至第二道支撑底部时挡土桩桩及钢管横撑的受力如下图4EpEaCEDOBAq=97KN/m30004000YN1h图45mYKqKCKYKCKYaaaPP84.12)7(2)7(21)7(])7[(31)4(01YKYqYYEYNMaaO解得mKNN/6.57684.553.20848.9041根据等值梁法在第一道支撑受力不变时，加设第二道支撑基坑开挖至基坑底部时挡土桩桩及钢管横撑的受力可得下式：mYKqKCKYKCKYaaaPP86.32)7(2mKKPXaP13.9)55.0724.2(1962.5736)(60所以挡土桩的入土深度mYX98.12取桩长为13+12=25m（3）桩上最大弯矩计算:hP0XYN2N1E5000q=97KN/mABODCEaEpHMmax40003000图5当mHm127时（图5）xM'=21222221NNqHKckcHkHaaa=06当H=11.614m时maxM=mkN64.1285（4）、挡土桩配筋、横撑截面积形式、腰梁计算①灌注桩配筋计算采用桩径为φmm1000的灌注桩2785000mmA混凝土采用30C,2/5.16mmNfcm钢筋采用HRB（Φ）钢筋2/310mmNfy拟采用22Φ25钢筋，AS=10793.7mm2由式Msinsinsin323ssycmAfAfmKN64.1285可得配筋符合要求。②横撑计算根据计算作用在撑上的最不利荷载N‘2=[（6/2+2.58）×576.6]/2=1608.7kN，安全系数取1.2。ml6)28.92.16(522，42225.244682.1cmElNI采用d=402，t=11无缝钢管符合要求③腰梁计算腰梁拟采用双榀Q235型工字钢，计算简图如下：将两钢管撑之间的腰梁看作一两端固定的超静定梁，见图6qABL图6两横撑之间的距离为l，作用在腰梁上的传递土压力看成均布荷载q，由于在本工程中两横撑受力大小接近，计算时取均布荷载q=576.6，横撑布置间距ml24.35/2.16根据静定梁受力最大弯矩产生在两端：mkNMMBAAB41.504选用235Q钢材，满足结构要求选用双榀45a工字钢即可。3．基坑稳定性验算7图7（1）基坑抗隆起验算：假设基坑土体沿图7的ABC那样的曲线滑动，致使基坑隆起。根据滑动线理论：（取16.850，H取15m）。所以根据计算档土插入的最小深度：0t≥m4符合要求（2）基坑流砂管涌检算：根据详勘报告，在泵房深基坑处稳定水位为5.1～6.1m，基坑在原基坑整平后地下水位与整平工作面平齐所以当t≥'1'12HKHw=4m时不发生管涌。五、基坑支护直槽围护体系为长25m、Φ1000mm钢筋混凝土灌注桩，支撑体系为d=402钢管横撑。由于基坑比较深，通过计算在本工程中采用两道钢管横撑。在密排的灌注桩一侧嵌入长22m、Φ500mm高压旋喷桩和混凝土灌注桩形成止水帷幕。采用两道d=402无缝钢管横撑加双榀45a工字钢形成内撑。见图8横撑H400050003000q1q2ABC8直径500高压旋喷桩450*100*12钢板450*100*12钢板150970970*150*12钢板钢板支架¦Δ=12600*450500*150*12钢板500*150*12钢板5050120210450210970*150*12钢板膨胀螺栓?16L=100混凝土灌注桩Ad402钢管撑Ad402钢管撑45a工字钢直径1000混凝土灌注桩图8六、土方开挖深基坑开挖是从上到下分段、分层、分单元进行，开挖机械主要是12m臂长的挖掘机1台。围护结构转角局部结合人工挖掘完成。（1）工况1：悬臂段基坑开挖(附加荷载为97kN/m)根据进水泵房支护结构计算结果，进水泵围护桩采用Ф=1000mm的混凝土灌注桩，混凝土设计强度为C30，主要受力筋为22Ф25mm钢筋，混凝土灌注桩可承受的最大弯矩为M=1335.87kN·m，悬臂段基坑开挖到最大深度h=4.8m，其受力见图9。9q=97KN/mYh工况1MmaxEpEa图9（2）工况2：悬臂段基坑开挖到最大深度h=4.8m后施工第一道支撑,由于弯矩的分布成H的三次抛物线形，将出现弯矩的位置近似看成抛物线的中点。其受力见图10hYq=97KN/mEaEpMmax工况2N1N1H图10（3）工况3：基坑开挖到7.64m深度时施工第二道支撑,此时围护桩上的最大弯矩处在第一道支撑处及第一道和第二道支撑之间，施工第二道支撑基坑直接开挖到底部。其受力见图1110N1工况3MmaxEpEaq=97KN/mN2N2N1图11七、基坑监测1．基坑施工监测的主要内容因为工程进入基坑开挖期间，由于坑内土体的荷载减少，坑内外土、水压力不平衡，可能会导致产生坑外土体和基坑本身的一定变形，因此拟将整个监测过程分为两个阶段：基坑开挖期间，须对基坑围护结构的沉降和位移进行监测，监测频率在开挖期间要每天观测一次。非开挖期间每隔天测一次。2．基坑顶部沉降和位移监测（1）测点布置在基坑周边上设置沉降和位移观测点，根据建筑物具体情况确定观测点数，一般每边4~6点，共布置沉降和位移监测点24点。（2）测试手段采用水准仪和全站仪进行测试。沉降采用闭合线路二等水准测量；位移全站仪进行测试。（3）测点埋设在基坑开挖时用钢筋在围护压顶上布设沉降和水平位移监测点，用红油漆标注。在施工期间，为保证监测数据的准确无误，现场测点的保护也是一个重要环节。从基坑开挖到主体结构施工到安全部位，通过监测反应，基坑的水平和竖向变形都很小，符合国家规范要求，同时基坑围护结构也经受了雨季的考验。九、小结1．钻孔灌注桩施工中，遇到砂层极易发生孔壁坍塌，产生扩孔现象；一旦出现较大范围的扩孔则可能导致后续施工的高压旋喷桩难以紧密搭接，产生漏水隐患，同时出现大范围的扩孔也浪费了混凝土材料。在本工程中利用钻孔灌注桩+高压旋喷桩的围护方式成功穿越近10m的砂层未引起11桩体缩颈和扩颈，但在后续的高压旋喷桩搭接并不很理想，在基坑开挖过程当中出现了漏水、漏砂的现象。结合本工程的施工经验，钻孔灌注桩嵌高压旋喷桩形成的止水帷幕比较经济，但是在桩身比较长的情况下，桩体的垂直度比较难控制，容易形成桩间空洞，造成漏水隐患。在基坑比较深的情况下，可以利用钻孔灌注桩嵌高压旋喷桩形成的止水帷幕，但在外围加打一排或两排高压旋喷桩对基坑的止水效果会更好。2．在开挖深度比较大的基坑，在地质条件比较好的情况下宜采用沉井或地下连续墙结构，沉井施工工期短，围护结构安全可靠；特别是地下连续墙为受力与防水结构合二为一，甚至可兼作永久结构，沉井或地下连续墙结构施工步骤简单，工期短，搭接少，