松林荡排涝泵站水闸基坑支护施工设计

王翰卿

(上饶市鸿安水利水电勘测设计咨询有限公司，江西 上饶 334000)

1 工程概况

本文所选工程建设河道干流长约13.5 km，内部赶潮河段约长5.5 km，流域面积为61.82 km2。内部城市建设结构约占总体结构的56%，大多数土地基础标高位于4.5 m之下，工程施工区的土地标高较低，同时该地多暴雨，将受到涝灾侵蚀，区域内涝频繁，影响施工区域内部的各项设施的建造与发展。设置的松林荡排涝泵站基础设计规模约为150，选用7台流通规模为37.5的纵贯排涝泵站机，水闸的基础功能为排除内涝，设置过闸通道的最大流量为240 m3/s，使其达到内部水流流通的最大机制程度[1]。泵站水闸结构设置为三孔结构，基础宽度为55 m，中部孔隙内部含有宽度为33 m的平板式闸门，泵站水闸的最大过流性能为350 m3/s，可实现断流截面水流流通，开口的宽度约占75 m，构建截面参数如表1。

表1 截面参数

根据排涝泵站所处的地理结构，泵站基端水流流动方向为水流顺流方向，可根据不同的水流流向控制内部水流的流通方向。结合基坑宽度构建相应的基坑支护安全防护装置，保证基坑支护施工过程处于安全场景下。基坑的深度7.5～8.5 m之间，主要操作厂房的总长为22 m，其中，基坑的深度在14.0 m之上。

结合水闸的结构布置，基坑支护的总长度约为134 m，总体宽度约为85 m，基坑深度约为7.5 m，内部泵站水闸闸室与上下游洪段总长度为30 m，基坑内部深度高于9.0 m。泵站水闸选址在松林荡水流区域内部水流流通量较大的区域，总体占地面积为62 253 m2，距离区域海岸线约5.75 m。基坑支护压缩系数为1.57，能够控制水闸处于安全操作范围内[2]。

2 土钉分布形式优化

按照工程概况，分析土钉分布形式，同时优化其施工形式，减少对土壤的扰动次数。首先，加强对排涝泵站的地形管理力度，划分基坑土钉分布结构，支撑土钉分布结构体系的组成部分为五个部分，在实现土壤土钉材料的安装后，调节土钉分布的活动范围，同时增加预应力的供给力度[3]。

由于传统基坑支护施工设计中对于土壤的偏移掌控程度较差，本文在第一次施工后优化偏移土壤的土钉分布层，计算土壤形变极限，并控制形变参数处于施工安全设计等级中，检验水平位移过程中的施工状态，在产生土壤偏移时调整施工方向，并根据基坑土钉预应力的情况调节预应力供给信息，在进行预应力供给时，时刻确保土钉材料处于受力均匀的状态中，并构建第一次施工后的地基土壤偏移位移云图，如图1。

图1 第一次施工后地基土壤偏移位移云图

由图1可知，在第一次施工时，土壤的最大位移产生于基坑底部，处于滑移面上部，高度为8.5 mm，尚位于安全施工监测范围内，东侧排桩土钉累计位移距离为18 mm。

稳定基坑支护地形边坡，缩减表面流沙的流动速率，降低地形隆起的出现率，实现在干燥环境下的软土地基基坑开挖操作，设置第二次施工后地基土壤偏移位移云图，如图2。

由上述图示可知，在第二次施工后，土壤的最大水平位移处于挖掘层的底部位置，深度为10.5 mm，尚且位于安全监测施工范围内，东侧排桩土钉累计位移距离为17 mm。

在实现多次施工检验后，获取土壤偏移量参数，根据参数信息优化基坑土钉分布结构，执行基层处理土钉设置，在施工的状态下对基坑土钉的具体施工材料进行分析，并设置土钉材料板，将土钉材料板由基坑底部向上平铺粘贴，同时搭建接缝点，将接缝点与基坑自动连接，并结合水平操作机制，控制接缝点的连接方向与土钉材料板处于水平方向中[4]。

在优化设计过程中根据土钉材料特性进行施工操作，针对材料的铺设方向处理土钉分布方向，选择与施工方向相垂直的方向，同时在施工中尽量减少土钉材料内部的接连数量，搭接缝按照标准公式进行运算连接处理。改善土钉材料选取数据，较长土钉宽度为1 cm，土钉材料的有效宽度在0.3 cm以下，缩减土钉分布距离，控制分布距离在2.5 cm以下。

本文开挖深度约为3.5 m的基坑，同时清除堵塞淤泥，挖掘外部转换层土壤，将土壤空间扩展到基坑土钉层的阴影面外1.2 m宽的位置，并设置偏移后的土钉结构图，如图3。

图3 偏移后结构

在实现优化调整后，管理土壤的偏移数据，并根据土钉分布结构进行方案创新，选择单网钢筋片。管理基坑土钉与基坑表层土壤关系，控制土层水流方向为水平方向。根据水平层次进行土钉材料板结构转化，同时利用水流疏导装置进行整体引导，混合基坑土钉与土壤表层，并调节表层土层的混合比例。实现对松林荡排涝泵站水闸基坑的土钉分布形式优化。

3 松林荡排涝泵站水闸基坑支护施工优化设计方案实施

构建相应的数值模型，基于基坑桩体直径为0.7 m，整体模型的构件尺寸偏小，须在地基土壤表层设置固定模块节点，分解排桩模型结构，减少扰流情况的出现次数，将排桩深度控制在30 m之下，同时根据松林荡的实际地形情况确定施工设计的方案参数，设置施工操作结构图，如图4。

图4 基坑支护数值模型 (单位：m)

结合图4模拟施工数值参数，施工进程中实现对外部区域环境的调节操作，并选用监控装置监控施工区域施工情况。由于施工地段土层厚度可达到35.78 m，且性质黏软，土层的基础结构较为松散，需要按照优化方案需求，划分基坑支护的地基状况。在计算理论分析的基础上调整基坑支护的表层地基调试状态[5]。在支护施工过程中，由于砂石及黏土的土质层层理较为特殊，需特别注意操作的有效性，选择土质层结构较为简单的支护施工地基作为数值模拟的主要分析对象，保持土层的稳定性，避免土壤的二次偏移，并获取模拟数值参数[6]。

基坑支护的构建区域多为支护管理区域，在进行结果分析的同时需提升对支护填充物的要求，避免因支护构建材料的质量问题导致的计算失误现象的产生。根据计算结果分析图绘制结果数据如表2。

表2 偏移结果数据

根据上述计算结果，需加强对西侧与北侧的排桩深度处理，减少其对土壤偏移程度的影响。基于此，减少对基坑支护的材料设置程度，管理不同区域基坑支护的材料填充状况，及时躲避填充物回冲状况，由此改善基坑支护施工情况，将基坑支护的范围扩展至地面保护区域，同时分析松林荡的内部水流情况，考虑具体水流的流动方向，由于在雨季，施工区域会产生较强的降水，导致该河段内径流量暴涨，影响施工作业过程，为此，需在此时段内加快施工速度，同时分析发生偏移的土层表面土壤状态，查询偏移结果参数，管理排桩深入深度与土壤偏移间的关系，设置偏移结果图，如图5。

图5 偏移结果

由图5可知，当排桩深入深度减少1 m时，土壤水平位移将与初始基坑施工方案土壤位移数据一致，最大位移数值为14.6 mm，处于预警值范围内。由此可以分析出在施工过程中需缩减排桩深入深度，降低周围土壤扰动率，在固有的施工模型的基础上调节土壤的施工程度，实现偏移结果检验。

调节原有的基坑施工地表信息处理方式，通过对基坑排桩的地基表面基础状况、外部区域环境情况、基坑构建选址需求、施工的配置装置等执行综合确认指令。确保基坑排桩处于良好的深度管控状态下，加强对基坑排桩的深度开挖的控制。当外部区域环境处于较为松散的状态下时，选用土钉墙以及重力式挡土墙的排桩施工方式；当外部区域环境的形式较为紧张时，基坑排桩的开挖深度较深，选用基坑内部悬臂式支护结构或拉锚式支护结构实现基坑排桩的维护与管理；在基坑排桩开挖深度过大的情况下，外部区域环境的状态过于紧张且基坑地基表层条件较差时，选择内支撑型式执行基坑排桩构建指令。

分类进行基坑排桩深度结构选择的施工操作，同时集中施工力度加强对基坑排桩深度开挖的施工管理，引导排桩内部水流在防涝原则下实现水体流通操作，完成对松林荡排涝泵站水闸基坑支护的施工优化设计方案实施操作。

4 结 语

(1)构建基坑排桩模型是需注重对工况的确认程度，并调整原有排桩的插入深度，确保其深度处于预警值范围内，并经过调节插入深度减少其对土壤偏移量的影响程度，根据优化后的方案可知，将排桩嵌固深度缩减1 m可有效降低其对土壤偏移的影响。

(2)进一步优化土壤土钉分布空间，以提升其稳固性。优化土钉分布结构，减少因土钉分布错误造成的土壤偏移现象的产生。进而达到优化整体设计方案的目的。