(浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，浙江 杭州 310002)

浙江省排澇泵站深基坑工程現(xiàn)狀與發(fā)展探討

朱明星

(浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，浙江 杭州 310002)

本文介紹了浙江省排澇泵站深基坑工程發(fā)展現(xiàn)狀，分析了目前深基坑實(shí)施中遇到的問題，并對(duì)今后排澇泵站深基坑發(fā)展進(jìn)行了探討，指明了浙江省排澇泵站深基坑發(fā)展趨勢(shì)。

基坑工程；支護(hù)技術(shù)；排澇泵站；展望

1 引 言

近年來，暴雨等災(zāi)害性天氣對(duì)浙江人民群眾生產(chǎn)生活造成較大影響，水利排澇泵站工程是平原和城市“治澇水”的主要工程措施之一。浙江水利排澇泵站多建設(shè)在平原和城市，這些地區(qū)多為深厚淤泥質(zhì)軟土地基，具有含水率高、物理力學(xué)指標(biāo)差等特點(diǎn)，同時(shí)周邊建有不同的地下和地上建筑物，環(huán)境條件復(fù)雜。特別是近期水利排澇泵站工程規(guī)模日益變大，其基坑呈現(xiàn)出開挖深度越來越深、面積越來越大、周邊環(huán)境條件越來越復(fù)雜等特點(diǎn)，水利排澇泵站基坑開挖的安全問題也日益突出，逐漸成為水利工程安全生產(chǎn)管理重大風(fēng)險(xiǎn)源之一。排澇泵站深基坑支護(hù)技術(shù)已是泵站工程建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)之一，是決定泵站工程安全、經(jīng)濟(jì)、高效建設(shè)的前提條件，已成為排澇泵站工程建設(shè)的又一熱點(diǎn)。

2 浙江省排澇泵站深基坑工程現(xiàn)狀

2.1 基本情況

最近幾年，浙江省為了提高城市和平原的排澇能力，先后規(guī)劃和建設(shè)了一批大型水利排澇泵站。已建成的有鹽官排澇泵站(200m3/s)、杭州三堡排澇工程(200m3/s)、陶家路江泗門泵站(100m3/ s)等3座泵站，正在建設(shè)的有鎮(zhèn)海區(qū)澥浦閘站工程(250m3/s)、海鹽縣南臺(tái)頭排水泵站工程(150m3/s)、上虞區(qū)姚江上游西排工程(165m3/s)等6座泵站，處于前期階段的有江干區(qū)八堡排澇泵站(200m3/s)、溫嶺市溫嶺南排泵站(150m3/s)、鹿城區(qū)臥旗排澇泵站(200m3/s)等7座泵站。這些泵站都建在深厚軟基上，基坑開挖深度大都10～20m，最深達(dá)23m，基坑大都采用上部放坡，下部采用排樁結(jié)合內(nèi)撐的方案。浙江省大型水利泵站基本情況詳見表1。

表1 浙江省大型水利泵站(≥100m3/s)深基本情況統(tǒng)計(jì)

2.2 地質(zhì)及周邊環(huán)境條件

浙江沿海及沿江平原地區(qū)分布廣泛的第四紀(jì)屑湖相、溺谷相和濱海相等海相沉積軟土層[1]。軟土層主要為淤泥和淤泥質(zhì)土，工程特性主要呈現(xiàn)高含水率、高壓縮性、滲透系數(shù)小、物理力學(xué)指標(biāo)差、土層起伏大、不同地區(qū)間差異明顯等特點(diǎn)。如溫州鹿城臥旗泵站基坑工程，工程區(qū)分布軟土層總厚度達(dá)40m，從上到下依次為Ⅲ1淤泥質(zhì)粉砂黏土(厚度約7m)，Ⅲ2-1淤泥(厚度約13m)，Ⅲ2-2淤泥(厚度約11m)，Ⅲ3淤泥質(zhì)黏土(厚度約9m)，給基坑變形控制帶來非常大困難。

水利排澇泵站為滿足排澇需要，大都緊鄰大河，具有地下水位高、地下水補(bǔ)給豐富、水源補(bǔ)給充足等特點(diǎn)，一旦發(fā)生涌水，后果非常嚴(yán)重。此外，基坑周邊除了存在淺基礎(chǔ)民房、交通道路、高壓輸電線路等設(shè)施外，還有已建水閘、堤防等重要水利設(shè)施。深基坑支護(hù)變形控制中，重要水利設(shè)施變形經(jīng)驗(yàn)積累相對(duì)較少，設(shè)計(jì)施工風(fēng)險(xiǎn)加大。根據(jù)浙江水文分析，每年4月16日至10月15日為汛期，汛期受梅雨和臺(tái)風(fēng)影響，降雨量較大，容易引起基坑邊坡地下水位變化，給基坑施工安全造成極大威脅。

2.3 基坑設(shè)計(jì)情況

2.3.1 基坑設(shè)計(jì)方法

水利排澇泵站基坑根據(jù)施工開挖方式，主要分為無支護(hù)和有支護(hù)兩種型式。無支護(hù)主要采用放坡開挖，有支護(hù)主要考慮利用樁(墻)結(jié)構(gòu)形成支護(hù)。放坡開挖設(shè)計(jì)主要考慮邊坡的穩(wěn)定性，目前主要采用極限平衡理論、強(qiáng)度折減有限元技術(shù)和極限分析上下限技術(shù)等進(jìn)行分析。樁(墻)結(jié)構(gòu)支護(hù)主要包括內(nèi)力計(jì)算、整體穩(wěn)定、抗傾覆、抗隆起穩(wěn)定和基坑變形等。內(nèi)力計(jì)算主要包括古典方法、解析方法和有限元法，抗傾覆主要采用轉(zhuǎn)動(dòng)力矩平衡理論，抗隆起主要采用極限平衡法、極限分析法以及常規(guī)位移有限元法，基坑變形主要采用彈性地基梁法和連續(xù)介質(zhì)有限元法。

基坑設(shè)計(jì)雖然涉及許多種方法，但是不同的方法需要不同經(jīng)驗(yàn)積累，也需要根據(jù)計(jì)算結(jié)果給出不同標(biāo)準(zhǔn)的安全判斷。為了確保基坑設(shè)計(jì)安全性、合理性和經(jīng)濟(jì)性，目前設(shè)計(jì)主要依據(jù)規(guī)范規(guī)程，對(duì)于基坑整體受力復(fù)雜、三維特征明顯及周邊保護(hù)要求高的基坑，采用有限元分析技術(shù)予以輔助。目前水利行業(yè)關(guān)于基坑的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)還處于空白狀態(tài)，浙江省水利排澇泵站基坑設(shè)計(jì)主要參考《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 120—1999)、《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)程》(DB33/T 1096—2014)和部分城市基坑支護(hù)管理規(guī)定。

2.3.2 常用基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)

目前浙江省水利排澇泵站工程中常用的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)有水泥重力式圍護(hù)墻、灌注樁排樁圍護(hù)墻和鋼板樁圍護(hù)墻等。

2.3.2.1 水泥重力式圍護(hù)墻

水泥重力式圍護(hù)墻是將水泥等固化劑和地基土強(qiáng)行攪拌，形成連續(xù)搭接的水泥土柱狀加固體擋墻，主要依靠加固后土體強(qiáng)度來抵抗水土壓力。

水泥重力式圍護(hù)墻多適用于基坑開挖深度較淺(<7m)，周邊環(huán)境條件要求一般，地質(zhì)條件為含水量較高、地基承載力較小(<120kPa)的黏土、粉土、砂土等軟土地基。當(dāng)周邊環(huán)境有保護(hù)要求時(shí)，采用水泥土重力式擋墻支護(hù)的基坑不宜超過5.0m；當(dāng)基坑周邊1～2倍開挖深度范圍內(nèi)存在對(duì)沉降和變形敏感的建筑物時(shí)，應(yīng)慎重選用。

2.3.2.2 混凝土灌注樁圍護(hù)墻

灌注樁圍護(hù)墻是采用間隔排列的混凝土灌注樁形成圍護(hù)結(jié)構(gòu)。水利排澇基坑工程中常用的灌注樁排樁的型式主要有分離式、咬合式和雙排式。

分離式混凝土灌注樁是目前泵站基坑中應(yīng)用最多的基坑支護(hù)型式。內(nèi)側(cè)采用混凝土灌注樁，外側(cè)采用攪拌樁或者高壓旋噴樁等止水帷幕。此外，為滿足基坑變形及穩(wěn)定需要，在混凝土灌注樁內(nèi)側(cè)設(shè)置單排或者多排混凝土支撐(或錨索)。該結(jié)構(gòu)對(duì)地層適用性廣，對(duì)于從軟黏土到粉砂性土、卵礫石、巖層中的基坑均適用，但在軟土地層中一般適用于開挖深度不大于20m的深基坑工程。

咬合式混凝土灌注樁主要是將混凝土灌注樁之間形成咬合形態(tài)的排樁圍護(hù)墻，本身具有止水效果，一般無需在其外側(cè)設(shè)置止水帷幕。咬合樁一般適用于淤泥、流砂、地下水富集的軟土地區(qū)，以及鄰近對(duì)降水、地面沉降較敏感的建、構(gòu)筑物等環(huán)境保護(hù)要求較高的基坑工程。

雙排樁結(jié)構(gòu)是利用打設(shè)前后兩排混凝土灌注樁，并通過在樁頂增設(shè)冠梁和連系梁形成的剛性門架結(jié)構(gòu)。雙排樁適用于場(chǎng)地空間充足，開挖深度較深，變形控制要求較高，且無法內(nèi)支撐體系的工程。

2.3.2.3 鋼板樁圍護(hù)墻

鋼板樁是一種帶鎖口或鉗口的熱軋(或冷彎)型鋼，鋼板樁打入后靠鎖口或鉗口相互連接咬合，形成連續(xù)的鋼板樁圍護(hù)墻。由于其剛度小，變形較大，一般適用于開挖深度不大于7m，周邊環(huán)境保護(hù)要求不高的基坑工程。由于鋼板樁打入和拔除對(duì)周邊環(huán)境影響較大，鄰近對(duì)變形敏感的建、構(gòu)筑物的基坑工程不宜采用。

3 浙江省排澇泵站深基坑實(shí)施中遇到的問題

a.大量放坡開挖和無支護(hù)開挖實(shí)踐，使得排澇泵站基坑設(shè)計(jì)中習(xí)慣繼續(xù)沿用以前經(jīng)驗(yàn)。水利工程多大壩、電站、堤防等，相關(guān)單位習(xí)慣在原始地面上通過加載或者卸載來處理邊坡問題，采用支護(hù)實(shí)施深基坑的經(jīng)驗(yàn)還需積累，因此，在工程設(shè)計(jì)和審查時(shí)，對(duì)于同種情況是采用放坡還是支護(hù)存在爭(zhēng)議。排澇泵站深基坑設(shè)計(jì)中，為控制工程總造價(jià)，降低工程臨時(shí)支護(hù)部分造價(jià)的現(xiàn)象還時(shí)有發(fā)生。

b.基坑底部高低不平和坑中坑存在，使得排澇泵站基坑設(shè)計(jì)施工風(fēng)險(xiǎn)加大。排澇泵站基坑是為了滿足泵站施工需要，水利排澇泵站由于流道、進(jìn)出水池?fù)鯄Φ认拗疲踊淄卟钭兓艽?。許多泵站底部還需設(shè)置集水井，需要在基坑底部進(jìn)行坑中坑開挖。高程多變的基坑底部，在施工過程中，很容易造成坑底超挖，繼而誘發(fā)基坑安全風(fēng)險(xiǎn)。

c.水利設(shè)施變形控制經(jīng)驗(yàn)尚需完善。目前省內(nèi)設(shè)計(jì)的排澇泵站深基坑，多按照變形控制準(zhǔn)則設(shè)計(jì)。目前基坑設(shè)計(jì)中通用做法是按照規(guī)范推薦算法和規(guī)范規(guī)定變形值進(jìn)行比較控制，但參數(shù)和規(guī)范選擇一定程度上依賴于設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。造成這種問題主要有兩個(gè)原因：?目前基坑設(shè)計(jì)常規(guī)方法，對(duì)基坑周邊變形和沉降準(zhǔn)確確定尚存在一定困難，從而造成基坑周邊土體變形情況難以精確預(yù)測(cè)；?浙江多軟土地基，基坑變形較大，再加上水利設(shè)施變形經(jīng)驗(yàn)積累不足，使得基坑變形控制風(fēng)險(xiǎn)性加大。

d.水利深基坑評(píng)審制度還需進(jìn)一步完善。目前水利基坑評(píng)審主要依據(jù)建設(shè)廳相關(guān)要求開展，但是由于行業(yè)管理等多種原因，使得該項(xiàng)制度的準(zhǔn)確落實(shí)還存在一定困難。

4 浙江省排澇泵站深基坑發(fā)展探討

4.1 基坑工程向更深、更大、更復(fù)雜方向發(fā)展

目前，治澇工作已經(jīng)是浙江水利工程建設(shè)重要工作之一。但是隨著城市已有土地規(guī)劃或者開發(fā)格局的實(shí)施，新增排澇泵站選址和布置更加困難，新增排澇泵站的規(guī)模逐漸加大，新增排澇泵站的排澇標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格，必然會(huì)推動(dòng)泵站基坑工程向著更深、更大發(fā)展，也正因?yàn)槿绱耍略霰谜局苓叚h(huán)境更加復(fù)雜，除遇到房建、交通和水利設(shè)施外，還會(huì)涉及鐵路、電力、地鐵等設(shè)施，而基坑設(shè)計(jì)中除考慮常規(guī)因素外，還會(huì)涉及爆破、振動(dòng)等新的問題。例如南臺(tái)頭排澇泵站基坑中包括斜拉公路橋橋墩基坑，設(shè)計(jì)過程中要考慮橋墩和其樁基施工過程對(duì)基坑拆換撐的要求。

4.2 基坑支護(hù)型式選型更加合理

基坑支護(hù)型式選擇不僅需要考慮地基土層情況、地下水位情況、基坑開挖深度以及周邊環(huán)境情況，還要考慮主體建筑物結(jié)構(gòu)情況。合理的支護(hù)型式，在確保基坑和周邊環(huán)境安全同時(shí)，還兼顧施工方便、造價(jià)經(jīng)濟(jì)、環(huán)保綠色等。不合理的支護(hù)型式，容易造成基坑變形過大，影響基坑和周邊環(huán)境安全，或者基坑施工過程困難，延長(zhǎng)基坑施工時(shí)間等。排澇泵站基坑支護(hù)主要用于泵室和進(jìn)出水池支護(hù)，如果基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)選型能兼顧水工建筑物利用，可以一定程度上降低工程造價(jià)，加快施工進(jìn)度，也是今后水利排澇基坑工程支護(hù)型式研究的一個(gè)重點(diǎn)。

4.3 基坑綠色支護(hù)技術(shù)大量應(yīng)用

目前水利排澇泵站基坑支護(hù)主要采用混凝土灌注樁結(jié)合混凝土支撐方案和混凝土灌注樁結(jié)合預(yù)應(yīng)力錨索方案。混凝土灌注樁施工過程中產(chǎn)生大量泥漿、廢棄樁頭和廢棄支撐等建筑垃圾，混凝土灌注樁也會(huì)留在地下成為該區(qū)塊再次開發(fā)的障礙物；混凝土支撐系統(tǒng)拆除過程中產(chǎn)生噪音、振動(dòng)、粉塵和建筑垃圾；預(yù)應(yīng)力錨索施工時(shí)超過紅線，且難以完全回收，對(duì)臨近區(qū)域開發(fā)產(chǎn)生較大影響。隨著土地和礦產(chǎn)資源越來越匱乏，預(yù)應(yīng)力型鋼組合支撐和型鋼支護(hù)體系等深基坑綠色支護(hù)技術(shù)逐漸將在基坑工程中大量應(yīng)用[2]。

4.4 BIM技術(shù)在深基坑設(shè)計(jì)施工中應(yīng)用加強(qiáng)

BIM(Building Information Modeling)技術(shù)是指利用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)的過程。將BIM技術(shù)引入泵站深基坑工程中，通過建立泵站深基坑的BIM信息模型，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工和基坑監(jiān)測(cè)之間的信息共享。通過泵站深基坑BIM技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)基坑設(shè)計(jì)階段基坑設(shè)計(jì)、三維可視化呈現(xiàn)、基坑立柱和泵站結(jié)構(gòu)自動(dòng)碰撞檢查、施工圖設(shè)計(jì)、工程量核算，可以大大提高泵站基坑表達(dá)形式，更加方便地為基坑施工過程進(jìn)行指導(dǎo)，優(yōu)化施工工序和步驟，提高水利工程設(shè)計(jì)施工集成化程度，以利于整個(gè)工程質(zhì)量控制[3]。

5 結(jié) 論

當(dāng)前正是大量排澇泵站建設(shè)時(shí)期，深基坑支護(hù)技術(shù)將會(huì)越來越多地應(yīng)用于大型排澇泵站中。由于水工泵站結(jié)構(gòu)自身的特殊性，造成排澇泵站基坑支護(hù)體系換撐難度大、立柱布置難度大和泵站結(jié)構(gòu)施工難度大。雖然初期對(duì)于基坑支護(hù)技術(shù)應(yīng)用，仍存在少部分問題，使泵站工程建設(shè)變得稍許復(fù)雜化，但是隨著傳統(tǒng)技術(shù)不斷優(yōu)化，新技術(shù)不斷應(yīng)用，科學(xué)研究不斷進(jìn)步，必會(huì)促使浙江省排澇泵站深基坑向著結(jié)構(gòu)更加合理、施工更加安全、材料更加環(huán)保、造價(jià)更加經(jīng)濟(jì)方向發(fā)展。

[1] 梁國(guó)錢, 張民強(qiáng), 俞炯奇,等. 浙江沿海地區(qū)軟土工程特性[J]. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2002, 31(5):435-437.

[2] 李瑛, 唐登, 朱浩源. H型鋼構(gòu)建的綠色深基坑支護(hù)體系初探[J]. 科技通報(bào), 2017(2):177-180.

[3] 慕冬冬, 付晶晶, 胡正歡,等. BIM技術(shù)在深基坑工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]. 施工技術(shù), 2015(S1):773-776.

DiscussiononpresentsituationanddevelopmentofdeepfoundationpitofdrainagepumpstationinZhejiang

ZHU Mingxing

(ZhejiangWaterConservancyandHydropowerSurveyandDesignInstitute,Hangzhou310002,China)

In the paper, the present situation of deep foundation pit engineering in drainage pump station of Zhejiang Province are introduced. Problems in current deep foundation pit implementation are analyzed. The development of deep foundation pit of drainage pump station is discussed, and the development trend of deep foundation pit of drainage pump station in Zhejiang is made clear.

foundation pit project; support technology; drainage pump station; expectation

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.012.018

TV551.4

A

1005-4774(2017)012-0075-05