某電廠補充水泵房深基坑支護方案比選

　　關(guān)鍵詞：管樁,止水帷幕,鋼管支撐

　　1、引言

　　某電廠補充水泵房位于天津市漢沽區(qū)南部沿渤海區(qū)域海灘上，該區(qū)域地形平坦，地面回填標高為4.6m。土質(zhì)以淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉土和粉質(zhì)粘土為主，屬軟弱土地區(qū)。泵房基坑呈矩形：40.25m×24.5m，底標高為-8.4m，基坑深度13m，安全等級屬一級，地基復雜程度屬中等。

　　本工程主要是根據(jù)不同的土質(zhì)和基坑深度，確定不同的基坑開挖及支護型式，既能夠保證結(jié)構(gòu)的安全可靠，又經(jīng)濟實用。

　　2、方案比選和確定

　　2.1概述

　　基坑維護主要有三種類型，分別是放坡開挖、自立式擋墻和板式支護體系。放坡開挖主要是場地周邊開闊，開挖深度較淺時采用，必要時設置多級放坡與坡體平臺，坡體的表面應設置砼面層，周圍有降水、排水措施。自立式擋墻是淺坑的首選型式，止水帷幕解決土體的自立性、隔水性，只能用于深度小于5m的基坑。這兩種形式的基坑維護結(jié)構(gòu)主要用于基坑深度比較淺的情況，以上兩種型式均不適用與本程。結(jié)合現(xiàn)場的實際情況，決定采用第三種板式支護體系型式，該型式采用基坑周邊支護體+坑內(nèi)支撐體系，維護體系主要有鋼板樁、型鋼水泥土攪拌墻、鉆孔灌注樁排樁和地下連續(xù)墻四種型式。一般板樁型式的開挖深度一般不大于10m，型鋼水泥土攪拌墻深度一般不大于13m，鉆孔灌注樁排樁一般開挖深度不大于15m，地下連續(xù)墻的最大的深度可達35m，根據(jù)以上的情況，適合本工程的維護型式就是鉆孔灌注樁排樁和地連墻兩種結(jié)構(gòu)。

　　支撐系統(tǒng)主要有鋼筋混凝土支撐和鋼支撐兩種型式，鋼筋混凝土支撐一般用與平面結(jié)構(gòu)較復雜的基坑，該種支撐剛度相對較大，對于減小周邊土體變形有力，但是要求在混凝土強度達到一定值后方可形成支撐，工期長且需要爆破拆除，不適于本工程。故選用鋼支撐這種型式，鋼支撐可以回收重復利用，減少資源浪費，施工架設速度快，拆撐方便等特點。支撐體系由管撐、鋼圍檁及混凝土冠梁組成。鋼管分兩層進行支撐，標高分別為-1.4m和-4.4m，首層支撐在混凝土冠梁上，二層支撐在鋼圍檁上。冠梁截面尺寸為1.1m×0.8m，鋼圍檁采用雙拼500×300×11×18H型鋼，鋼管支撐采用φ609鋼管，壁厚16mm，對撐中部設置兩排立柱樁及鋼系桿以增強支撐的穩(wěn)定性�；�坑及鋼支撐見圖1.基坑及鋼支撐圖

　　2.2方案比選

　　2.2.1地連墻

　　⑴設計方案：

　　墻寬為0.6m，深15m，澆注混凝土量為3192方，鋼筋約380t。

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　　測量放線→導墻施工→地下墻成槽→清基→鋼筋籠吊放→砼澆注→墻后注漿

　　a. 測量放線：由業(yè)主提供正確的基點、導線和水準點，在施工場地內(nèi)設立測量導線網(wǎng)和水準點，施工前進行復核以確保放線的準確性。

　　b. 導墻施工：導墻砼標號C20，導墻形式采用“┒┎”型。

　　c.成槽施工：采用法國索萊唐日公司的“HF4000”銑削式成槽機及日本“真砂”繩索式液壓抓斗成槽機，挖土成槽施工。

　　d.鋼筋籠的制作與吊放，鋼筋籠采用一部100t吊車和一部50t吊車聯(lián)合起吊，起吊時主鉤起吊鋼筋籠頂部，副鉤起吊鋼筋籠中部，采用多組葫蘆平衡起吊，使鋼筋籠逐漸起高轉(zhuǎn)而垂直，慢慢入槽，鋼筋籠不允許發(fā)生不可恢復的變形，并用8#槽鋼焊接擱于導墻面上，控制其標高。

　　e.導管布置和水下砼澆注：砼采用導管法澆注水下混凝土，鋼筋籠入槽后，放置兩根或一根導管于鋼筋籠中，砼導管選用φ250的圓形螺旋快速接頭型，長度每節(jié)2~2.5米，用吊車依次將接長的導管吊入槽段的規(guī)定位置，直至槽底50cm左右的標高，然后設置混凝土機架，導管頂端安上方形漏斗，準備澆注混凝土。

　　2.2.2鉆孔灌注樁排樁

　�、胚x用方案：經(jīng)核算后，決定采用鉆孔灌注樁排樁的形式，并用φ600PHC預應力高強混凝土管樁替換灌注樁，這樣大大的縮短了施工工期、施工難度和施工成本。樁型為PHC-C600(110)-14,樁長14m，設計樁頂標高為-1.4m，設計樁底標高為-15.6m，止水帷幕采用φ700雙軸水泥土攪拌樁，樁長15.6m。設計樁頂標高為±0m，設計樁底標高為-15.6m，被動區(qū)基坑底3m深內(nèi)做水泥攪拌樁兩排，直徑為φ700mm，作為加固，頂標高為-7.6m，底標高為-10.6m。

　�、� 施工原理

　　以隊列的形式間隔布置PHC管樁做為主要的擋土結(jié)構(gòu)，管樁間距為70cm，維護體剛度較大，外側(cè)設置封閉的雙層水泥土攪拌樁，作為止水結(jié)構(gòu)。

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　　PHC管樁打設→深層攪拌樁→一層開挖→周圍設置排水、降水設施→冠梁施工→第一道支撐體系施工→二層開挖→第二道支撐體系施工→開挖至基坑底

　　⑹操作要點

　�、� PHC管樁打設

　　測量定位→底樁就位、對中調(diào)直→錘擊沉樁、打至設計標高

　　a.測量定位：由測量人員進行，按施工圖樁位軸線控制點逐個放樣，并在樁位中心點打入長約30cm鋼筋，防止樁位誤差偏大。

　　b.樁底就位、對中、調(diào)直：樁底就位前，應在樁身做出長度標記并對中，要求樁身垂直、樁身、樁帽和樁錘中心線重合。樁身垂直度偏差不得大于0.5%，否則不得開錘。

　　c.錘擊沉樁：沉樁過程中要始終使樁錘、樁帽和樁身中心線重合，嚴禁偏打。沉樁應力求連續(xù)施工，中途不得人為停錘。出現(xiàn)樁身傾斜、位移或樁身、樁頂破損，應查明原因，經(jīng)處理后方可繼續(xù)施工。

　　d.沉樁時，以標高控制為主。

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　　樁機定位→攪拌下沉、噴漿→提升攪拌噴漿→重復攪拌下沉、噴漿→提升攪拌噴漿→清洗→移位

　　a 樁機定位：利用起重機或開動絞車將樁機移動到指定樁位。導向架和攪拌軸應與地面垂直，垂直度的偏差不應超過0.5%。

　　b 攪拌下沉：當水循環(huán)正常，啟動攪拌電機，使攪拌機沿導向架切土攪拌下沉，下沉速度由電流表監(jiān)控;同時按預定配比拌制水泥漿，開啟灰漿泵，使水泥漿連續(xù)自動噴入地基，并保持出口壓力為0.4～0.6MPa，攪拌機邊旋轉(zhuǎn)邊噴漿邊按已確定的速度下沉，直至設計要求的樁底標高。攪拌頭如被軟黏土包裹時，應及時清除。

　　c 噴漿攪拌提升：攪拌機下沉到設計深度后，開啟灰漿泵，使水泥漿連續(xù)自動噴入地基，并保持出口壓力為0.4～0.6MPa，攪拌機邊旋轉(zhuǎn)邊噴漿邊按已確定的速度提升，直至設計要求的樁頂標高。攪拌頭如被軟黏土包裹時，應及時清除。

　　d 重復攪拌下沉：為使土中的水泥漿與土充分攪拌均勻，再次將攪拌機邊沉入土中，直到設計深度。

　　e 重復攪拌提升：將攪拌機邊旋轉(zhuǎn)邊提升，再次至設計要求的樁頂標高，并上升至地面，制樁完畢。

　　f 移位：重復上述(1)～(5)步驟，進行下根樁施工。

　�、� 冠梁及管樁內(nèi)混凝土澆注

　　a.冠梁鋼筋綁扎：在基坑底澆注10cm墊層，用于冠梁測量放線，使用全站儀將冠梁邊線放出來，每5m放一個點，使用墨線將冠梁邊線放在墊層上，使用腳手管做為架體，綁扎鋼筋，在綁扎鋼筋的過程中，做好基坑內(nèi)的排水，為鋼筋綁扎提供良好的作業(yè)面。

　　b.冠梁模板支立：冠梁上用來支撐鋼管的牛腿采用鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)，并在牛腿上預埋70cm×60cm的鋼板，錨筋采用Φ12螺紋鋼，長度為30cm，冠梁分兩層澆注，第一次澆注的高度為0.8m，第二次澆注高度為1.4m，靠近深攪樁一側(cè)不支立側(cè)模板，另外一側(cè)支立側(cè)模板，模板板面采用1.4cm的木膠板，橫向圍檁采用5cm×10cm的方木，沿高度方向設置三道，豎向立柱采用φ48×3.5mm的雙腳手管，間距為60cm，模板采用φ14拉條進行加固，另外一端固定在管樁內(nèi)Φ25的豎向鋼筋上，沿0.8m的高度上設置三道。

　　c.冠梁混凝土澆注：冠梁混凝土型號為C30，采用拌和站集中拌和，然后使用2臺9m3罐車運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，坍落度控制在16cm左右，使用一臺臂長42m的汽車泵進行混凝土澆注，澆注時，分兩層澆注完成。使用Φ50的插入式振搗棒進行振搗。

　　d.砼養(yǎng)護：混凝土澆筑完后表面用木抹子壓實搓平，已澆筑的混凝土，應在12h內(nèi)覆蓋并適當澆水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不少于7d，現(xiàn)場留置同條件試塊，3天后進行試壓，要求混凝土的強度達到設計強度的75%以上，才能進行第一層鋼支撐預應力施加。

　　④鋼支撐施工

　　一層鋼支撐采用φ609×16mm的鋼管，中間設置6根，對撐在冠梁預先埋好的鋼板上，鋼板尺寸為620×620×20，錨筋采用φ12長度30cm的二級螺紋鋼，四個角處，每處設置四根φ609×16mm鋼管，斜撐在冠梁的牛腿上，牛腿上的截面尺寸為620×800(h)。

　　a.一層鋼支撐：在圍堰的東西兩側(cè)中間的位置，各設置一個加寬段，加寬段的長度和寬度均為10m，做為吊機站位平臺。使用1臺50噸吊機，將鋼管分節(jié)吊放到支撐的位置，然后使用5t的導鏈，進行拼裝。當冠梁的混凝土強度達到設計強度后，使用千斤頂施加預應力。當預應力達到設計值后，將厚度2cm的楔形鋼板打入活絡節(jié)內(nèi)，然后撤出千斤頂。鋼支撐安裝完成。

　　b.第二層支撐體系采用φ609壁厚16mm鋼管支撐撐在鋼圍檁，鋼圍檁為雙拼500×300×11×18H型鋼，用14#槽鋼吊掛鋼圍檁，間距2m，上部焊接在冠梁預埋鋼板上，預埋鋼板的尺寸為200×300×20，錨筋長度為30cm，數(shù)量為4根，鋼圍檁須焊接形成一個平面封閉框架，保證連接節(jié)點及角點等的受力性能連續(xù)而不損失，鋼圍檁上，每隔3m設置三塊厚度16mm的加緊肋。鋼圍燷與圍護PHC管樁之間用C30混凝土填實，確保兩者接觸面平整可靠。待砼達到強度時，支撐才能施加應力。斜撐上的鋼牛腿，面板采用600×500×20的鋼板塊，內(nèi)部使用2塊2cm的鋼板作為加緊肋。租賃標準支撐管節(jié)和活絡節(jié)，進入現(xiàn)場后，使用1臺50t吊機進行現(xiàn)場拼裝。

　　c.鋼圍檁拆除，鋼圍檁拆除時，首先拆除角處的鋼支撐，然后再拆除中間對撐，在拆除鋼支撐時，測量跟蹤觀測，發(fā)現(xiàn)異常情況，及時停止施工，以免造成人員傷亡。拆除時，斜撐分兩次拆除完成，在中間搭設腳手架，用來支撐鋼管。用氣焊將楔入活絡節(jié)內(nèi)的鋼板割斷，撤出管撐內(nèi)的預應力，拆除螺栓，將管撐分節(jié)拆除。

　�、� 基坑監(jiān)測

　　為確保基坑內(nèi)和周邊環(huán)境的安全，施工中加強監(jiān)測與監(jiān)控，在冠梁的頂部的四個角點及各邊中點布設觀測點，布設時，布置在管撐中間;另外在基坑中部的立柱樁中心位置設置觀測點。觀測點使用紅油漆作為標識，在開挖過程中，要進行連續(xù)觀測。開挖完成后，每天觀測一次，連續(xù)觀測七天后，若未發(fā)現(xiàn)異�，F(xiàn)象，每7天觀測一次，連續(xù)觀測一個月后未發(fā)現(xiàn)異常情況時，每15天觀測一次，直至下部回填完成，同時每天對基坑周圍的情況進行觀察。觀測后，及時整理繪制出各觀測點的變化曲線。

　　3、工藝實施效果

　　3.1實施效果

　　在深基坑施工過程中，未發(fā)現(xiàn)基坑有較明顯的變形，通過這種深攪樁止水，管樁作為擋土結(jié)構(gòu)，內(nèi)部采用鋼支撐的施工方案，支護和止水效果滿足設計和施工的要求，而且大大的縮短了工期，節(jié)約了成本，減少了資源浪費。

　　3.2實踐中的經(jīng)驗和教訓

　　⑴管樁的上浮。本支護工程中，管樁的設計間距為70cm，管樁的直徑為600mm，即管樁之間的空隙為10cm。間距較小，原地面較高，打設后需開挖澆注冠梁，因此，在這種淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土中打設管樁，容易造成先打設的管樁被后打設的管樁擠壓，而出現(xiàn)上浮現(xiàn)象。為避免這種現(xiàn)象的大面積的出現(xiàn)，應先將整個機位范圍內(nèi)的管樁打設至原地面標高，再將整個樁位范圍內(nèi)的管樁進行送樁，并注意觀察。

　�、乒軜兜拇怪倍取Ｖёo工程施工中，為了降低支護工程的造價，預留的基坑內(nèi)的工作面一般為1.0m左右。因此，在管樁的打設過程中如果垂直度控制不能滿足設計要求，將會造成管樁偏移過大，占用預設的工作面，而造成實際的工作面狹窄，施工作業(yè)困難。另外，對深基坑支護，在架設二層支撐的鋼圍檁時，難以使鋼圍檁與支護管樁緊密接觸，支護管樁受力不均勻，影響支護效果。

　　⑶攪拌樁的均勻性。攪拌樁的均勻性可影響到帷幕樁的止水效果，本工程設計攪拌樁為兩噴兩攪，雖然止水效果尚可，但從實際情況來看，均勻性較差，且難以達到設計要求的強度。如果改為兩噴四攪，相信止水效果將會更好。

　　4、效益評估

　　4.1地連墻支護

　　導墻混凝土：304m3×860元=26.144萬元;

　　地連墻澆注混凝土：3192m3×750元/m3=239.4萬元;

　　地連墻鋼筋:380噸×4800元/噸=182.4萬元

　　鋼支撐鋼管租賃：102噸×10元/t·天×120天=12.24萬元。

　　鋼支撐型鋼原材料：15t×(5500-2500)元/t=4.5萬元;

　　鋼支撐安裝及支拆：117t×1100元/t =12.87萬元;

　　合計：477.55萬元。

　　4.2管樁與攪拌樁聯(lián)合支護

　　PHC-C60(110)管樁：3002m×460元/m=138.09萬元;

　　700mm水泥攪拌樁：4276m3×195元/m3=93.38萬元;

　　鋼支撐鋼管租賃：198t×10元/t.天×120天=23.76萬元;

　　鋼支撐型鋼原材料：72.4t×(5500-2500)元/t=21.72萬元;

　　鋼支撐安裝及支拆：271.4t×1100元/t =29.85萬元

　　冠梁鋼筋混凝土：210m3×1200元/m3=25.2萬元。

　　噴錨混凝土坡面支護：1750m2×100元/m2=17.5萬元

　　合計：349.5萬元。

　　從以上的施工費用看，節(jié)約費用約為128.05萬元。而且管樁支護施工與地連墻施工相比較，沒有泥漿排放，可避免對施工區(qū)域的污染，更容易達到文明環(huán)保施工的要求。

　　5、結(jié)束語

　　預應力PHC管樁與水泥攪拌樁止水帷幕相結(jié)合的支護方案，同其他的支護方式相比較，施工方法簡單，現(xiàn)場質(zhì)量控制較方便容易;安全和文明施工也容易達到要求，沒有地連墻施工等帶來的泥漿污染;最重要的一點是經(jīng)濟，同地連墻方案相比較可節(jié)約大量資金。因此此方案值得推廣應用。