摘要：文章介绍了白城电厂新建2×600MW工程翻车机室及T-1转运站圆砾石高水位复杂深基坑支护技术的方案选择及综合比较分析，并就最终成功实施方案的关键技术及施工过程中暴露出的问题处理作了简要概述，在类似工程中有借鉴意义。
关键词：圆砾石 高水位 深基坑支护
1、工程概况
1.1概述
白城电厂新建2×600MW工程位于吉林省白城市西南9.0公里处，翻车机室区域包括翻车机室、T-1转运站及C-2地道，位于厂区正北角，南面90米远处有正在建的烟囱，其余三边100米内尚无建筑物，翻车机室及T-1转运站基础开挖深度分别为-14.7m 及-21.4m，C-2地道地下水位以下长约40m，与T-1转运站相连。翻车机室区域平面图见图1。
图1 翻车机室区域平面图
1.2水文地质情况
设计提供资料：地下水主要类型为松散岩类孔隙潜水，水量极为丰富，水位埋藏浅，为-5.20m～-6.40m。含水层园砾石渗透系数为250m/d（实测渗透系数大于500m/d）。
本区域地层自地表而下分布为：
① 粉土层：稍密～中密，厚度1.00m～2.50m，含有多量砾石。
② 圆砾层：中密～密实，一般粒径为5mm～20mm，混有粘性土及砂，厚度为35.00～42.00m，为地基持力层。
③ 粘土含砾层：粘土呈硬塑状态，砾石直径2mm～5mm。厚度2.00m～7.70m。
④ 泥岩：强风化状态，湿时光滑细腻，干时坚硬并有裂痕。
2、前期基坑开挖降水施工
根据上述资料，翻车机室区域基坑开挖方案制定为：周边管井降水，稳定坡比放坡。第一步先揭盖开挖到地下水位以上50cm的-5.50m高程，坡比1：1.5 ；第二步待降水系统完成后，降水开挖，分层按坡比1：1.2 挖至设计高程。理论计算基坑涌水量为Q=10.2万m3/d，按孔径为300mm、井管埋深35m，单井出水量1440 m3/d设计管井，并考虑1.2系数，在开挖周边按间距5m，共需布置86个管井。基坑于当年8月12日破土动工开挖，9月16日投入运行58个管井，基坑水位下降了3.5米，至-10m高程；9月 18日运行63个管井，水位降至-10.3m高程。9月底，基坑挖至-10.5m高程，在基坑内布置25个管井并陆续投运。此时实际布置的全部管井83个一起投入运行，经过一天的抽水，水位仅降0.7米，至-11.2m后地下水位基本平衡。这就意味着施工按所制定的方案无法实施，10月4日，水泵停止运行，并将基坑回填至-6m。
3、实施方案设计概述
经过专家评审选定我局的钢板桩、灌注排桩加旋喷帷幕支护截水施工方案，据此还要做详实的施工设计，如支撑体系及结构尺寸等。为此工程局组织局工程技术、计经和基础处理工程处，根据拟定的方案，考虑到翻车机室区域各基坑施工必须一气呵成，要统筹布置。把翻车机室基坑（深-14.70m），T-1转运站（深-21.40m）及C-2输煤廊道基坑支护作为一个整体大基坑来考虑。将钢板桩和灌注桩加高喷帷幕连接成一个封闭环形的止水帷幕。
翻车机室基坑采用钢板桩，深12米，连续长度约150米，从-6.0m打入，分别在-9.0m、-12.0m设H型钢围懔加钢管（φ480×10）内撑；T-1转运站基坑采用灌注排桩，桩径φ900mm，桩深30米，桩配筋20φ25，桩间距1200 mm，桩身及桩顶连续冠梁砼强度均为C25。并别在-10.0m、-13.5m、-17.5m设H型钢围檩加钢管（φ480×10、φ600×12）内撑。与T-1转运站相连的C-2地道两侧也为灌注排桩，桩间距为1500mm，桩深与廊道上升递减，灌注排桩共计103根。高压旋喷帷幕布置在灌注桩和钢板桩外侧，孔位距灌注桩外径、钢板桩0.4m，孔距中心距离1.0m，共255个。要做到尽量使旋喷所形成的帷幕紧贴到灌注桩上，以保证帷幕受水的侧向压力时能传递到灌注桩上而不被损坏。
2009年4月中旬，业主再次组织专家对我局提交的施工方案进行会审。会上，对第二道支撑钢管直径φ480×10，按最不利因素考虑，其计算考虑的1.13倍安全系数偏小，提出异议；分析了开挖后，对局部漏水点要有及时处理的方法和应急预案措施及准备的材料；对支撑钢管在结构施工转换要考虑充分，其受力变化及应对措施。对该施工方案进行了多次专家认证评审，足以说明了该深基坑施工所遇到的难题是绝无仅有的，施工方案的安全可靠特别重要。
4、最终实施方案关键施工技术概述
4.1钢筋混凝土灌注桩施工
从确定实施方案后，再组织设备人员进场，已进入11月份。由于该地这个时候气温都在负10度以下，考虑施工难度及造价的因素，从11月10日～12月15日，实际灌注桩只施工48根，其余是来年再施工的。
成孔：采用反循环钻机进行钻孔，泥浆护壁，钻孔采用隔二钻一的形式进行。由于前期施工过程中，已将翻车机室、T-1转运站开挖至-10.5m高程，后降水停止前，采用砂砾石土将基坑回填至-6.0m高程，土层已被扰动，钻孔时极易塌方，开孔前要人工挖孔下护筒，护筒高度不小于1.5米。钻进时要控制速度，随时检查泥浆比重，比重不够要加入粘土，防止塌孔。泥浆为黑碱土、白粘土及膨润土混合拌匀，比重为1.1-1.5。
4.2钢板桩施工（2008年12月29日～2009年3月15日）
采用IV型拉森桩(日产SP400×210×10)，用60型液压振动锤、配备50T履带吊进行施工。由于在圆砾石地质基础上，要在钢板桩上焊接冲水管，沉桩时采用高压水配合，边冲水边沉桩。
翻车机室东侧、南侧及北侧，C-2输煤廊道两侧为钢板桩，廊道局部采用了[400槽钢代替钢板桩。
4.3高压旋喷止水帷幕施工（2009年1月1日～2009年4月28日）
采用三管（水管、气管、水泥浆管）高压旋喷灌浆施工工艺，其原理是利用钻机先钻孔，成孔后把高喷管伸入至孔底，实施风水浆高压从喷头中喷射出来，所形成喷射流冲击破坏砾石原状层，与浆液搅拌混合，浆液凝固后形成固结体。
高压旋喷施工分二序进行，先施工Ⅰ序孔（将要施工的孔按自然数编号，单数为Ⅰ序孔，双数为Ⅱ序孔），后施工Ⅱ序孔，相邻孔施工间隔时间不少于24小时。
4.3.1成孔：钻孔选用了多种设备及方案，具体如下：
A、反循环钻机：由于地质条件复杂，-15m以下含有大量大粒径（直径≥50mm）的砾石，反循环钻机钻杆内径为50mm，经常造成堵管，一堵管就要将钻杆全部提出，将砾石掏出，再重新下钻杆，该设备钻孔成功率极低，后淘汰。
B、正循环钻机：钻孔前，先制备稠度很大的泥浆，再钻孔。正循环钻机的成孔原理与反循环的不同，该设备是通过高压泵，将泥浆往下压，然后从孔口沿钻杆边冒出，并将细小的砂粒石带出来，从而成孔。
C、掏孔机加正循环钻机：掏孔机采用钢套管护壁，正循环钻机采用泥浆护壁。该方法主要运用在钢板桩侧止水帷幕。由于止水帷幕距钢板桩400mm，钻孔时成孔直径约为150mm～200mm，钢板桩侧砂砾石宽度仅为200mm～350mm，钻孔时该部分砂砾石极不稳定，经常塌方，导致钻杆被埋。同时，由于钢板桩本身能止水，止水帷幕只需施工至钢板桩底部以上2m。因此，首先采用掏孔机，下钢套管，深度为10米，才用正循环钻机钻孔。该方法有效的保证了成孔率。
D、冲击钻：采用跟管钻进冲击成孔。由于灌注桩侧的补孔施工时，外侧止水帷幕已施工完成，钻孔基本上是在止水帷幕的形成范围内，普通钻机根本无法钻进。冲击钻采用高压压缩空气作为动力，通过钻杆，直接将套管打入地下成孔。该设备速度快，成孔率高。
4.3.2高压旋喷:成孔完毕后将旋喷机定位，并开始制备水泥浆，将高喷管插入钻孔预定深度后即可开始作业。高喷过程中，严格按照设计要求的参数施工。
施工期间主要在冬季，各种管路经常受冻导致堵管，一堵管就导致塌孔，需要钻机二次扫孔或多次扫孔。
该地区地质条件复杂，从-30m～-38m，透水性极强，旋喷施工到该高程时，多次出现了孔口突然不返浆的现象，直接导致了塌孔。后采取降低提升速度，降低高压水压力，加大注浆量，并随时观察孔口返浆情况，必要时停止提升，进行静喷，直至孔口正常返浆后再提升。
5、开挖过程中暴露出的问题及解决方法：
T-1转运站西侧灌注桩加旋喷帷幕在-14.0m以下，出现了多处渗漏点，说明帷幕施工未能形成完整幕墙，其中T-1转运站西北角及西侧中部在-16m处都出现了严重漏水点。
处理措施：对于小渗漏点，采取用混凝土封堵的办法，即在灌注桩上打膨胀螺栓做加固点，立模浇混凝土将渗漏点堵住，防止其进一步扩大。对于西北角的漏水点，由于开始未引起高度重视，及时封堵，导致其漏水加大形成管涌，而无法直接浇注混凝土封堵。采取的方法为：埋入带闸阀Φ100的排水管，并向已掏空的渗漏空腔内堵塞棉被，尽量塞死，将水引出后，在其缺口处先码砂袋，防止其漏水带出砂砾石颗粒，然后在砂袋底脚打H型钢（用液压振动锤，方法与钢板桩一致）支撑，然后停止部分水泵，将水位上涨至-14m高程，对其浇筑水下混凝土封堵。由于灌注桩西侧-16m以下出现了多处漏水点，对该处又进行了补打帷幕，并在帷幕外侧及西北角边缘增加降水井7眼。
由于翻车机室基础与T-1转运站基础交界处存在6.7m高差，又在基坑内，未专门打一排灌注桩，施工过程中出现水从翻车机侧流向T-1转运站，将翻车机底部砂砾石带出掏空。
处理措施：边开挖边进行支护，采用压型钢板做外模，与钢管桩焊接固定，浇筑混凝土，将砂砾石固结。对已掏空的孔洞，先灌混凝土，预留注浆管，待结构完成后向内进行高压灌浆。
6、后记
本工程由于特殊的地质构造和地下水影响，实施过程中遇到的困难超乎想象，参建各方当时都高度重视，极为关注。文章作者作为本项目实施方案的建议者和制定人，倾注了大量的精力，花费了很多的心思，工程得以圆满完成尤感欣慰。总结这一施工案例的经验，对以后工程局的施工建设有很好的借鉴作用。
参考文献
[1]冯晓腊,蔡娇娇,熊宗海,石林,杨明.落底式止水帷幕条件下深基坑群井试验研究[J]. 水文地质工程地质. 2016(06).
[2]耿强生.三轴水泥搅拌桩止水帷幕技术在施工中的应用探讨[J].建材与装饰. 2016(02).
论文作者:刘小林,俞国太,段龙旭,李园
论文发表刊物:《电力设备》2016年第24期
论文发表时间:2017/1/17
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