泵闸深基坑支护与开挖技术研究优化方案

5.4.4.1 地质参数取值研究

一级基坑工程，由于开挖深度较大，多数情况采用板式支护结构体系。这类基坑工程不仅造价大，而且施工周期也长，一旦发生工程事故，其后果也较为严重，因此，对围护设计参数的正确性和可靠性的要求就更高。由于仪器设备和测试方法的不同，测得的参数差异也较大，尤其是抗剪强度指标更为离散。根据土力学理论和施工工况相吻合的原则，设计这类基坑时，原则上应采用三轴固结不排水抗压强度试验的有效应力指标或直剪慢剪试验指标。但由于岩土物质是一种非匀质的土粒组合，土性变化很大，凭单一的测试方法来确定具有可靠度的参数是不现实的，加之现场的原位测试参数比室内试验计算的参数更具有可靠性和符合地基土的实际，因此需要通过室内外多种测试方法的指标进行综合分析，提供一级基坑工程设计与施工所需的各类参数。当地质条件复杂、基坑面积较大时，尚应进行有效的原位测试方法，综合评价测试参数。二、三级基坑，可采用直剪固结快剪指标。

对单道及多道支撑挡土结构，其内力计算方法宜采用竖向弹性地基梁（或板）的基床系数法，挡土结构一侧随着基坑开挖面的降低，逐层设置支撑，计算时沿挡土结构纵向取单位宽度或标准段，以支撑及基底下土体为支撑的竖向弹性地基梁（或板）计算。挡土结构后迎土面的侧压力根据垂直荷载等外荷载，并根据挡土结构后地基允许位移和支撑能否预加应力等条件按主动或静止状态计算压力。基坑开挖面以上侧压力按直线增加的三角形分布，基坑开挖面以下按等值矩形分布，挡土结构开挖面以下可按弹性抗力状态以基床系数法计算。因此基床系数是一个重要的计算参数。基坑设计所用指标见表5-14。

5.4.4.2 临江透水地基泵闸深基坑的布置

1）围护结构

基坑围护范围为主泵房和进水池。根据主泵房及进水池结构布置，主泵房基坑底高程为－12.00m，进水池基坑底高程为－4.20～－7.74mm。主泵房段平面尺寸为32.0m×58.62m，进水池段长32m，宽同主泵房段。根据地形图，泵站基坑范围内的原滩地高程约1.00m，为减少基坑围护结构的高度，要求在深基坑开挖前预先将深基坑及其周边20m范围（靠东侧为15m）内，开挖降至－2.5m高程，故围护结构顶高程定为－2.50m。

主泵房水下墙采用两墙合一的形式。主泵房段围护墙采用800mm厚地下连续墙，东侧（靠岸侧）地下连续墙深度27m，其余三侧均为23m。基坑底部位于第②3-3层土中，连下连续墙墙趾置于⑤1-1层土中。为充分利用地连墙的防渗作用及节省投资，地连墙将作为泵房地面－2.5m以下水下墙的一部分。进水流道侧地连墙－2.5～－7.58m范围内段将在进水池底板浇筑后凿除（此时主泵房流道进口顶板混凝土须浇筑完毕并达到设计强度，主泵房内临时支撑全部已拆除），以贯通进水池与主泵房内的进水流道。

根据入土深度和地面荷载情况，主泵房基坑围护地连墙分为两种类型A型和B型，初步拟定方案如下：

A型，基坑东侧，墙顶高程－2.50m，入土深度17.5m，地面超载30kN／m2；

B型，其余三边，墙顶高程－2.50m，入土深度13.5m，地面超载20kN／m2。

结合施工修改后方案：

A型，基坑东侧，墙顶高程－1.80m，入土深度17.5m，地面超载30kN／m2；

B型，其余三边，墙顶高程－1.80m，入土深度13.5m，地面超载20kN／m2。

进水池段围护墙采用800mm厚地下连续墙，东侧（靠岸侧）地下连续墙深度15m，西侧（靠闸侧）为13.5m，墙趾置于④层土中。进水池两侧地连墙既是基坑开挖的围护结构，又是两侧翼墙（导流墙）的底板下前排挡土结构，与后排PHC桩一起作为翼墙（导流墙）的桩基础。要求在基坑开挖前必须先浇筑翼墙（导流墙）底板，将地连墙与后排PHC桩连成整体作为基坑围护结构。

根据墙顶高程和地面荷载情况，进水池基坑围护地连墙分为两种类型——C型和D型：

C型，基坑东侧，墙顶高程－2.50m，地面超载30kN／m2；

D型，基坑西侧，墙顶高程－4.00m，地面超载20kN／m2。

地下连续墙采用十字钢板接头，该接头止水性能和整体性均较好。

2）临时支撑

初步拟定方案：

设置三道支撑，第一道支撑中心高程为－3.00m，第二道支撑中心高程为－6.00m，第三道支撑中心高程为▽－9.00m，均采用对撑加角撑形式。

冠梁（顶圈梁）采用钢筋混凝土，冠梁截面为1200mm×1600mm。

三道支撑均采用钢管支撑，根据各道支撑的受力情况采用不同规格的钢管。第一道对撑、角撑均采用φ609×12mm钢管，第一道支撑围檩与冠梁相结合，角撑处做成与支撑钢管相垂直的面；第二道角撑采用φ609×16mm钢管，对撑采用φ609×12mm钢管，围檩采用焊接箱型钢围檩，截面为700mm× 900mm；第三道对撑、角撑均采用φ609×16mm钢管，围檩采用焊接箱型钢围檩，截面为700mm× 900mm。

结合施工修改后方案：

设置三道支撑，第一道支撑中心高程为－2.30m，第二道支撑中心高程为－4.60m，第三道支撑中心高程为－9.00m，均采用对撑加角撑形式。

冠梁（顶圈梁）采用钢筋混凝土，冠梁截面为1200mm×1600mm。

三道支撑均采用钢管支撑，为便于施工采取同规格的钢支撑。第一道对撑、角撑均采用φ609× 16mm钢管，第一道支撑围檩与冠梁相结合，角撑处做成与支撑钢管相垂直的面；第二道角撑采用φ609×16mm钢管，对撑采用φ609×16mm钢管，围檩采用H型钢双拼钢围檩2H400×400×13×21；第三道对撑、角撑均采用φ609×16mm钢管，围檩采用H型钢双拼钢围檩2H400×400×13×21。

3）临时支撑立柱

由于支撑跨度较大，必须设置临时立柱以减少相应支撑钢管的跨度，改善支撑钢管的受力情况；同时立柱之间辅以联系杆连接。

临时支撑立柱采用4L160×14mm角钢格构柱（缀板－390×200×12mm＠700），φ800mm钻孔灌注桩作基础，格构柱插入钻孔灌注桩3m，联系杆采用2［32c槽钢。

4）基底加固

主泵房段采用两墙合一的建造形式，为了减少基坑的变形，对主泵房基底采用高压旋喷桩进行“裙边”加固，加固深度为基坑底以下5m。

进水池段基底加固结合底板旋喷桩加固土体，无须另作处理。

旋喷桩直径为800mm，注浆液采用42.5级普通硅酸盐水泥，初拟水灰比为1∶1，水泥掺量不小于25％。

基底进行旋喷桩加固后主动土压力减小，被动土压力增大；同时有利于加强基坑底部的稳定。

采用永临结合的形式，临时工程的设计结合泵房水下墙，避免在主体工程施工时出现较大的施工干扰，故结合泵房水下墙及施工工艺对原基坑设计方案进行局部调整和优化（表5-15）。(www.xing528.com)

表5-15 方案优化调整措施及原因

（续表）

主泵房及进水池基坑围护地连墙典型剖面详见图5-43～图5-46。

图5-43 A型地下连续墙典型剖面

图5-44 B型地下连续墙典型剖面

图5-45 C型地下连续墙典型剖面

图5-46 D型地下连续墙典型剖面

5.4.4.3 基坑支护研究

泵房段地连墙（包括A型和B型）由于基坑较深，为一级基坑，设钢支撑。对泵房段地连墙（包括A型和B型）进行地连墙墙身的内力进行分析前，须确定其设置支撑及拆除支撑的工况。

A型和B型地连墙支撑设置工况见表5-16、表5-17。

表5-16 A型、B型地连墙（开挖时）支撑设置工况

表5-17 A型、B型地连墙换撑时工况

C型和D型地连墙未设置支撑，地连墙施工完成且达到设计强度后即可进行进水池的开挖。

基坑中的地下连续墙墙体将作为泵房－2.50m以下水下墙的一部分，泵房基坑深度范围内的主体结构主要有泵房底板、进水流道以及排水廊道等。基坑内的支撑体系必定要做出相应的调整才能满足主体结构施工的要求，同时该调整要确保基坑本身的安全稳定。支撑体系须根据主体结构的布置形式以及施工进度做出安全合理的调整。在基坑开挖中分步、对称、平衡开挖，选择合适的开挖分层，严格做到开挖到某层时先安装好该层的支撑和预应力装置，待施加完设计预应力之后，方可进行该层以下土方的开挖。基坑开挖到设计标高▽－12.0m后，尽快进行该泵房的底板浇筑。该底板厚度较大，且一端上翘与进水流道结合。底板由－9.80m上翘至－6.58m，上翘部分与第三道支撑（－9.00m）有冲突，考虑到泵房底板对地下连续墙的支撑作用，泵房底板浇筑至－10.3高程且达到设计强度的80％时，拆除第三道钢支撑。随着主体结构施工进行，当泵房进水流道以及排水廊道的墩墙混凝土浇筑至－6.50m且达到设计强度的80％时，考虑到该基坑短边方向有底板上翘部分以及排水廊道隔墙的支撑，对撑的作用由主体结构所代替，可以拆除。但由于支撑体系中的角撑斜穿过流道，给流道浇筑产生困难，故在泵房基坑长边方向设置两根短支撑，支撑于进水流道隔墩，换撑结束后拆除角撑。经过换撑拆撑后给下一步主体结构的施工提供了良好的工作面，同时也确保了基坑在支撑体系改变后仍能安全可靠。

5.4.4.4 基坑开挖技术研究

1）基坑开挖施工要求

基坑开挖中大面积的土方卸载势必引起土体的位移场变化，因此基坑土方开挖应针对软土的流变特性应用“时空效应”理论，严格实行限时开挖及符合支撑要求，以控制基坑变形、保护周围环境、实施动态信息化施工。

2）施工顺序

为保障基坑安全，设计建议施工顺序如下：

（1）主泵房基坑。

①平整场地后，先施打泵房PHC桩基础。

②PHC桩沉桩后2～4周，施工立柱钻孔灌注桩，养护至设计龄期。

③施工地下连续墙，养护至设计龄期。

④施工基坑坑底加固高压旋喷桩，养护至设计龄期后，方可进行基坑土方开挖和支撑安装。

（2）进水池基坑。

①平整场地后，先施打翼墙（导流墙）PHC桩。

②PHC桩沉桩后2～4周，施工地下连续墙，养护至设计龄期。

③施工基坑坑底加固高压旋喷桩，养护至设计龄期后。

④浇筑翼墙（导流墙）底板，养护至设计强度后方可进行土方开挖（此时要求主泵房上游侧地连墙已具备拆撑条件）。

3）土方开挖及支撑

地下连续墙和高压旋喷桩达到28d强度后方可进行基坑土方开挖。开挖时，基坑边不得堆放重物（土方、材料等）及长时间停放重型机械。基坑土方开挖、支撑施工总原则是“分层分块、限时开挖及支撑”，控制基坑变形。开挖结束后随即浇捣垫层。土方开挖必须严格控制挖土量，严禁超挖。

4）基坑降水

上游取水泵闸位处江心，四周环水，施工期外江平均潮位为2.12m，基坑开挖在水闸内外消力池部位底高程分别为－5.20m和－4.20m，水闸闸室部位底高程为－3.70m，泵站主泵房部位底高程为－12.00m。施工期须考虑采取降水措施，将地下水降至建基开挖面以下0.5～1.0m，以防止基坑开挖时渗流引起的渗透破坏。

降水井必须在开挖前埋设好，并应提前预降水，确保降水后基坑内水位在基坑开挖面下0.5～1.0m。降水的同时应进行坑内外水位监测；坑内水位未达到设计要求，不能进行土方开挖。如果在降水时或开挖过程中围护结构发生渗漏水现象，施工单位必须在24h内采用有效措施进行止水堵漏。基坑内地表水（主要是雨水）须在基坑内布置截排水系统分片截流，集中抽排。