【摘 要】隨著福州市城市規(guī)模不斷擴(kuò)大以及臺(tái)風(fēng)頻繁等種種因素，為了緩解現(xiàn)有福州市閩江兩岸排澇站排澇能力的不足，福州市政府斥資修建閩江兩岸防洪堤、排澇站等防洪泄洪建筑物。本文主要針對福州防洪工程現(xiàn)有的地質(zhì)特征進(jìn)行分析論證，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況對防洪排澇泵站基坑開挖以及降排水施工方案進(jìn)行選定，總結(jié)施工過程各個(gè)方案的優(yōu)劣勢以便今后同類工程施工借鑒。

【關(guān)鍵詞】防洪排澇；臨時(shí)圍護(hù)；降排水；地下水堵截

1.工程概括及地質(zhì)特征

根據(jù)目前福州防洪堤工程在建或已建的排澇站工程地質(zhì)特征分析，主要工程地質(zhì)特性有以下兩種特性：

1.1福州市馬尾區(qū)林浦排澇站

工程位于馬尾區(qū)魁岐水閘上游，現(xiàn)河道寬10m～20m，兩岸均有漿砌石堤護(hù)岸，左岸有廠房，

右岸為空地或民房，泵站布置堤內(nèi)江濱公路旁。工程區(qū)分布第四系沖洪積中砂，表層有人工堆積素填土，

排澇站位置地層巖性自上而下為：人工堆積層（素填土、雜填土），中砂，圓礫石，淤泥質(zhì)中砂，海積堆積層，中砂，圓礫石。地下水位受閩江潮水影響，波動(dòng)較大。地下水主要為第四系地層孔隙潛水，受大氣降水補(bǔ)給，向河溝排泄。施工場地地下水豐富，埋深淺，對工程施工影響大，特別是主泵房基礎(chǔ)開挖過程穩(wěn)定性不利，綜合這些因素工程施工期間要結(jié)合施工降排水方案做好主泵房基坑施工支護(hù)的方案。

1.2福州市閩江下游南港防洪工程陽岐泵站

陽岐泵站基底巖層主要由火山侵入巖、火山碎屑巖組成，巖性主要有凝灰熔巖、凝灰?guī)r、中粗粒花崗巖；在殘丘之間的斷陷洼地中沉積了深厚的海陸交互相的松散土層，構(gòu)成本工程的主要持力層。本工程區(qū)在大地構(gòu)造上位于福州山字型構(gòu)造脊柱西翼的反射弧地段，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。水閘或泵站址沒有活動(dòng)斷裂通過。本區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.10g，屬中軟～中硬場地，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.40s～0.45s，抗震設(shè)防烈度為7度。陽岐水閘、泵站泵站基坑邊坡土層由素填土、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)土組成、弱風(fēng)化花崗巖，地下水位（3.1m）與江水位持平，閘站地基為弱風(fēng)化花崗巖，存在淤泥質(zhì)土震陷、基坑開挖邊坡穩(wěn)定、進(jìn)出口池抗沖刷穩(wěn)定性差、閘基沉降與不均勻沉降等主要工程地質(zhì)問題。同時(shí)泵站布置堤后式，泵站基坑開挖過程因受外江水位以及場地的限制需要結(jié)合袋裝砂圍堰以及基坑臨時(shí)支護(hù)相結(jié)合的方案。

2.施工方案選定

2.1地下水堵截施工方案

根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)手冊》中關(guān)于產(chǎn)生流砂的臨界水力坡度計(jì)算公式為：斜坡表面受由里向外水平方向滲流作用時(shí)，流砂破壞的臨界水力坡度：

對于無粘性土：i0=Gw（cosθtanφ-sinθ）1/г0

對于粘性土：i0=[Gw（cosθtanφ-sinθ）+c]1/г0

式中：Gw---土的浮重

г0---水的重度

φ---土的內(nèi)摩擦角

c------土的粘聚力

θ----斜坡坡度

根據(jù)地下水作層流運(yùn)動(dòng)時(shí)，在土中的滲流流速按達(dá)西定律計(jì)算公式：v=Ki可知水力坡度增大時(shí)，地下水水流速度也增大，當(dāng)動(dòng)水壓力超過土顆粒重量就使土粒懸浮，土顆粒會(huì)隨著地下水流入基坑內(nèi)。

其中馬尾林浦排澇站工程主泵房基礎(chǔ)布置在富含地下水豐富的砂基上，施工開挖過程勢必將由于地下水產(chǎn)生自下而上的滲透壓力引起流砂，同時(shí)將引起開挖形成的基坑坑壁的砂體坍塌致使基坑開挖無法達(dá)到設(shè)計(jì)開挖高程，同時(shí)也造成周邊建筑物基礎(chǔ)砂被帶出，造成主泵房周邊建筑物（左岸玻璃廠以及江濱大道）的沉陷現(xiàn)象。為了保證能夠順利保證基坑開挖到設(shè)計(jì)高程，同時(shí)保證地下水滲流過程減少流砂現(xiàn)象，保證周邊建筑物的安全。因此根據(jù)以上公式可知，當(dāng)θ----斜坡坡度增大，臨界水力坡度i0隨之減小，地下水水流速度也隨之減小，水流滲徑也隨之增長。因此，要保證開挖過程中地下水滲流過程減少流砂現(xiàn)象，就要進(jìn)行地下水圍堵以及降低地下水位。

福州市閩江下游南港防洪工程陽岐泵站主體泵房基礎(chǔ)持力層為弱風(fēng)化花崗巖層，原地貌地下水位（3.1m）與江水位持平，主體泵房基礎(chǔ)持力層設(shè)計(jì)要求開挖至弱風(fēng)化花崗巖層，開挖過程勢必由于外江水、內(nèi)河水滲透以及淤質(zhì)粘土自身流塑性強(qiáng)致使基坑開挖無法達(dá)到設(shè)計(jì)開挖高程。因此，要保證開挖過程中地下水滲流以及淤質(zhì)粘土滑動(dòng)造成基坑邊坡失穩(wěn)進(jìn)行地下水堵截及淤質(zhì)粘土防護(hù)處理。

根據(jù)不同地質(zhì)情況地下水堵截有不同的施工方法，主要方法有：鋼板樁、高壓懸噴樁、地下連續(xù)墻、防滲垂直帷幕、防滲水平帷幕以及凍結(jié)法等等。

根據(jù)馬尾林浦排澇站工程地質(zhì)特性以及工程施工時(shí)段為主汛期施工階段（6～8月），同時(shí)該工程施工工期要求緊，緊鄰主體工程周邊建筑物的距離短，施工風(fēng)險(xiǎn)較大等特點(diǎn)，通過考慮施工工期、周邊建筑物的安全、鋼板樁支護(hù)施工難易等因素以及對基坑開挖支護(hù)多方案具體分析和比選，針對該工程分析認(rèn)為高壓懸噴樁、地下連續(xù)墻、防滲垂直帷幕、防滲水平帷幕以及凍結(jié)法等屬于一次性投入，不能周轉(zhuǎn)回收，施工周期長，施工難度大，且這些永久性的支護(hù)給后續(xù)施工工程帶來后遺癥。結(jié)合采用拉森式鋼板樁支護(hù)具有施工工期短（7～10日），支護(hù)鋼板樁可回收周轉(zhuǎn)、不留工程施工后遺癥等明顯的優(yōu)點(diǎn)，最后基坑選定采用拉森鋼板支護(hù)。結(jié)合工程現(xiàn)場情況以及支護(hù)方案的投資造價(jià)分析，拉森鋼板樁具體沿主泵房開挖基礎(chǔ)東、南、西三側(cè)進(jìn)行半封閉布置，西側(cè)打16m，東側(cè)打16m，南側(cè)打23m，總長55m?？恐鞅梅勘眰?cè)方向采取鋪設(shè)土工膜并結(jié)合降水等輔助方法進(jìn)行基坑開挖前的準(zhǔn)備工作。具體支護(hù)布置如圖1示：

基坑開挖前支護(hù)按照以上布置圖進(jìn)行施工，鋼板樁施工過程為了確保周邊建筑物的穩(wěn)定安全現(xiàn)場加強(qiáng)了安全監(jiān)測工作。同時(shí)，為了加強(qiáng)現(xiàn)場拉森鋼板樁入土深度和垂直度的現(xiàn)場觀測，并保證鋼板樁支護(hù)達(dá)到良好的阻水效果在轉(zhuǎn)角處設(shè)置了轉(zhuǎn)角樁。樁頂高程控制在EL1.5m高程，保證基坑開挖到設(shè)計(jì)高程位置時(shí)鋼板樁承受足夠大的抗彎抗剪強(qiáng)度，并承受較大的側(cè)向壓力。

根據(jù)福州市閩江下游南港防洪工程陽岐泵站主體泵房地質(zhì)情況以及施工實(shí)際情況分析，該泵房主體基礎(chǔ)現(xiàn)狀為淤泥質(zhì)土，同時(shí)泵站位于內(nèi)河水入江口，常年受外江水漲退潮以及內(nèi)河水自然排放的影響，工程基坑開挖必須采用全封閉施工，通過考慮施工工期、施工期周邊建筑物的安全等因素，同時(shí)為了保證基坑開挖施工過程不造成淤泥質(zhì)土大面積塌陷、擠出、滑移，采用地下水堵截方法需加快土層固結(jié)速率，并控制沉降和變形速率，結(jié)合以上幾點(diǎn)最后基坑選定采用鉆孔灌注樁結(jié)合高壓旋噴樁進(jìn)行支護(hù)。具體支護(hù)布置如圖2示：

2.2地下水降排施工方案

當(dāng)主泵房基坑開挖過程中采用以上支護(hù)方案，很好地做到堵截地下水以及防止基坑開挖過程坑壁坍塌，保證基坑能夠順利開挖到設(shè)計(jì)高程。但是，由于泵站處于閩江邊，閩江口為強(qiáng)潮陸相河口，潮型為規(guī)則半月潮，潮汐一天有兩個(gè)周期，工程受閩江口潮汐的影響，每天均有兩次漲潮后閩江水倒灌形成地表水。同時(shí)工程施工場面地下水豐富，埋深淺，當(dāng)基坑開挖過程減小了地下含水層上覆不透水層的厚度，當(dāng)開挖到一定高程時(shí)承壓水的水頭壓力就會(huì)頂裂基坑底板使得地下水滲透上涌。因此還需要結(jié)合降水法不間斷地將支護(hù)樁埋深底下的地下水抽走，使基坑范圍內(nèi)的地下水降至支護(hù)樁底深度，保證基坑開挖到設(shè)計(jì)高程能夠在干水工作面下進(jìn)行下一道施工工藝。

結(jié)合排澇站工程上下游堆砌袋裝砂作為施工導(dǎo)流圍堰，在整個(gè)施工場內(nèi)布置明溝排水（淺層抽排水）以及基坑四周布置深層井點(diǎn)降水。根據(jù)目前國內(nèi)常用的井點(diǎn)降水法主要有：輕型井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)、電滲井點(diǎn)、管井井點(diǎn)、自滲井點(diǎn)等，各類井點(diǎn)適用范圍如表（1）所示：

表1 各類井點(diǎn)適用范圍

井點(diǎn)類型巖 性滲透系數(shù)（m/d）降低水位深度/m

輕型井點(diǎn)粉質(zhì)粘土、粉土、細(xì)砂、中細(xì)砂0.1～503～12

噴射井點(diǎn)砂土、粉土0.1～508～20

電滲井點(diǎn)粘性土、淤泥質(zhì)土、粉土<0.1〈6

管井井點(diǎn)砂土、碎石類土、巖石>3不限

根據(jù)表（1）排澇站工程實(shí)際地質(zhì)情況以及支護(hù)樁底埋深則選用深層井點(diǎn)降水法采用輕型井點(diǎn)。

根據(jù)主泵房基坑內(nèi)受地下水自下而上滲透等因素，主泵房基坑井點(diǎn)降水采用基坑內(nèi)與基坑外相結(jié)合的井點(diǎn)降水布置。

井點(diǎn)管埋設(shè)深度按下式確定：Hm>H1+h+iL+Z+Y+T

式中：H1---基坑深度；

h---井點(diǎn)外露高度；

i---降水區(qū)內(nèi)水力坡度；

L---井點(diǎn)管距基坑中心的距離；

Z ---降水期間地下水位的變化幅度；

Y ---過濾器工作部分長度；

T---沉砂管長度。

依據(jù)工程地質(zhì)資料以及現(xiàn)場基坑設(shè)計(jì)開挖深度、原始地面高程等資料可確定Hm。

主泵房基坑可根據(jù)以下公式確定基坑布設(shè)總井點(diǎn)數(shù)，計(jì)算公式如下：

基坑總排水量：

潛水完整井：Q總=1.366K（2H0-SW）SW/lg（R0/r0）

承壓完整井：Q總=2.73KmSW/lg（R0/r0）

式中：Q總—基坑總排水量；

K---含水層滲透系數(shù)；

H0—含水層靜止水位標(biāo)高；

m---承壓含水層厚度；

SW---設(shè)計(jì)基坑水位降深；

R0---引用影響半徑（R0=R+r0）；

R---影響半徑；

r0---引用半徑。

矩形基坑r0=ηab/4，a、b為基坑長和寬，η系數(shù)查表（2）。

表2 η系數(shù)

b/a00.10.20.30.40.60.81.0

η1.01.01.11.121.141.161.181.18

單井出水量可以根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：q=1.25kDHs，式中D---過濾器直徑；Hs---過濾器有效長度。

根據(jù)基坑總排水量以及單井出水量確定布置總井點(diǎn)數(shù)（n），計(jì)算公式如下：n=（1.1～1.2）Q總/q。

通過打支護(hù)樁以及深層井點(diǎn)降水方案很大程度上解決了主泵房基礎(chǔ)開挖的難題，但是由于主泵房施工是在河道上，河道本身匯集著地表水，施工過程應(yīng)結(jié)合淺層施工降排水布置足夠的污水泵、潛水泵配合進(jìn)行連續(xù)抽水，保證基坑施工過程回水量小于排水量，基坑能夠在底板砼澆筑過程是保持干性的。

3.結(jié)束語

福州市防洪排澇站工程基坑開挖施工過程主要受工程地質(zhì)、施工區(qū)地下水及地表水、施工時(shí)段、施工項(xiàng)目規(guī)模等影響。以上兩種不同的支護(hù)方案均很好的考慮工程實(shí)際施工情況以及地質(zhì)等因素造成工程實(shí)際施工過程所需要采取的施工方案。從工程實(shí)際施工過程中發(fā)現(xiàn)，以上兩種方案在各自工程實(shí)際應(yīng)用過程中很好的解決了各自工程實(shí)際問題，同時(shí)兩種不同地質(zhì)所采取的具體施工方案具備一定的代表性并對于今后福州市防洪排澇站施工中值得推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]陳能志，林闐，汪裕豐.福州市中心城區(qū)治澇減災(zāi)研究，《海峽西岸防抗臺(tái)風(fēng)抗洪搶險(xiǎn)救災(zāi)論壇論文集》，2007.3

[2]福州市閩江下游南港防洪工程（蓋山、義序段）分冊初步設(shè)計(jì)報(bào)告，福建省水利規(guī)劃院，2007年