强风化岩基取水口基坑支护技术研究

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摘要：临河强风化基岩上的取水口施工普遍存在降排水难题。本文结合工程实际地质情况和水文情况，采用黏土为主的土石方围堰和拉森钢板桩围挡有效解决降排水问题。在土石方围堰结合拉森钢板桩施工过程进行总结归纳，旨为类似取水口基坑支护施工提供借鉴参考。

关键词：强风化基岩；取水口；土石方围堰；拉森钢板桩；降水

1工程概况和特点

1.1基本概况

某水厂的取水泵房位于某市区河流北岸空地，取水设计规模10万吨/日。该取水泵房占地面积160m2，总建筑面积约400m2，结构形式为混凝土框架结构。取水口位于河床主流区，距离河岸边73m，占地面积为42.6m2，设计标高为-11.5m~-6.9m，结构形式为钢筋混凝土结构，通过两根DN1000铸铁水管与水泵房连接。

1.2工程重难点

临河水流量大：该河流为该市城区第一大河流，大致占省际江流域的7.6%，河流流向自南向北流，多年平均产水量为58.85×108m3，地表水系较发育。地下水文复杂：主要由冲积成因的砂砾石层及二叠系小江边组灰岩（P1x）等组成；二叠系小江边组灰岩属于强~弱风化，其与砂砾石层受大气降水和河水补给，且场内不属于基岩裂隙水贫乏区，故场区基岩富含水，地下水初见水位位于地表下1.50~2.60m之间，稳定水位位于地表下1.70~2.70m之间。虽然在枯水期施工，但是施工期间雨水比往年增多，也给施工增加不少的难度。

2工程基坑支护方式

本工程设计采用围堰导流大开挖方式施工，在实际施工过程，土石方围堰随着施工时间增长透水量逐渐变大，取水口基坑也因大面积机械开挖，导致岩层渗水量增加。由于项目地处市郊，施工临时用电无法满足增加潜水泵的用电量，临时增加燃油潜水泵仍无法将水位降至施工作业标高以下，无法满足施工作业面要求。若采用全拉森钢板桩围护虽然能有效挡水，但成本增加，工期延长，且会影响后续管道施工。因此，从保证工程进度和控制成本方面考虑，基坑支护采用土石方围堰与拉森钢板桩相结合支护方式。土石方围堰顶高程与北岸高度持平，迎河段顶面宽8m，非迎河顶面宽7.5m，内外边坡按1:2进行放坡。围堰结构材料按黏土：毛片石：砂砾=5:4:1进行配合设计。拉森钢板桩灵活应用半围锚拉式支撑。鉴于本工程取水口与取水泵房存在连接自流管施工，且取水口标高高于连接水泵房进口，临河设置半围护保证较大场地，且场内大型机械辅助取水口基础开挖，工作界面较狭窄，因此选用锚拉式支撑最为合适。土石方围堰内侧拉森钢板桩采用锁扣连排，土石方围堰迎河面间距8m设置一道拉森钢板桩作为内侧拉森钢板桩的锚固点，两者采用∅25钢筋进行拉结，朝河岸方向“U”形布置，外侧拉森钢板桩与内侧等高，拉结钢筋采用填埋保护，出于经济性考虑，拉森钢板桩仅设置在取水口施工作业面范围，总长度约110m。

3施工工艺流程及操作要点

3.1施工工艺流程

施工准备→土石方围堰填筑→拉森钢板桩施工→降水→下个施工阶段

3.2施工准备

对进场的拉森钢板桩进行材质和外观检验，质量有瑕疵可修复的及时矫正，避免影响拉森钢板桩止水效果。10片钢板桩为一捆，两端三分之处设置两道钢索进行绑扎，即采用两点式进行吊运，吊运过程保护锁扣避免损伤。按不同长度、规格、施工部位分别分层堆放，每层不超过5根，层间用垫木进行隔离。根据图纸和地质报告对场内平面、标高进行放样，采用全站仪对平面控制进行测设，采用场内标高进行测设，定出土石方围堰和拉森钢板桩轴线位置。

3.3土石方围堰填筑

土石方围堰采用进占法对上下游迎河段两端进行填筑，在河流中部合拢。水位以下采用编织袋装土垒堰堤，出河水面以后用土石方直接填筑，采用机械压实（挖掘机及压路机配合），每层碾压厚度不超过1m，质量保证压实度为90%；围堰顶部填筑1m片石和砂砾混合物，加铺钢板。为了减少水流对迎面围堰土体冲刷，在围堰迎水面用宽4m的彩条布进行防护。

3.3拉森钢板桩施工

在拉森钢板桩的轴线以2~3m间距设置导向桩，导向桩采用已有钢板桩，导向桩端部打穿绳孔，悬挂钢丝绳作为导线，以导线作为打桩的导向。由于拉森钢板桩设置在土石方围堰背水面，作为土石方围堰后第二道防水线，其长度小于12m，故采用机械手作业；利用土石方围堰顶部作为机械手操作平台，按顺时针打桩；采用先插置钢板桩，钢板桩稳定后再进行振动压置，穿透砂层直至强中风化岩；相邻的钢板桩吊装时，卡好锁口位置再进行振动压置。为了加强拉森钢板桩的整体性和稳定性，在土石方围堰临水面设置拉结钢板桩，通过∅25钢筋拉结土石围堰临水一侧的锚固点，锚固点采用现有的拉森钢板桩，间距8m布置一根。打桩过程中利用经纬仪复核钢板桩垂直度及位置偏差情况，若出现偏差情况及时调整，确保每块桩的斜度不超过2%，桩轴线在一条直线上。

3.4降水

取水口地下地形复杂，河段断面按坡度可分为三个阶地：北岸线自然标高90.00m至85.00m标高段内表层为细沙、中层为卵石、基层为分化基岩；自然标高85.00m至84.50m标高段内表层为卵石夹杂细沙、基层为分化基岩；自然标高84.00m至79.40m标高段内为河槽部分，表层为分化基岩。一二阶地平均坡度为1:14.5，第三阶地平均坡度1:2。两处取水口工作界面在河床剖面的第一、第二阶地，故在第一阶地与第二阶地交界靠近下游段土石方围堰处布置一个50cm×50cm×80cm集水坑，在第二阶地靠近下游段土石方围堰处布置另外一个。在集水坑各自布置2台扬程45m，排水口径∅100的大功率潜水泵。

4施工过程控制措施

进行土方材料和拉森钢板桩材料性能检测，对钢板桩外加外观进行检测避免粘性；打桩前，对每根拉森钢板桩的锁口处涂抹油脂，便于施工；桩身插入土石方围堰内侧，控制好围护钢板桩轴线，避免偏差过大，影响整体稳定性；打桩过程对于垂直度超过2%，不能用拉齐调正，应拔起重新打，同时因岩层高低不平，打入深度以振动压置至无法继续深入为准；采用牢固的夹具内对拼接钢板桩两端进行焊接，确保两端间的缝隙控制在3mm以内，断面错位控制在2mm以内；桩顶带上桩帽，避免施工过程中破坏，打桩进程不易过快，应适当根据不同的地质状况，避免桩尖出现弯卷。

5结语

本工程主要存在河水水流量大、岩基高分风化存在大量裂隙等施工难题。设计采用的土石方围堰进行挡水，同时采用围堰底部集水坑潜水泵降水无法达到取水口施工作业条件。然而通过土石方围堰采用透水性较差的材料和拉森钢板桩组合支护起到很好挡水作用，合理设置错层分布集水坑主要解决岩隙渗水问题。取水口的作业场地呈长条形，场地清理以及围堰填筑需要挖掘机，结合钢板桩施工特点选用长臂挖掘机可实现机具高效利用率，节约成本。考虑河床走向合理布置集水坑，采用高功效潜水泵进行降水，确保整个施工现场水位在操作面0.5m以下。上述施工方法除了降排水效果好以外，还节省了工期，同时保证了足够的施工作业面，最重要的是获取了可观的经济效益。

参考文献

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[3]肖敏杰,高志强,马永恒.某水厂取水口迁建工程设计案例[J].给水排水,2019,55(04):24-29.

作者：汪宏 单位：福建一建集团有限公司