黃華輝

（上海市政工程設(shè)計研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

基于狹窄空間內(nèi)基坑支護(hù)方案優(yōu)化的應(yīng)用

黃華輝

（上海市政工程設(shè)計研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

結(jié)合自來水深度處理工程項(xiàng)目實(shí)踐，分析了深度處理工程的特點(diǎn)及難點(diǎn)，闡述了基坑工程支護(hù)方案優(yōu)化的應(yīng)用過程，通過方案優(yōu)化及其施工過程控制，切實(shí)達(dá)到了安全、高效、經(jīng)濟(jì)的效果，對類似工程項(xiàng)目的實(shí)施具有一定的參考價值。

狹窄空間；基坑；支護(hù)方案；優(yōu)化

0　引言

21世紀(jì)以來，我國處于城市化和工業(yè)化的高速發(fā)展階段，水源受污染現(xiàn)象較為嚴(yán)重，其中長江三角洲、珠江三角洲地區(qū)水污染現(xiàn)象尤為嚴(yán)峻。為提升供水水質(zhì)，上海地區(qū)加快了“提質(zhì)”類水廠技改的深度處理工程。

1　工程概況

1.1工程簡介

星火水廠6萬m3/d深度處理和排泥水處理工程為上海市政總院以EPC工程總承包模式承接的工程。工程旨在提高供水水質(zhì)和生產(chǎn)排放水水質(zhì)，提升市民生活質(zhì)量和減少對環(huán)境的污染，促進(jìn)奉賢地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展。

工程位于正在運(yùn)營的現(xiàn)狀水廠內(nèi)（見圖1），水廠總占地面積為38 883.2 m2，其中,施工區(qū)域?yàn)闁|側(cè)的深度處理區(qū)域和西南側(cè)的排泥水處理區(qū)域,新建建（構(gòu)）筑物10余幢,占地面積僅2 380.31 m2，場地非常狹窄。

1.2地質(zhì)條件

擬建場地在現(xiàn)狀水廠內(nèi)，周邊為水廠現(xiàn)有建（構(gòu)）筑物和其他工廠。地勢較為平坦，地下水埋深1.70～2.20 m。

該工程基坑開挖主要涉及土層見表1。

土層對基坑開挖的影響分析如下：

①層為填土，土質(zhì)一般，結(jié)構(gòu)松散，強(qiáng)度低，自穩(wěn)能力較差，易發(fā)生坍塌。

②1層為灰黃色粉質(zhì)黏土，土質(zhì)較好、有一定自穩(wěn)能力，但該層厚度較薄，土質(zhì)不均，局部夾砂較多，基坑開挖時，受擾動影響其強(qiáng)度降低，可能產(chǎn)生坍塌。

②3層為灰色砂質(zhì)粉土，土質(zhì)一般，稍密狀，擬建場地均有分布?；娱_挖后在一定動水壓力下，易產(chǎn)生流砂坍塌現(xiàn)象，需做好支護(hù)及排水措施。

③層為灰色為淤泥質(zhì)黏土，流塑，土質(zhì)較均勻，含少量有機(jī)質(zhì)、腐植物等。

④層為灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，流塑，土質(zhì)不均，含少量有機(jī)質(zhì)、腐植物等。

圖1　工程總平面布置示意

表1　基坑開挖主要影響土層一覽表

1.3工程特點(diǎn)難點(diǎn)

（1）施工場地狹小、施工難度大

工程位于現(xiàn)狀水廠內(nèi)，施工區(qū)與正常生產(chǎn)區(qū)進(jìn)行隔離，施工場地、作業(yè)面非常狹小，且施工場地內(nèi)僅有一條約4 m寬的現(xiàn)狀道路（圖1中施工便道），不能會車通行。同時，由于工期緊、新建單體多，對工程總體平面布置、施工部署、基坑方案的選擇、交通組織和機(jī)械設(shè)備進(jìn)出場以及文明施工等都提出了很高的要求。

（2）周邊建（構(gòu)）筑物及地下管線保護(hù)要求高

該水廠為開發(fā)區(qū)唯一供水水廠，始建于20世紀(jì)80年代，設(shè)施陳舊。經(jīng)過二十幾年的發(fā)展建設(shè)，廠內(nèi)建（構(gòu)）筑物繁多，各類管道、電纜、光纜等管線錯綜復(fù)雜。且工程深基坑多，部分基坑之間緊鄰，基坑與各類管線等現(xiàn)狀建（構(gòu)）筑物距離近。為確保水廠在施工全過程中能夠正常生產(chǎn)運(yùn)行，對基坑支護(hù)方案提出了極高的要求。

2　EPC工程總體策劃

2.1EPC總承包管理

該工程為勘察、設(shè)計、施工一體化的EPC總承包工程，在工程實(shí)施過程中，工程設(shè)計人員常駐現(xiàn)場，與工程技術(shù)、經(jīng)濟(jì)管理人員密切配合，參與施工方案的編制和審核，參與施工技術(shù)質(zhì)量交底，監(jiān)控施工工藝流程，參與工程關(guān)鍵工序、重要節(jié)點(diǎn)、重要部位的質(zhì)量驗(yàn)收管理，對工程材料、機(jī)械設(shè)備、土方等各類臨時荷載進(jìn)行驗(yàn)算，有效指導(dǎo)施工。多措并舉，充分發(fā)揮EPC總承包的優(yōu)勢，使工程達(dá)到設(shè)計創(chuàng)新、投資可控、工期可控、風(fēng)險可控之目的。

2.2工程總體策劃

為確保工程按計劃節(jié)點(diǎn)順利展開，對工程實(shí)施進(jìn)行總體策劃。

根據(jù)合同工期要求，結(jié)合工程特點(diǎn)及難點(diǎn)，確定工程關(guān)鍵工作和關(guān)鍵線路，編制工程總進(jìn)度計劃。

施工前期，優(yōu)化工程設(shè)計方案和施工組織設(shè)計，編制合理的交通組織方案和管線保護(hù)方案，合理安排施工任務(wù)。

該工程的關(guān)鍵線路為位于廠區(qū)東南角的回用水池和活性炭濾池及管廊基坑工程（圖1），它是決定整個工程施工能否順利實(shí)施流水作業(yè)、確保工期的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。在施工過程中，對關(guān)鍵線路上施工點(diǎn)應(yīng)確保道路通暢、確保施工場地滿足機(jī)械操作和進(jìn)出場要求；對非關(guān)鍵線路上施工點(diǎn)可以根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，配合施工總平面進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

因此，在工程總體安排上，實(shí)施流水交叉作業(yè)。先進(jìn)行回用水池基坑施工，再進(jìn)行活性炭濾池及管廊基坑的施工；在回用水池和活性炭濾池及管廊基坑施工的同時進(jìn)行提升泵房臭氧接觸池和平衡池脫水機(jī)房基坑施工。

3　基坑支護(hù)方案優(yōu)化

3.1原設(shè)計方案

在工程可行性研究階段，回用水池、活性炭濾池及管廊支護(hù)體系初步設(shè)計方案見表2。

表2　基坑支護(hù)初步設(shè)計方案

3.2方案優(yōu)化論證

為保質(zhì)、保量、安全、按期完成工程施工任務(wù)，對工程關(guān)鍵線路上的活性炭濾池及管廊（圖1中基坑支護(hù)優(yōu)化區(qū)域）周邊主要環(huán)境因素進(jìn)行論證、分析（見表3）。

表3　基坑施工安全、進(jìn)度主要影響因素一覽表

通過表3的分析，為確保工程安全、平穩(wěn)推進(jìn)，有必要對原設(shè)計的水泥土攪拌樁重力式擋土墻支護(hù)方案進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，主要有兩個擬變更備選方案（見圖2、圖3、表4）。同時，受限于場區(qū)東西方向空間狹窄，回用水池、活性炭濾池及管廊兩者外壁間距僅3 m，而且基坑深度不同，面積大小不一，在基坑設(shè)計及施工時，需將兩個基坑統(tǒng)籌考慮，在其相鄰處共用一道工法樁擋墻及圈梁。

圖2　基坑支護(hù)備選方案一

圖3　基坑支護(hù)備選方案二

表4　基坑支護(hù)擬變更備選方案分析

3.3方案設(shè)計確認(rèn)

結(jié)合前述特點(diǎn)難點(diǎn)及其方案論證分析，由于基坑周邊環(huán)境條件復(fù)雜，特別是回用水池距離清水池和工藝管道近，保護(hù)要求高，同時施工空間狹小，設(shè)計及施工難度大。

在基坑施工設(shè)計時，首先，充分考慮“時空效應(yīng)”，為避免兩個基坑同時大面積開挖對周邊環(huán)境產(chǎn)生較大影響，確定先施工回用水池基坑。一方面回用水池基坑深，符合“先深后淺”的原則，另一方面回用水池基坑面積小，開挖時對清水池影響小，施工完畢回填后再施工活性炭濾池及管廊基坑，對清水池還可以起到一定的保護(hù)作用。其次，在圍護(hù)體系的選擇上，受周邊環(huán)境條件限制,均采用帶內(nèi)支撐的圍護(hù)體系?；赜盟鼗幼畲笊疃?.3m，屬于深基坑，為確保安全，共設(shè)兩道支撐，圍護(hù)樁采用SMW工法樁，由于距離清水池太近，三軸攪拌樁無法施工，采用兩排Φ700雙軸攪拌樁?；钚蕴繛V池及管廊基坑深度3.95 m，圍護(hù)采用拉森鋼板樁，設(shè)一道鋼圍檁支撐（見表5）。

表5　基坑支護(hù)最終設(shè)計方案

在深基坑專項(xiàng)方案專家評審中，該基坑設(shè)計和施工方案獲得專家一致認(rèn)可。

4　基坑施工控制措施

4.1狹窄空間鄰近基坑施工

受場區(qū)東西方向空間狹窄限制，回用水池與活性炭濾池及管廊基坑緊鄰，根據(jù)“先深后淺”的施工原則，該區(qū)域先進(jìn)行回用水池基坑的施工，再進(jìn)行活性炭濾池及管廊基坑的施工。同時，由于兩個基坑相鄰處共用一道工法樁擋墻，應(yīng)采取措施避免基坑開挖和土方回填過程導(dǎo)致工法樁擋墻坍塌或者支護(hù)體系失穩(wěn)。首先，土方回填時，先回填其余三側(cè)，待兩個單體結(jié)構(gòu)均完成后同步回填相鄰側(cè)土方，土方回填完成并夯實(shí)后方可拔除H型鋼；其次，回用水池結(jié)構(gòu)完成且達(dá)到強(qiáng)度要求后方可進(jìn)行活性炭濾池及管廊基坑開挖施工，開挖時應(yīng)堅(jiān)持“先撐后挖”的原則，注意保護(hù)挖掘機(jī)不碰撞工法樁擋墻；再者，兩個基坑的所有圍檁支撐均應(yīng)在兩座單體主體結(jié)構(gòu)完成且達(dá)到強(qiáng)度要求后方能拆除，以保證兩個基坑支護(hù)體系的穩(wěn)定和安全。

4.2主要施工工藝控制

嚴(yán)格按基坑設(shè)計圖紙、施工方案實(shí)施，確保工程安全、平穩(wěn)、有序順利推進(jìn)。

活性炭濾池及管廊基坑施工流程：鋼板樁施工、基坑降水、坑底加固→安裝鋼圍檁、鋼支撐、鋼支柱→開挖至坑底設(shè)計標(biāo)高→澆筑水池結(jié)構(gòu)混凝土→水池結(jié)構(gòu)完成并達(dá)到100%強(qiáng)度后拆除全部支撐→封堵支撐洞口→基坑回填→拔出鋼板樁。

（1）拉森鋼板樁施工

拉森鋼板樁施工采用履帶打樁機(jī)，振動錘送樁。采用“屏風(fēng)式”打樁法進(jìn)行打樁。樁就位后，先采用振動錘輕輕振動錘擊數(shù)下，并進(jìn)行測量校正，再正常振動插樁。插樁時鎖口應(yīng)對準(zhǔn)，樁與樁之間應(yīng)保證鎖口緊密。

基坑轉(zhuǎn)角處采用1.5根拉森鋼板樁定制的角樁封閉止水（見圖4）。

圖4　鋼板樁角樁施工示意

鋼板樁拔除采用振動錘。拔樁時，先用振動錘將鋼板樁鎖口振活以減小土的阻力，邊振邊拔。對起拔阻力較大的鋼板樁采用間歇振動的方法，每次振動15 min。鋼板樁拔除后，留下的土孔縫隙應(yīng)及時采用填砂或跟蹤注漿進(jìn)行加固處理。

（2）水泥土攪拌樁施工

活性炭濾池及管廊與回用水池相鄰處共用一道工法樁擋墻，且其搭接處采用700雙軸水泥土攪拌樁進(jìn)行防滲漏加固處理。

水泥土攪拌樁為采用兩噴三攪的施工工藝。攪拌樁水灰比0.5，水泥摻量14%，施工須嚴(yán)格控制提升速度、注漿壓力和漿液配合比。樁與樁的搭接不小于200 mm，相鄰樁施工時間間隔不得超過10 h；否則，施工接縫采用套打或后排補(bǔ)樁工藝，以保證隔水效果。

施工過程中應(yīng)隨時檢查施工記錄，并對每根樁進(jìn)行質(zhì)量評定，按要求做好水泥土試塊，養(yǎng)護(hù)滿足齡期后及時進(jìn)行試驗(yàn)，確保水泥土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求。

在水泥土攪拌均勻、未初凝前，采用汽車吊將H型鋼吊起插入指定位置，依靠H型鋼自重下插到設(shè)計規(guī)定深度，然后固定在導(dǎo)墻上，直至水泥土凝固。為便于型鋼回收，在插入前，型鋼表面涂刷減摩劑?；厥招弯摵蠹皶r對孔內(nèi)填砂或跟蹤注漿，以防孔位坍塌。

（3）基坑開挖（見圖5）

圖5　基坑支護(hù)、開挖施工現(xiàn)場

基坑開挖前，采用輕型井點(diǎn)進(jìn)行預(yù)降水，時間不少于14 d。降水后保證水位降至坑底以下0.5～1.0 m，并保證基坑落深處（集水井等深坑）降至坑底以下0.5 m。

考慮到整個基坑面積較大，為增加基坑施工安全性，遵循“先支撐后開挖”和分層、分塊開挖的原則，按照施工縫位置分塊實(shí)施，運(yùn)用“時空效應(yīng)”以減小基坑圍護(hù)位移。嚴(yán)格控制分塊開挖的土體坡度，臨時邊坡坡度不大于1∶1.5，確保土坡穩(wěn)定。

開挖過程中，土方隨時外運(yùn)，嚴(yán)禁在坑邊堆土。做好明排水措施，防止積水影響開挖。同時，保護(hù)好井點(diǎn)設(shè)備，保證井點(diǎn)降水的正常進(jìn)行?；颖O(jiān)測工作嚴(yán)密進(jìn)行，指導(dǎo)挖土的流程和進(jìn)度。

嚴(yán)格控制標(biāo)高，嚴(yán)禁超挖。墊層施工緊跟基坑開挖進(jìn)行，在墊層混凝土澆搗前，必須做好地基驗(yàn)槽工作。

（4）鋼支撐施工

鋼圍檁支撐安裝前對鋼圍檁的位置和標(biāo)高進(jìn)行放樣，使三角形角鋼托架焊接在鋼板樁的同一平面上，并將各段鋼圍檁焊接成整體。由于基坑較大，在基坑內(nèi)部設(shè)4根700SMW工法立柱樁作為安裝聯(lián)系梁，聯(lián)系梁作為鋼支撐中間位置的撐托，以防止支撐體系墜落。鋼圍檁支撐體系的所有節(jié)點(diǎn)構(gòu)造均嚴(yán)格采用焊接連接和在局部設(shè)置加筋板，之間的縫隙處采用鋼楔塊塞緊墊實(shí)。

在基坑開挖過程中，挖掘機(jī)嚴(yán)禁與鋼板樁和支撐體系相碰。另外，嚴(yán)禁施工人員在底部掏空的支撐構(gòu)件上行走與操作。

在底板、中樓板與圍護(hù)樁之間必須設(shè)置可靠的傳力帶，待其達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的100%方可拆除相應(yīng)支撐。

5　實(shí)施效果

5.1周邊環(huán)境

在活性炭濾池及管廊基坑支護(hù)、開挖、回填施工全過程，對圍護(hù)體系位移、沉降、支撐軸力、地下水位及其周邊建（構(gòu)）筑物、地下管線等項(xiàng)目進(jìn)行了實(shí)時監(jiān)測（見表6），做到信息化施工。

表6　基坑施工主要監(jiān)測成果及評價　mm

通過對這些數(shù)據(jù)的比較、分析，一方面，指導(dǎo)了整個支護(hù)和基坑開挖施工的平穩(wěn)實(shí)施，另一方面，也驗(yàn)證了基坑支護(hù)設(shè)計和施工方案的科學(xué)性和安全性，有效確保了工程實(shí)體及其周邊環(huán)境的安全。

5.2經(jīng)濟(jì)效益、社會效益

通過對活性炭濾池及管廊基坑支護(hù)方案的調(diào)整優(yōu)化和施工過程的嚴(yán)格控制，為本工程關(guān)鍵線路的順暢推進(jìn)贏得了寶貴的時間，使各單體、各工序銜接更加合理有序，避免了窩工現(xiàn)象的發(fā)生，節(jié)約了施工成本，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的“雙贏”（見表7）。

表7　基坑支護(hù)優(yōu)化實(shí)施效果

6　結(jié)　語

本工程為EPC總承包工程，以設(shè)計為主導(dǎo)，工程勘察、設(shè)計、施工一體化，在滿足規(guī)范要求和使用功能與確保安全的前提下，設(shè)計施工雙向優(yōu)化，以工程施工促進(jìn)設(shè)計優(yōu)化和以設(shè)計驗(yàn)證指導(dǎo)工程施工，兩者齊抓共管，既便于橫向聯(lián)系也便于縱向協(xié)調(diào)，從而降低整個工程實(shí)施過程中的風(fēng)險，切實(shí)實(shí)現(xiàn)工程經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

同樣，對于非EPC總承包工程，也應(yīng)根據(jù)工程現(xiàn)場實(shí)際工況進(jìn)行有針對性的工程變更、設(shè)計優(yōu)化，尤其是基坑工程，基坑支護(hù)有諸多類型可供選擇，各參建單位更應(yīng)加強(qiáng)溝通協(xié)調(diào)，加強(qiáng)技術(shù)方案比選，從科學(xué)性、安全性、經(jīng)濟(jì)性、合理性等各方面綜合權(quán)衡，評出最佳方案，創(chuàng)出“多贏”效果。

[1]王鴻志,左建英,張巖.水務(wù)市場現(xiàn)狀分析［J］.山西建筑,2012(22):201-202．

[2]郭琦.徐仲平.EPC項(xiàng)目設(shè)計階段可施工性分析應(yīng)用初探[J].水電能源科學(xué),2011,1:12-14.

[3]王春平,孫吉，沈利.在周邊環(huán)境復(fù)雜條件下的深基坑施工技術(shù)[J].建筑施工，2011，33(8):654-656.

206國道江蘇大吳橋主橋大節(jié)段主梁順利合攏 預(yù)計年底建成通車

近日，206國道大吳橋主橋大節(jié)段主梁順利合攏，為下階段拱肋的拼裝奠定了基礎(chǔ)，預(yù)計該橋年底建成通車。

新大吳橋位于大吳鎮(zhèn)境內(nèi)解臺船閘下游約1.1 km處的京杭運(yùn)河上，全長321.64 m，南北連接206國道賈汪段，總投資約1億元。新橋采用下承式提籃拱橋，為一跨過河，主跨跨徑達(dá)164 m，為蘇北地區(qū)內(nèi)河橋梁中規(guī)模最大、跨徑最長的提籃拱橋。

按照設(shè)計，該橋主橋跨徑164 m，一跨過河，采用下承式鋼箱提籃拱橋，引橋?yàn)轭A(yù)制組合箱梁。主橋安裝采用先梁后拱、橋位拼裝的施工方法。本次施工方案的重難點(diǎn)在于兩個大節(jié)段主梁的安裝以及兩個大節(jié)段拱肋的安裝。在吊裝過程中，各參建單位按照事先做好的吊裝預(yù)案，分工協(xié)作，相互配合，現(xiàn)場各項(xiàng)工作有條不紊，主梁順利吊裝合攏。

TU753

B

1009-7716（2016）03-0117-05

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.03.034

2015-12-07

黃華輝（1981-），男 ，江西人，工程師，從事項(xiàng)目管理工作。