某电厂补充水泵房深基坑支护方案比选

摘要：针对岸边水泵房深基坑支护的形式多样性，选择PHC管桩+搅拌桩帷幕+钢支撑的方案，进行深基坑的支护和止水施工，为保证深基坑的安全，对内支撑的形式和支撑的位置由设计院进行计算确定；实施效果证明，比设计原拟定的地连墙支护方案工艺简单，造价经济。

关键词：管桩；止水帷幕；钢管支撑

Abstract: according to the shore water pump room deep foundation pit support form of diversity, choose PHC pipe pile + mixing pile curtain + steel support of solutions, in deep foundation pit support and stop water construction, to ensure the safety of the deep foundation pit, the inner supporting the position of the form and the support by the design institutes calculate and determine the; Implement proved that the design of the original than worked even wall supporting scheme simple process, cost the economy.

Keywords: pipe; Waterproof curtain; Steel pipe support

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

1、引言

某电厂补充水泵房位于天津市汉沽区南部沿渤海区域海滩上，该区域地形平坦，地面回填标高为4.6m。土质以淤泥质粉质粘土、粉土和粉质粘土为主，属软弱土地区。泵房基坑呈矩形：40.25m×24.5m，底标高为－8.4m，基坑深度13m，安全等级属一级，地基复杂程度属中等。

本工程主要是根据不同的土质和基坑深度，确定不同的基坑开挖及支护型式，既能够保证结构的安全可靠，又经济实用。

2、方案比选和确定

2.1概述

基坑维护主要有三种类型，分别是放坡开挖、自立式挡墙和板式支护体系。放坡开挖主要是场地周边开阔，开挖深度较浅时采用，必要时设置多级放坡与坡体平台，坡体的表面应设置砼面层，周围有降水、排水措施。自立式挡墙是浅坑的首选型式，止水帷幕解决土体的自立性、隔水性，只能用于深度小于5m的基坑。这两种形式的基坑维护结构主要用于基坑深度比较浅的情况，以上两种型式均不适用与本程。结合现场的实际情况，决定采用第三种板式支护体系型式，该型式采用基坑周边支护体+坑内支撑体系，维护体系主要有钢板桩、型钢水泥土搅拌墙、钻孔灌注桩排桩和地下连续墙四种型式。一般板桩型式的开挖深度一般不大于10m，型钢水泥土搅拌墙深度一般不大于13m，钻孔灌注桩排桩一般开挖深度不大于15m，地下连续墙的最大的深度可达35m，根据以上的情况，适合本工程的维护型式就是钻孔灌注桩排桩和地连墙两种结构。

支撑系统主要有钢筋混凝土支撑和钢支撑两种型式，钢筋混凝土支撑一般用与平面结构较复杂的基坑，该种支撑刚度相对较大，对于减小周边土体变形有力，但是要求在混凝土强度达到一定值后方可形成支撑，工期长且需要爆破拆除，不适于本工程。故选用钢支撑这种型式，钢支撑可以回收重复利用，减少资源浪费，施工架设速度快，拆撑方便等特点。支撑体系由管撑、钢围檩及混凝土冠梁组成。钢管分两层进行支撑，标高分别为-1.4m和-4.4m，首层支撑在混凝土冠梁上，二层支撑在钢围檩上。冠梁截面尺寸为1.1m×0.8m，钢围檩采用双拼500×300×11×18H型钢，钢管支撑采用φ609钢管，壁厚16mm，对撑中部设置两排立柱桩及钢系杆以增强支撑的稳定性。基坑及钢支撑见图1.基坑及钢支撑图

图1.基坑及钢支撑图

2.2方案比选

2.2.1地连墙

⑴设计方案：

墙宽为0.6m，深15m，浇注混凝土量为3192方，钢筋约380t。

②施工工艺：

测量放线导墙施工地下墙成槽清基钢筋笼吊放砼浇注墙后注浆

a. 测量放线：由业主提供正确的基点、导线和水准点，在施工场地内设立测量导线网和水准点，施工前进行复核以确保放线的准确性。

b. 导墙施工：导墙砼标号C20，导墙形式采用“┒┎”型。

c．成槽施工：采用法国索莱唐日公司的“HF4000”铣削式成槽机及日本“真砂”绳索式液压抓斗成槽机，挖土成槽施工。

d．钢筋笼的制作与吊放，钢筋笼采用一部100t吊车和一部50t吊车联合起吊，起吊时主钩起吊钢筋笼顶部，副钩起吊钢筋笼中部，采用多组葫芦平衡起吊，使钢筋笼逐渐起高转而垂直，慢慢入槽，钢筋笼不允许发生不可恢复的变形，并用8#槽钢焊接搁于导墙面上，控制其标高。钢筋笼制作与吊放图见图2.

图2.钢筋笼制作与吊放图

e．导管布置和水下砼浇注：砼采用导管法浇注水下混凝土，钢筋笼入槽后，放置两根或一根导管于钢筋笼中，砼导管选用φ250的圆形螺旋快速接头型，长度每节2~2.5米，用吊车依次将接长的导管吊入槽段的规定位置，直至槽底50cm左右的标高，然后设置混凝土机架，导管顶端安上方形漏斗，准备浇注混凝土。

2.2.2钻孔灌注桩排桩

⑴选用方案：经核算后，决定采用钻孔灌注桩排桩的形式，并用φ600PHC预应力高强混凝土管桩替换灌注桩，这样大大的缩短了施工工期、施工难度和施工成本。桩型为PHC-C600(110)-14,桩长14m，设计桩顶标高为-1.4m，设计桩底标高为-15.6m，止水帷幕采用φ700双轴水泥土搅拌桩，桩长15.6m。设计桩顶标高为±0m，设计桩底标高为-15.6m，被动区基坑底3m深内做水泥搅拌桩两排，直径为φ700mm，作为加固，顶标高为-7.6m，底标高为-10.6m。

⑵ 施工原理

以队列的形式间隔布置PHC管桩做为主要的挡土结构，管桩间距为70cm，维护体刚度较大，外侧设置封闭的双层水泥土搅拌桩，作为止水结构。具体的断面见图3.维护结构剖面图

图3.维护结构剖面图

⑸施工流程

PHC管桩打设深层搅拌桩一层开挖周围设置排水、降水设施冠梁施工第一道支撑体系施工二层开挖第二道支撑体系施工开挖至基坑底

⑹操作要点

① PHC管桩打设

测量定位底桩就位、对中调直锤击沉桩、打至设计标高

a．测量定位：由测量人员进行，按施工图桩位轴线控制点逐个放样，并在桩位中心点打入长约30cm钢筋，防止桩位误差偏大。

b．桩底就位、对中、调直：桩底就位前，应在桩身做出长度标记并对中，要求桩身垂直、桩身、桩帽和桩锤中心线重合。桩身垂直度偏差不得大于0.5％，否则不得开锤。

c．锤击沉桩：沉桩过程中要始终使桩锤、桩帽和桩身中心线重合，严禁偏打。沉桩应力求连续施工，中途不得人为停锤。出现桩身倾斜、位移或桩身、桩顶破损，应查明原因，经处理后方可继续施工。

d．沉桩时，以标高控制为主。

f．PHC管桩打设见图4.

图4. PHC管桩打设图

②深层搅拌桩

桩机定位搅拌下沉、喷浆提升搅拌喷浆重复搅拌下沉、喷浆提升搅拌喷浆清洗移位

a 桩机定位：利用起重机或开动绞车将桩机移动到指定桩位。导向架和搅拌轴应与地面垂直，垂直度的偏差不应超过0.5％。

b 搅拌下沉：当水循环正常，启动搅拌电机，使搅拌机沿导向架切土搅拌下沉，下沉速度由电流表监控；同时按预定配比拌制水泥浆，开启灰浆泵，使水泥浆连续自动喷入地基，并保持出口压力为0.4～0.6MPa，搅拌机边旋转边喷浆边按已确定的速度下沉，直至设计要求的桩底标高。搅拌头如被软黏土包裹时，应及时清除。

c 喷浆搅拌提升：搅拌机下沉到设计深度后，开启灰浆泵，使水泥浆连续自动喷入地基，并保持出口压力为0.4～0.6MPa，搅拌机边旋转边喷浆边按已确定的速度提升，直至设计要求的桩顶标高。搅拌头如被软黏土包裹时，应及时清除。

d 重复搅拌下沉：为使土中的水泥浆与土充分搅拌均匀，再次将搅拌机边沉入土中，直到设计深度。

e 重复搅拌提升：将搅拌机边旋转边提升，再次至设计要求的桩顶标高，并上升至地面，制桩完毕。

f 移位：重复上述（1）～（5）步骤，进行下根桩施工。

③ 冠梁及管桩内混凝土浇注

a．冠梁钢筋绑扎：在基坑底浇注10cm垫层，用于冠梁测量放线，使用全站仪将冠梁边线放出来，每5m放一个点，使用墨线将冠梁边线放在垫层上，使用脚手管做为架体，绑扎钢筋，在绑扎钢筋的过程中，做好基坑内的排水，为钢筋绑扎提供良好的作业面。

b．冠梁模板支立：冠梁上用来支撑钢管的牛腿采用钢筋混凝土的结构，并在牛腿上预埋70cm×60cm的钢板，锚筋采用Φ12螺纹钢，长度为30cm，冠梁分两层浇注，第一次浇注的高度为0.8m，第二次浇注高度为1.4m，靠近深搅桩一侧不支立侧模板，另外一侧支立侧模板，模板板面采用1.4cm的木胶板，横向围檩采用5cm×10cm的方木，沿高度方向设置三道，竖向立柱采用φ48×3.5mm的双脚手管，间距为60cm，模板采用φ14拉条进行加固，另外一端固定在管桩内Φ25的竖向钢筋上，沿0.8m的高度上设置三道。

c．冠梁混凝土浇注：冠梁混凝土型号为C30，采用拌和站集中拌和，然后使用2台9m3罐车运输到施工现场，坍落度控制在16cm左右，使用一台臂长42m的汽车泵进行混凝土浇注，浇注时，分两层浇注完成。使用Φ50的插入式振捣棒进行振捣。

d．砼养护：混凝土浇筑完后表面用木抹子压实搓平，已浇筑的混凝土，应在12h内覆盖并适当浇水养护，养护时间不少于7d，现场留置同条件试块，3天后进行试压，要求混凝土的强度达到设计强度的75%以上，才能进行第一层钢支撑预应力施加。

④钢支撑施工

一层钢支撑采用φ609×16mm的钢管，中间设置6根，对撑在冠梁预先埋好的钢板上，钢板尺寸为620×620×20，锚筋采用φ12长度30cm的二级螺纹钢，四个角处，每处设置四根φ609×16mm钢管，斜撑在冠梁的牛腿上，牛腿上的截面尺寸为620×800（h）。

a．一层钢支撑：在围堰的东西两侧中间的位置，各设置一个加宽段，加宽段的长度和宽度均为10m，做为吊机站位平台。使用1台50吨吊机，将钢管分节吊放到支撑的位置，然后使用5t的导链，进行拼装。当冠梁的混凝土强度达到设计强度后，使用千斤顶施加预应力。当预应力达到设计值后，将厚度2cm的楔形钢板打入活络节内，然后撤出千斤顶。钢支撑安装完成。

 b．第二层支撑体系采用φ609壁厚16mm钢管支撑撑在钢围檩，钢围檩为双拼500×300×11×18H型钢，用14#槽钢吊挂钢围檩，间距2m，上部焊接在冠梁预埋钢板上，预埋钢板的尺寸为200×300×20，锚筋长度为30cm，数量为4根，钢围檩须焊接形成一个平面封闭框架，保证连接节点及角点等的受力性能连续而不损失，钢围檩上，每隔3m设置三块厚度16mm的加紧肋。钢围与围护PHC管桩之间用C30混凝土填实，确保两者接触面平整可靠。待砼达到强度时，支撑才能施加应力。斜撑上的钢牛腿，面板采用600×500×20的钢板块，内部使用2块2cm的钢板作为加紧肋。租赁标准支撑管节和活络节，进入现场后，使用1台50t吊机进行现场拼装。钢管支撑及钢围檩见图5.



 图5.钢管支撑及钢围檩见

c．钢围檩拆除，钢围檩拆除时，首先拆除角处的钢支撑，然后再拆除中间对撑，在拆除钢支撑时，测量跟踪观测，发现异常情况，及时停止施工，以免造成人员伤亡。拆除时，斜撑分两次拆除完成，在中间搭设脚手架，用来支撑钢管。用气焊将楔入活络节内的钢板割断，撤出管撑内的预应力，拆除螺栓，将管撑分节拆除。

⑤ 基坑监测

为确保基坑内和周边环境的安全，施工中加强监测与监控，在冠梁的顶部的四个角点及各边中点布设观测点，布设时，布置在管撑中间；另外在基坑中部的立柱桩中心位置设置观测点。观测点使用红油漆作为标识，在开挖过程中，要进行连续观测。开挖完成后，每天观测一次，连续观测七天后，若未发现异常现象，每7天观测一次，连续观测一个月后未发现异常情况时，每15天观测一次，直至下部回填完成，同时每天对基坑周围的情况进行观察。观测后，及时整理绘制出各观测点的变化曲线。

3、工艺实施效果

3.1实施效果

在深基坑施工过程中，未发现基坑有较明显的变形，通过这种深搅桩止水，管桩作为挡土结构，内部采用钢支撑的施工方案，支护和止水效果满足设计和施工的要求，而且大大的缩短了工期，节约了成本，减少了资源浪费。

3.2实践中的经验和教训

⑴管桩的上浮。本支护工程中，管桩的设计间距为70cm，管桩的直径为600mm，即管桩之间的空隙为10cm。间距较小，原地面较高，打设后需开挖浇注冠梁，因此，在这种淤泥质粉质粘土中打设管桩，容易造成先打设的管桩被后打设的管桩挤压，而出现上浮现象。为避免这种现象的大面积的出现，应先将整个机位范围内的管桩打设至原地面标高，再将整个桩位范围内的管桩进行送桩，并注意观察。

⑵管桩的垂直度。支护工程施工中，为了降低支护工程的造价，预留的基坑内的工作面一般为1.0m左右。因此，在管桩的打设过程中如果垂直度控制不能满足设计要求，将会造成管桩偏移过大，占用预设的工作面，而造成实际的工作面狭窄，施工作业困难。另外，对深基坑支护，在架设二层支撑的钢围檩时，难以使钢围檩与支护管桩紧密接触，支护管桩受力不均匀，影响支护效果。

⑶搅拌桩的均匀性。搅拌桩的均匀性可影响到帷幕桩的止水效果，本工程设计搅拌桩为两喷两搅，虽然止水效果尚可，但从实际情况来看，均匀性较差，且难以达到设计要求的强度。如果改为两喷四搅，相信止水效果将会更好。

4、效益评估

4.1地连墙支护

导墙混凝土：304m3×860元=26.144万元；

地连墙浇注混凝土：3192m3×750元/m3=239.4万元；

地连墙钢筋:380吨×4800元/吨=182.4万元

钢支撑钢管租赁：102吨×10元/t•天×120天=12.24万元。

钢支撑型钢原材料：15t×（5500-2500）元/t=4.5万元；

钢支撑安装及支拆：117t×1100元/t =12.87万元；

合计：477.55万元。

4.2管桩与搅拌桩联合支护

PHC-C60(110)管桩：3002m×460元/m=138.09万元；

700mm水泥搅拌桩：4276m3×195元/m3=93.38万元；

钢支撑钢管租赁：198t×10元/t.天×120天=23.76万元；

钢支撑型钢原材料：72.4t×（5500-2500）元/t=21.72万元；

钢支撑安装及支拆：271.4t×1100元/t =29.85万元

冠梁钢筋混凝土：210m3×1200元/m3=25.2万元。

喷锚混凝土坡面支护：1750m2×100元/m2=17.5万元

合计：349.5万元。

从以上的施工费用看，节约费用约为128.05万元。而且管桩支护施工与地连墙施工相比较，没有泥浆排放，可避免对施工区域的污染，更容易达到文明环保施工的要求。

5、结束语

预应力PHC管桩与水泥搅拌桩止水帷幕相结合的支护方案，同其他的支护方式相比较，施工方法简单，现场质量控制较方便容易；安全和文明施工也容易达到要求，没有地连墙施工等带来的泥浆污染；最重要的一点是经济，同地连墙方案相比较可节约大量资金。因此此方案值得推广应用。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。