南北方超深特大型水池工程實(shí)踐與對(duì)比分析

姜思宇

（廣東智能無(wú)人系統(tǒng)研究院（南沙） 廣州 511458）

0 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，特大型水池、污水處理廠、游泳池等的應(yīng)用愈發(fā)增長(zhǎng)［1-3］，對(duì)建設(shè)功能性試驗(yàn)水池的需求日益上升，其超大超深的特點(diǎn)及對(duì)施工過(guò)程中的變形的嚴(yán)格要求使得功能性試驗(yàn)水池成為建設(shè)重點(diǎn)難點(diǎn)［4-5］。

王鑫等人［6］就武漢市某大型超深科研水池設(shè)計(jì)及施工進(jìn)行分析探討，在地層存在膨脹性粘土的情況下，格形地連墻及雙排樁受力狀態(tài)良好，施工期間圍護(hù)墻變形均得到有效控制；魏慶晨［7］介紹了某大型水解池的檢測(cè)與鑒定過(guò)程，探討了該類型構(gòu)筑物的檢測(cè)、計(jì)算鑒定與加固情況，對(duì)同類型構(gòu)筑物的檢測(cè)鑒定有一定的工程參考價(jià)值；馮明［8］介紹大型鋼筋混凝土構(gòu)筑物考慮溫度應(yīng)力時(shí)的設(shè)計(jì)施工工藝，以及超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)的各種處理方法，并通過(guò)某大型污水處理池?zé)o粘結(jié)預(yù)應(yīng)力無(wú)縫設(shè)計(jì)實(shí)例，說(shuō)明無(wú)縫水池在經(jīng)濟(jì)性、耐久性和抗震性等方面的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

本文基于南、北兩地水池的施工工藝和完工情況進(jìn)行比較，針對(duì)功能性試驗(yàn)的超深超大試驗(yàn)水池施工重點(diǎn)分析，總結(jié)其關(guān)鍵技術(shù)措施和施工方法，可為類似工程提供借鑒。

1 工程概況

1.1 南方某項(xiàng)目水池設(shè)計(jì)情況（廣州市）

調(diào)試車間建筑面積6 016.92 m2，結(jié)構(gòu)形式為鋼結(jié)構(gòu)，車間設(shè)兩跨（48 m+18 m），西側(cè)跨內(nèi)設(shè)長(zhǎng)71.6 m、寬20 m、深15 m 的試驗(yàn)水池，側(cè)墻厚度1.6 m，底板厚度1.6 m，側(cè)墻高度15 m，其中1.6 m 厚側(cè)墻高度為9.3 m，0.7 m 厚側(cè)墻高度為5.7 m，其上配置550 t 起重設(shè)備；東側(cè)為18 m 跨總體調(diào)試所需物料裝配試驗(yàn)區(qū)等其他物料暫存區(qū)，其上設(shè)50 t 吊車用于物料搬運(yùn)，主要用于功能試驗(yàn)，如圖1所示。

圖1 南方水池實(shí)景照片F(xiàn)ig.1 Realistic Photos of the Southern Pool

1.2 北方某項(xiàng)目水池設(shè)計(jì)情況（沈陽(yáng)市）

北方某項(xiàng)目水池（見圖2）建筑面積5 500 m2，結(jié)構(gòu)形式為鋼結(jié)構(gòu)，車間設(shè)一跨（36 m），水池長(zhǎng)90 m，寬24 m，深15 m。混凝土為C30 防水混凝土，抗?jié)B等級(jí)為P8。側(cè)墻為帶肋式鋼筋混凝土懸臂結(jié)構(gòu)，高16.05 m，厚度0.6 m，頂標(biāo)高0.75 m。

圖2 北方水池實(shí)景照片F(xiàn)ig.2 Realistic Photos of the Northern Pool

勘察期間，場(chǎng)地內(nèi)部分鉆孔遇見地下水，地下水類型為孔隙潛水，微具承壓性，賦存在場(chǎng)地⑥中砂及其以下地層中，初見水位埋深為19.60～22.10 m，穩(wěn)定水位埋深為16.60～17.30 m，相應(yīng)標(biāo)高為34.01～35.26 m，地下水年變化幅度約為2 m。

2 南方某項(xiàng)目難點(diǎn)分析

2.1 水池超深基坑開挖變形控制

本工程基坑長(zhǎng)寬比達(dá)到3.22∶1，開挖深度達(dá)16 m，結(jié)構(gòu)上屬于易失穩(wěn)變形基坑。本項(xiàng)目場(chǎng)地地下水位埋深為1.15～3.15 m，地下水類型為第四系孔隙水、基巖裂隙水，地下水主要賦存在填土層及沉積砂層中。地下水位受大氣降水影響變化較大，總體地下富水性較差。因此，防止深大基坑開挖變形控制是本工程的重點(diǎn)、難點(diǎn)。

2.2 確保深厚淤泥地層中成樁質(zhì)量

本工程場(chǎng)地地貌為剝蝕海蝕堆積地形——三角洲平原，微觀地貌單元為珠江河床和河漫灘地貌。施工場(chǎng)地內(nèi)淤泥層厚度約為9.5 m、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層厚度約為11 m。土質(zhì)含水量大，淤泥層及淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層較厚，調(diào)試水池基坑支護(hù)樁孔身易塌孔及成樁時(shí)易形成樁身夾渣，因此確保深厚淤泥地層中成樁質(zhì)量是本工程施工控制的重點(diǎn)。

2.3 大體積混凝土施工質(zhì)量控制

本項(xiàng)目調(diào)試車間內(nèi)設(shè)置有一座71.6 m（長(zhǎng)）×20 m（寬）×15 m（深）水池（基坑深度為16 m），底板和側(cè)墻設(shè)計(jì)厚度均為1.6 m，部分區(qū)域設(shè)計(jì)厚度為2 m。

2.4 大體積混凝土施工要點(diǎn)及重點(diǎn)

水池底板厚為2～3 m，每次混凝土澆筑方量約3 400 m2，商品混凝土連續(xù)供應(yīng)，連續(xù)澆筑質(zhì)量控制難度大，水化熱和溫升控制難度大是重點(diǎn)。

大體積混凝土施工過(guò)程中，罐車數(shù)量多，施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地狹小，交通組織難度大。

3 技術(shù)工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 南方某項(xiàng)目水池施工工藝

3.1.1 施工總體流程

本施工三軸攪拌樁帷幕和坑內(nèi)加固?施工基坑支護(hù)灌注樁?施工基坑內(nèi)工程樁?放坡開挖土方至蓋梁底標(biāo)高?施工邊坡噴錨及蓋梁?待三軸攪拌樁達(dá)到齡期強(qiáng)度后開挖基坑土方?分層進(jìn)行土方開挖及樁間支護(hù)噴錨?開挖落底?施工基坑底板及側(cè)墻水池主體混凝土結(jié)構(gòu)?回填蓋梁以上放坡區(qū)域土方。

3.1.2 調(diào)試水池基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案

頂部1∶2.0放坡+雙排灌注樁+一道內(nèi)支撐。三軸止水帷幕+坑底加固進(jìn)行軟基處理。前排樁?1 200@1 000 mm，后排樁?1 000@3 000 mm，前排樁長(zhǎng)短樁間隔布置，后排樁均為長(zhǎng)樁，基坑支護(hù)平面布置圖如圖3所示。

圖3 基坑支護(hù)平面布置圖Fig.3 Layout Plan of Foundation Pit Support （mm）

3.1.3 土方開挖施工方法

根據(jù)本基坑設(shè)計(jì)要求及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，基坑開挖采用分段臺(tái)階開挖法（見圖4），分為3 個(gè)階段。土方第一階段采取拉坡直接一次裝運(yùn)，第二階段采用挖機(jī)接力翻土落底，第三階段基坑右側(cè)剩余土方采用長(zhǎng)臂挖機(jī)出土?？拥最A(yù)留30 cm 人工清底，出土平臺(tái)采用磚渣及鋼板進(jìn)行硬化。

圖4 各階段土方開挖示意圖Fig.4 Schematic Diagram of Earthwork Excavation in Each Stage

3.1.4 大體積混凝土施工要點(diǎn)及重點(diǎn)

水池底板厚為2～3 m，每次混凝土澆筑方量約3 400 m2，商品混凝土連續(xù)供應(yīng)，連續(xù)澆筑質(zhì)量控制難度大，水化熱和溫升控制難度大是重點(diǎn)。

大體積混凝土施工過(guò)程中，罐車數(shù)量多，施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地狹小，交通組織難度大。

3.2 北方某項(xiàng)目水池施工工藝

3.2.1 水池施工流程

場(chǎng)地平整?長(zhǎng)螺旋成孔壓灌樁施工?噴射混凝土施工→冠梁施工?錨索施工?土方開挖?邊坡支護(hù)（基坑降排水?土方開挖→水池防水及墊層施工?水池底板施工?水池側(cè)墻及肋板主體結(jié)構(gòu)施工。

施工順序：蓄水池包含2-1 段、2-2 段、2-3 段共3個(gè)施工段，自東向西進(jìn)行流水施工。

3.2.2 長(zhǎng)螺旋成孔壓灌樁施工流程

定位放線?啟動(dòng)樁機(jī)對(duì)準(zhǔn)樁位?樁機(jī)調(diào)平、鉆桿調(diào)直?關(guān)閉鉆頭閥門啟動(dòng)錘頭鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高?開動(dòng)混凝土輸送泵灌料、同時(shí)啟動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)提升鉆桿直至施工設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高?成樁完畢?停機(jī)移位至下一樁位，支護(hù)樁施工順序如圖5所示。

圖5 支護(hù)樁施工順序示意圖Fig.5 Schematic Diagram of the Construction Sequence of Support Piles

3.2.3 灌注樁施工工藝

⑴成孔工藝流程：鉆機(jī)進(jìn)坑組裝檢修?試運(yùn)轉(zhuǎn)?鉆樁至設(shè)計(jì)標(biāo)高?檢查成孔質(zhì)量?提鉆泵送混凝土?安放鋼筋籠?成樁?移鉆孔機(jī)至下一樁位。

⑵錨索施工工藝錨索成孔采用GY-2A 型鉆機(jī)，成孔直徑不小于150 mm，錨桿采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線制作，其強(qiáng)度不低于1 860 MPa。注漿液采用純水泥漿液，配比為0.45～0.55，注漿固結(jié)體強(qiáng)度不低于20 MPa，采用常壓注漿工藝，并及時(shí)進(jìn)行二次孔口補(bǔ)漿。注漿水泥采用32.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥。注漿用水中不含影響正常凝結(jié)與硬化的有害物質(zhì)。采取有效措施保證錨桿鋼絞線與注漿體的粘結(jié)強(qiáng)度。

腰梁采用熱軋普通槽鋼。腰梁兩腹凈距與錨孔位置一致，制作質(zhì)量應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。槽鋼背靠背防止，槽鋼在支點(diǎn)及跨中設(shè)置加勁肋板及連接綴板。腰梁每連至少兩跨，兩槽鋼街頭處應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2.4 大體積混凝土施工要點(diǎn)及重點(diǎn)

水池底板厚為2～3 m，每次混凝土澆筑方量約3 400 m2，商品混凝土連續(xù)供應(yīng)，連續(xù)澆筑質(zhì)量控制難度大，水化熱和溫升控制難度大是重點(diǎn)。

大體積混凝土施工過(guò)程中，罐車數(shù)量多，施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地狹小，交通組織難度大。

4 人材機(jī)法環(huán)循環(huán)控制及問(wèn)題分析

水池底板厚為2～3 m，每次混凝土澆筑方量約3 400 m2，商品混凝土連續(xù)供應(yīng)，連續(xù)澆筑質(zhì)量控制難度大，水化熱和溫升控制難度大是重點(diǎn)。

“水”一定是從最薄弱部位滲出，如發(fā)現(xiàn)滲漏點(diǎn)（采用環(huán)氧樹脂防水材料，可達(dá)到70 MPa 強(qiáng)度，高壓注漿方法）處理好以后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間有可能從其它薄弱部位再出現(xiàn)滲漏點(diǎn)，經(jīng)過(guò)反復(fù)檢驗(yàn)、處理和驗(yàn)證，觀察混凝土裂縫是否已穩(wěn)定或者繼續(xù)發(fā)展，最好是經(jīng)過(guò)豐水期的雨季（至少要經(jīng)幾場(chǎng)大雨的考驗(yàn)），這時(shí)期水池周邊的水壓力為最大（水池達(dá)到最不利的工況），在過(guò)程中不斷觀察，持續(xù)修復(fù)，隨著水池結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，外部水壓的變化，現(xiàn)在屬于觀察期，這也是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，無(wú)異常即可蓄水（觀察期：水池空載工況，觀察水池外水向內(nèi)驗(yàn)證；相反蓄水試驗(yàn)水池內(nèi)水向外驗(yàn)證，均無(wú)異常即為合格）。

經(jīng)過(guò)循序漸進(jìn)反復(fù)檢驗(yàn)的過(guò)程，無(wú)質(zhì)量問(wèn)題再進(jìn)行蓄水試驗(yàn)即為二次驗(yàn)證；另外，水池旁邊放置測(cè)定蒸發(fā)量的設(shè)備（復(fù)核測(cè)定同條件蒸發(fā)水量），采用直徑為50 cm，高30 cm 的敞口鋼板水箱，并設(shè)有測(cè)定水位的測(cè)針；經(jīng)水池蓄水過(guò)程水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均無(wú)異常，最終保證質(zhì)量，達(dá)到建筑設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論

多年來(lái)，大體積混凝土裂縫現(xiàn)象常有發(fā)生，所以必須采取有效的預(yù)防措施，對(duì)已經(jīng)產(chǎn)生裂縫的部位采取積極的修復(fù)對(duì)策。而在工程中，大體積混凝土裂縫現(xiàn)象屢見不鮮，但在具體實(shí)踐中要多觀察、多比較，出現(xiàn)問(wèn)題后多分析、多總結(jié)，做到科學(xué)管理，采取有效地預(yù)防措施，混凝土的裂縫是可以規(guī)避的。

南方水池結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工難度大，地質(zhì)條件極差等特殊性，經(jīng)過(guò)科學(xué)合理的管理，建設(shè)單位全程參與監(jiān)理一起質(zhì)量驗(yàn)收，上一道工序合格后，才能進(jìn)行下一道工序施工，現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題分析原因（原材料，混凝土配合比，人為因素，施工方法，環(huán)境因素等），有針對(duì)性的解決方案，保證實(shí)體質(zhì)量，一遍成功。

南北方水池驗(yàn)收合格，質(zhì)量控制措施有力，整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工方法合理，加強(qiáng)過(guò)程管控，選用合理的材料及混凝土配合比，即使在地質(zhì)條件極為復(fù)雜的情況下，保證了水池主體結(jié)構(gòu)沉降和水平位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，蓄水試驗(yàn)無(wú)異常，檢查驗(yàn)收及工程資料查均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，工程質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求、整體結(jié)構(gòu)安全可靠、觀感質(zhì)量合格、技術(shù)檔案資料完善，該項(xiàng)目順利通過(guò)驗(yàn)收。