农村饮水安全净水分厂改扩建工程基坑支护及降水工程设计说明

农村饮水安全净水分厂改扩建工程基坑支护及降水工程第第页设计说明工程概况为满足双流片区的供水需求，避免出现供水危机，成都市岷江自来水厂计划实施农村饮水安全净水分厂改扩建工程。本次勘察、设计工作由中国华西工程设计建设有限公司完成。本工程为拟建成都市岷江自来水厂农村饮水安全净水分厂技改工程基坑支护工程，项目位于成都市双流区刘家大林岷江自来水厂净水分厂南侧，金红路西侧，成温邛快速路北侧。拟建场地位于可通过水厂路等道路到达场地，交通条件良好。项目水厂总设计规模20万m3/d，新建建构筑物包括：配水井1座、两级混合絮凝斜管沉淀池2座、V型滤池及反冲洗泵房1座、清水池2座、加药间1座、自用水泵房1座、排水池1座、排泥池1座，配电中心1间；原水管道及厂内生产管线等。单体主要采用筏板基础，±0标高510.6m，基坑支护设计深度约2.0～7.7m，其中排泥排水池周边基坑深度较深，为5.3～7.7m，其余侧基坑2.0～4.7m。周边环境条件项目位于成都市双流区刘家大林岷江自来水厂净水分厂南侧，建设场地地形平坦，主要是耕地，具备较好的支护施工场地条件，具体周边环境条件如下：基坑南侧：基坑上口线距离用地红线0～8.2m，红线外约22m为成温邛快速路；上口线与成温邛快速路之间为耕地，可利用。无地下管线。基坑西侧：基坑上口线外存在一厂区排水渠，距离上口线2m，水渠宽约8m，水量不大。排泥池上口线北侧7.6m外存在二期泥渣脱水间在建工程，该单体先已完成基础浇筑。无地下管线。基坑北侧：基坑上口线为厂区道路，距离上口线距离3.7m～10m，道路宽6m，外侧为水厂清水池及其附属设施。无地下管线。基坑东侧：基坑上口线2.6m外为拟迁改排水渠，水渠尺寸2.5m×1.4m，水量不大；上口线外侧20.5m为市政道路金红路辅道及下穿隧道。三、场地的工程地质概况3.1地形地貌建设场地地形平坦，主要是荒地，局部有堆土。场地在地貌单元属金马河I级阶地。勘察期间测得钻孔孔口高程506.77～509.23m，高差2.46m。3.2地层结构据钻探揭露和现场调查，场地土层主要由第四系全新统人工填土层（Q4ml）、第四系全新统湖沼沉积层（Q4hl）第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）组成。现将各地层分述如下：①1杂填土（Q4ml）：色杂、松散、稍湿，以回填碎砼块、碎石为主，厚度约0.7～1.5m，池出露于地表。①2素填土（Q4ml）灰色，稍湿～湿，主要由回填的粉土组成，含有植物根系、腐殖质等有机质，含少量硬杂质。层厚0.6～1.2m，出露于地表，常受人类活动扰动，固结差，为欠固结土。②淤泥质土（Q4hl）：灰色、黑色，饱和，多呈流塑状，成分以黏粒为主，含有机质。主要分布于场地西侧的池塘中，拟建自用水泵房和配电中心位置。③粉土，灰黑色，稍湿～湿，中密，主要由粉粒、砂粒组成，切面粗糙，摇震反应迅速，干强度一般，韧性差。本层厚度0.5～5.7m，平均厚度1.9m，层顶标高507.06～508.53m，层底标高501.76～507.61m。本层土在场地内分布广泛。④细砂（Q4al+pl）黄色，湿，松散，矿物成分以石英、长石为主，细砂主要呈薄层状分布在卵石顶板上，层厚0.3～0.7m，平均层厚0.5m，层顶标高505.09～507.61m，层底标高504.60～507.21m。⑤卵石（Q4al+pl）：杂色，湿～饱和，以密实为主。卵石的母岩成分以石英岩、花岗岩、闪长岩等耐风化的火成岩为主，磨圆、分选好，卵石骨架之间多以中砂充填。卵石顶板埋深0.6～6.5m，标高501.79～508.09m，卵石层厚度较厚，勘察期间未能揭穿卵石层。勘察将卵石分为⑤1松散卵石、⑤2稍密卵石、⑤3中密卵石、⑤4密实卵石四个亚层。⑤1松散卵石：卵石含量50～55%，分布均匀性差，排列十分混乱，且完全不接触，卵石粒径2～4cm。⑤2稍密卵石：卵石粒径4～8cm，个别最大粒径大于10cm，卵石分布较均匀，含量55～65%，且大部分不接触。⑤3中密卵石：卵石粒径5～10cm，最大粒径15cm以上，卵石骨架含量约为65～70%，呈交错排列，大部分接触。⑤4密实卵石：卵石粒径多为6～15cm，最大粒径大于20cm，卵石含量大于70%。3.3场地水文地质条件建设场地内的地表水的主要是沟渠流水，水量不大，对工程建设影响较小，施工期间将对沟渠采取迁改措施。场地内的地下水主要是赋存在卵石层中的孔隙潜水。地下水主要通过地下径流的形式接受补给和向外排泄，地下水位年变化幅度为2.0~3.0m。每年12、1、2月为枯水期，7、8、9月为丰水期。勘察期间处于平水期，测得场地地下水位埋深3.7~6.2m，标高502.33~503.26m，平均502.82m，取509.60m作为场地抗浮设防水位。砂卵石层的渗透系数K值采用30m/d。场地内地表水和场地土对混凝土结构和钢筋混凝土中的钢筋具有微腐蚀性。本工程地下无钢结构，可不考虑对钢结构的腐蚀性。3.4岩土层的工程特性指标场地主要地基土物理力学设计指标见表：岩土名称重度γ(kN/m3)抗剪强度承载力特征值fak(kPa)地基基床系数K(MPa/m)岩土体与锚固体的极限粘结强度标准值frbk(kPa)粘聚力标准值Ck(kPa)内摩擦角标准值φk(度)杂填土①118.55*5*//20素填土①218.56*6*//20淤泥质土②16.0/////粉土③19.01716130/35细砂④20.0/2480/50松散卵石⑤120.5/301802090稍密卵石⑤221.0/3535030130中密卵石⑤322.0/3855050180密实卵石⑤423.0/4080080220四、设计依据1、《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)2、《基坑土钉支护技术规程》（CECS96：97）3、《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)4、《岩土锚杆(索)技术规程》(CECS22:2005)5、《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)6、《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)(2009年版）7、《建筑基坑工程监测技术标准》（GB50497-2019）8、《建筑深基坑工程施工安全技术规范》（JGJ311-2013）9、《四川省建筑地基基础检测技术规程》（DBJ51/T014-2013）10、《建筑与市政工程地下水控制技术规范》（JGJ111-2016）11、《管井技术规范》（GB50296-2014）12、《工程测量标准》（GB50026-2020）13、《建筑变形测量规范》（JGJ8-2016）14、《危险性较大的分部分项工程安全管理规定》住建部令（2018）37号文15、建设单位提供的基础平面图(电子版)16、本工程岩土工程勘察报告五、基坑支护方案选择(1)根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)及《成都地区基坑工程安全技术规范》（DB51/T5072-2011）规定，本基坑靠二期泥渣脱水间区域基坑安全等级为一级，其余基坑安全等级为二级，基坑周边安全荷载按15KPa设计，基坑合理使用年限为12个月，自基坑开挖之日起算。(2)目前成都地区通常采用的基坑支护有：放坡、土钉支护、复合土钉墙、排桩、锚拉桩、桩+内支撑。这些支护方式中，其中放坡、土钉支护、复合土钉墙需要足够的场地进行放坡，支护形式较简单、经济，适用于开挖深度小、周边条件简单的基坑；悬臂桩、桩+预应力锚索、桩+内支撑的施工工艺复杂、造价高，适用于开挖深度大、场地无条件放坡，周边条件较复杂的基坑。(3)本工程特点：①基坑开挖深度：本工程基坑开挖深度为2.0～7.7m。②地层特点：基坑土体主要是杂填土、素填土、淤泥质土、粉土及砂卵石地层，基坑土层特别是上部杂填土、素填土、淤泥质土、粉土、砂土抗剪强度较差，自身稳定性较差，应采取合理的支护措施。③周边环境：根据本工程周边现状，拟建场地主要为耕地，且局部经业主协调后可临时支护至红线外，故场地具备自然放坡条件。而西侧坑顶存在泥渣脱水间，对基坑变形较敏感，且场地周边无自然放坡条件。(4)基坑支护方式选择由于本工程基坑开挖深度2.0～7.7m，大部分区域具备自然放坡条件，考虑坑顶堆载15kPa，拟采用放坡网喷及复合土钉墙的支护体系；而西侧坑顶存在泥渣脱水间，周边环境较复杂，拟采用双排桩结构体系进行支护。基坑支护方案详见平面布置图和支护剖面图。(4)基坑降水方式选用管井降水，辅以排水沟、集水井明排。六、基坑支护设计(1)主要支护参数：1-1支护剖面(ABCDEFG/HJ/OKH段)：基坑开挖深度2.0~4.1m，采用放坡网喷支护，放坡坡比1:1.5，面层挂网喷砼；2-2支护剖面(GI段)：基坑开挖深度4.1m，采用复合土钉墙支护，放坡坡比1:0.5，设置4排土钉，长度分别为：5m、5m、4m、3m，面层挂网喷砼；在坡顶位置设置2排微型钢管桩，桩长6.0m，间距1.1m，排距0.8m；3-3支护剖面(UPQRST段)：基坑开挖深度5.3~7.1m，采用放坡网喷支护，放坡坡比1:1.5，面层挂网喷砼；4-4支护剖面(TU段)：基坑开挖深度7.7m，采用双排桩+放坡网喷支护，排桩桩径1.2m，桩间距2.0m，桩长18.0m，嵌固深度12.3m，桩排距5.5m，桩顶以上2m高基坑按1:1.5放坡，挂网喷砼；(2)土钉支护面层采用挂网喷砼封闭，喷射砼厚80mm，钢筋网间距200×200mm，加强钢筋间距同土钉排距。(3)材料的材质及强度要求：①喷射砼/围护桩桩芯、连梁及冠梁砼：C20/C30②土钉、微型桩注浆材料：M30水泥砂浆③土钉杆体材料：C25螺纹钢筋(HPB400级)④微型桩杆体材料：∅108δ4.0钢管⑤面层钢筋网片材料：∅8.0钢筋(HPB300级)⑥土钉面层加强筋材料：C14钢筋(HRB400级)⑦排桩、连梁、冠梁箍筋材料：∅10.0钢筋(HPB300级)⑧排桩主筋材料：C25钢筋(HRB400级)、C28钢筋(HRB400级)⑨排桩加劲箍、冠梁主筋材料、连梁主筋材料：C18钢筋(HRB400级)⑩桩间面层加强筋材料：C16钢筋(HRB400级)七、基坑降排水设计(1)根据场地勘察报告，卵石层渗透系数K=25m/d，场地类型为Ⅱ类，含水层为单层，属降水工程的中等复杂场地。根据区域降水经验及规范，本项目采用管井降水，降水井间距为25.0m左右，降水井深度按20.0m设计，共布置降水井35口，同时对整个基坑辅以明排进行排水。沉淀池的设置根据现场市政管网分布情况布置，拟设4个沉淀池。(2)降水井构造：降水井成孔直径600mm，管径300mm（内径），其中上部井壁管2.5m，下部缠丝滤水管15m，沉砂管2.5m，井管外侧管外侧围填∅5-10mm规格砾石。(3)在支护结构壁面设置排水孔，间距3m，土层中排水孔深度为0.5m，卵石层不设排水孔，排水孔采用∅50PVC管，仰角10°，PVC管上螺旋状钻∅10孔，间距100mm，对有渗水地段增设排水孔。(4)坑顶地面整平，基坑顶面翻边以外至围墙间用C15砼硬化，厚80mm，防止地表水下渗。八、监测方案及巡视要求(1)、建设单位应委托有资质的第三方对基坑进行变形监测。(2)、监测内容：周边建筑、管线及地表竖向位移监测，基坑顶位移、沉降，地下水位观测，周边建筑、地表裂缝情况。(3)、基坑边坡顶部水平位移及竖向位移监测点应沿基坑周边布置，基坑周边中部布置监测点，监测点间距不大于20m，且每边监测点数目不少于3个，基坑监测点宜布置在基坑顶，建筑监测点布置在建筑角点或中点。(4)、监测预警值网喷、复合土钉墙支护段基坑顶位移：50mm，变形速率为5mm/d，开挖过程中基坑变形不超过基坑开挖深度的0.8%；基坑顶沉降：40mm，变形速率为4mm/d，开挖过程中基坑变形不超过基坑开挖深度的0.6%；双排桩支护段：基坑顶位移：30mm，变形速率为3mm/d，开挖过程中基坑变形不超过基坑开挖深度的0.3%；基坑顶沉降：20mm，变形速率为2mm/d，开挖过程中基坑变形不超过基坑开挖深度的0.2%；其他监测项目预警值详见《建筑基坑工程监测技术标准》(GB50497-2019)。(5)、观测频率①、基坑开挖前，进行设点并进行初始观测；②、基坑开挖深度小于3m，每两天监测一次；基坑开挖深度3～6m，每天监测一次；基坑开挖深度6～9m，每天监测两次；③、基坑开挖到设计标高后，基坑变形稳定后，原则上每周监测一次，基础施工完成后同时连续三次监测无变化，可将观测频度调整至15天一次，直至回填；④、遇特别险情或特大暴雨，应加密观测频率。在坑顶增加荷载时或有其他异常情况时增加观测频率。(6)、基坑巡视：基坑开挖期间及完成后，每天对基坑进行巡视，巡视内容包括：基坑周边及地表开裂、基坑支护结构变形开裂、地下水变化及支护结构渗水。若有变化，则需增加监测和巡视频率。九、检测要求(1)原材料：水泥、砂石、钢材作原材料检测。(2)喷砼强度：每500m2制作试块一组。(3)土钉：抗拔承载力检测，不宜少于总数量的1%，且同一土层的检测数量不少于3根。(4)排桩：采用低应变动测法进行桩身完整性检测，数量100%。每台班制作试压块一组。十、土方开挖要求(1)对基坑周边开挖线以外土方进行清理，使之不高于基坑支护设计高程。(2)土方开挖时，基坑中间应低于基坑周边，防止基坑周边集水，影响护壁安全。(3)土钉、网喷支护范围段，土方应分层分段开挖，每层高度不超过1.5m，每段长度不超过20m。(4)基坑周边每层开挖至土钉标高以下0.5m位置，然后施工土钉。（5）上层支护完成后，养护时间应大于2d，并且达到设计强度的70%后，方可进行下层土方开挖。(6)桩间支护每层开挖高度不超过2.0m，采用小型挖掘机挖至两桩最小净距处。(7)软土、砂层开挖应分层分段进行，每层高度不超过0.5m，分段长度不超过10m。(8)基坑开挖过程中，应采取措施防止碰撞支护结构、或扰动基底原状土。(9)发生异常情况时，应立即停止挖土，并应立即查清原因和采取措施，方能继续挖土。(10)马道应分层挖除，每层待支护施工完成后方能进行下层开挖。(11)马道两侧放坡坡比不小于1:1。(12)若地层透水性差，开挖后有未疏干的地下水，应在基坑内远离基坑护壁位置挖超前集水坑，排出坑内集水。十一、施工顺序(1)场地标高和定位测量(包括基础轴线、基础外缘线、基坑开挖线和降水井位等)。(2)清理基坑开挖线至红线范围内土方，使之不高于设计标高。(3)围护桩成孔、钢筋制安、浇桩芯砼。(4)桩顶冠梁、连梁施工，对冠梁边至放坡坡脚硬化。(5)施工钢管桩、降水井，安装降水管路。(6)设变形观测点。(7)土石方开挖（按土钉排距分层开挖）→修整边坡，埋设喷射混凝土厚度控制标志→挂钢筋网→喷射混凝土→施工土钉→土钉注浆→连接主筋→下层土石方开挖→……(8)分层开挖土体至设计标高，设置坡面的排水系统。十二、施工要点(1)施工前必须结合相关基础图，并复核红线与主体结构的位置，校核无误方可实施，如基坑位置、底标高与基础图不符，以基础图为准，保证结构的施工要求，并及时通知相关设计单位。(2)施工前，应复核场地标高与设计图纸是否相符，若不符，应进行场地平整，若不能平整，则需重新设计。(3)开挖前，应复核场地施工范围内地下管线情况，土方开挖、支护桩、降水井、土钉及排水孔施工应避开管线，确保管线安全。(4)排桩施工按浇灌水下砼施工方法施工，成孔后，应在4小时内完成砼浇灌。(5)桩间开挖后，应在两小时内完成封闭。(6)若排桩距围墙较近，冠梁开挖时，需对围墙作必要的支撑，防止冠梁开挖引起围墙的倒塌。(7)图中降水井布置为示意图，施工过程中可根据现场情况作适当调整。降水井水经沉砂池沉淀后排入市政排水管道；沉砂池布置可根据现场情况灵活调整确定。(8)严格控制成井和洗井质量，确保含砂率不超过1/100000。(9)施工现场必须有备用电源，防止因停电使降水中断。(10)基坑开挖时，必须分段开挖，分段支护，严禁无序大开挖和大范围开挖作业。(11)土钉施工遇降水井时，应适当调整土钉位置或方向避开降水井，同时注浆时注意防止水泥浆流入降水井使降水井不能工作。(12)土方开挖后，应在两小时内完成封闭。(13)若开挖上口线距围挡较近，开挖时，需对围挡作必要的支撑，防止土方开挖引起围挡的倒塌。(14)出现工程地质条件与勘察报告不符或施工现场情况与设计条件、要求不符的情况时，须及时通知设计单位。十三、危大工程施工要求及建议1、基坑支护工程可能存在的安全风险本基坑最大开挖深度7.7m，属于超过一定规模的危险性较大的分部分项工程，本工程可能存在的安全风险如下：实际地质情况或施工中出现的异常情况与勘察、设计可能有出入，按现有方案实施可能存在安全风险，施工过程中要注意调查核实地质条件。因周边堆载超过设计超载，可能导致基坑变形过大、失稳直至垮塌，应严格控制基坑周边荷载。基坑变形超限，可能导致周边建（构）筑物、管网受损，应加强巡查和监测。锚杆施工，可能损坏周边管网等地下设施，施工前要对地下管线进行详细调查，并根据管线查询及调查结果，制定相应地下管线保护方案（措施），必要时，与地下管线权属单位签署地下管线保护协议。土方开挖可能破坏支护体系，基坑存在安全隐患，实际施工时，应有专人指挥。土方开挖可能发生超挖情况，导致基坑在某一工况失稳，实际施工应尽可能使实际施工的各个阶段，与计算设定的各个工况一致。（1）基坑开挖深度范围内均为第四系松散层，开挖深度大，基坑变形或基坑失稳，对周边环境影响较大，如道路、管网、相临建筑物等。（2）地下水位位于开挖深度以下，施工时若采取管井降水措施，会造成砂土流失，导致基坑周边地面及管网、相临建（构）筑物的沉降。严重时可能导致地基持力层充填物流失、卵石密实度下降。其他风险：（1）基坑工程存在较大的机械伤害风险，应严格落实劳保措施，加强人员安全意识，定期安全教育培训。（2）触电事故是基坑工程易发的安全问题，应加强人员安全用电培训。（3）基坑工程坠落事故频发，应防止工作人员上下基坑时坠落以及自作业平台边坠落，切实做好临边防护等工作。2、安全施工要求及建议（1）基坑施工前应制定详细的安全文明施工措施，专项施工方案应组织专家进行“危大工程”论证。（2）基坑开挖过程中，若通过监测发现基坑或周边建筑物等变形较大，需立即停止开挖，必要时采取反压等方式进行处理。（3）本基坑设计尚未考虑施工现场临时堆载、临舍位置等，施工单位在编制施工现场总平面布置图时应及时与设计沟通。（4）基坑周边设置车辆通道时，应距离基坑上口线1.5倍基坑深度以外，道路应为刚性路面，且厚度不得小于300mm，并确保车辆荷载能均匀传递至下部坑壁土体；不得在基坑边会车。（5）支护结构在使用过程中，基坑周边3.0m范围内不得堆载，范围外堆载不得大于设计荷载。（6）基坑作业前应按设计要求对场地进行平整，对影响基坑施工的围墙进行拆除后改为轻质围墙并移至建筑红线位置，留出机械设备操作空间。（7）本基坑支护设计使用年限为一年，当使用超过一年时，需业主委托第三方专业单位对基坑安全进行鉴定。（8）基坑南侧、东侧侧局部上口开挖线超用地红线，施工前应与相关单位协调，经同意后方可实施。十四、应急处理措施基坑在土方开挖、基坑支护以及基础施工过程中，应采取信息化施工，加强对支护结构及基坑周边影响范围内的建筑物及管线进行沉降、变形观测，如监测结果达到预警值，应分析原因并采取应急措施：(1)在基坑内堆土反压：不管是什么原因造成变形过大的，都必须保证基坑暂时稳定，然后检查原因，再根据不同的情况采取具体治理措施。(2)基坑周边警戒：在基坑顶部和基坑内1.5倍基坑深度范围内，实行警戒。(3)坑顶防水：对基坑顶部产生的裂缝，确保人员安全的情况下，及时修补，作好