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

2、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

3、，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。zz岩柱土状名图称素填土粘土淤质粘土粉质粘土中砂粉质粘土中砂土土层层深厚厚（m）（m）2.32.31.13.42.86.23.910.13.213.32.716.06.822.8钻孔图柱1状地质图图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

4、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、 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。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

5、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

6、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：K atg 2 (450) = 0.552被动土压力系数：K ptg 2 (450) =1.8162q=97KN/m000300040005ABEaCOEpED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

7、K p1.816 1.52.724 。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q119357kN / m 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q240kN / m 。取 qq1q297kN / m计算时根据等值梁法引入新的假设条件：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。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

8、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。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4hEpq=97KN/mA000N1300Ea04BCYOED图 4YK P2C K P(Y 7) K a 2C K a q K aY 1.84mM O0N1 ( 4 Y) Ea1 ( 7 Y ) Y q ( 7 Y ) K a1 ( 7 Y )32解得 N1904.82084.53576.6KN / m5.84根据等值梁法在第一道

9、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：YK P 2CK P(Y 7)K a2CK a q K aY 3.86m6P06573.62XKa )19( 2.7249.13m( K P0.55)所以挡土桩的入土深度XY12.98m取桩长为 13+12=25m（ 3）桩上最大弯矩计算:q=97KN/m0A003HN1Mmax00h04N200Ea05BCYP 0OEpXED图 5当 7m H12m 时（图5）= 1H 2 ka2cH ka2c2qHK a N1 N 2 = 02当 H=11.614m 时 M m ax =1285.64kNm（ 4）、挡土桩

10、配筋、横撑截面积形式、腰梁计算灌注桩配筋计算采用桩径为 1000mm的灌注桩A785000 mm2混凝土采用C30 , f cm16.5N / mm2钢筋采用HRB （）钢筋f y310N / mm2 拟采2用 2225 钢筋， AS=10793.7mm2sin 3sinsin可得配筋由式 Mf cmAf yAss1285.64KN m3符合要求。横撑计算根据计算作用在撑上的最不利荷载N2 =（ 6/2+2.58）576.6/2=1608.7kN，安全系数取 1.2 。l5216.29.826m ， IN 21.2l 24()2 E24468.5cm2采用 d=402， t=11 无缝钢管符合

11、要求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l 16.2 / 53.24m根据静定梁受力最大弯矩产生在两端：M AB M BA504.41kNm 选用 Q 235 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000300横撑0H 400q205q1CAB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。

12、 根据滑动线理论： （取 16.85 0 ，H 取 15m）。所以根据计算档土插入的最小深度：t0 4m 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1.5 1.6 m ，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 KH 1 w H 1=4m时不发生管涌。2 五、基坑支护直槽围护体系为长25m、1000mm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、 500mm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8d

13、402钢管撑A直径1000混凝土灌注桩直径500高压旋喷桩45a工字钢1500501d402钢管撑02210膨胀螺栓 ?1610L=1002500*150*12钢板79450*100*12钢板0500*150*12钢板5钢板支架 | =12970*150*12钢板40600*4505450*100*12钢板混凝土灌注桩970*150*12钢板A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=1000m

14、m的混凝土灌注桩，混凝土设计强度为C30，主要受力筋为2225mm钢筋，混凝土灌注桩可承受的最大弯矩为M=1335.87k Nm，悬臂段基坑开挖到最大深度h=4.8m，其受力见图9。q=97KN/mhEaYMmaxEp工况1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10q=97KN/mN1N1HhEaMmaxYEp图 工况210（ 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

15、直接开挖到底部。其受力见图11q=97KN/mN1N1N2N2EaEp图 11Mmax工况3七、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46 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

16、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 的砂层未引起桩体

17、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，整体性好，刚度大。与钻孔灌注桩、高压旋喷桩复合结构相比较，还是具有一定优势。3坑底开挖的问题坑底开挖高程的控制涉及到经济与安全两方面问题，本工程由于基坑开挖到坑底时渗水量比较大，利用长臂挖掘机在渗水覆盖处多处超挖30 40cm 不等。排除积水后利用海砂回填夯实。基坑的超挖既增加了工程造价，有拖延了工期，这是经济方面问题。更重要的是，坑底的超挖使围护结构的挡土高度超过设计计算的高度，致使围护结构超负荷工作，无形中增加了安全隐患。4加快主体施工进度，