天津排水泵站深基坑支护技术及发展方向

天津排水泵站深基坑支护技术及发展方向

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，坑壁土体位移小，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）深基坑外围加固措施。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］朱川鄂.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。