泵站深基坑支护结构设计及施工

胡汝兰

（天津市市政工程设计研究院 ,天津300051）

1 基坑围护结构

根据某工程的地质报告，雨水泵站尺寸为L×B×H=39.90 m×23.50 m×10.20 m。该工程采用分三步开挖的施工方案。围护方案采用钻孔灌注桩作护壁结构，外加深层水泥搅拌桩作止水帷幕，设一道钢筋混凝土冠梁支撑结构。支撑采用斜撑与直撑相结合的形式。图1为基坑支护平面图。

图1 基坑支护平面图（单位：mm）

基坑上口打单排双头水泥土搅拌桩止水帷幕，基坑采用灌注桩支护，并设置横向水平钢支撑。基坑的支撑全部采用φ609钢管。为了使跨度较大的支撑具有良好的稳定性，在坑内打设立柱桩，用钢立柱和联系梁将各道支撑结合成稳固的支撑体系。从上至下共设置2道钢支撑与地下预埋钢板焊接，使整个围护体系形成一个稳定的支撑受力系统。图2为工具柱与横撑连接详图。

2 施工降排水

（1）该工程基坑内降水设计：采用大口井降水+排水沟集水井方式。

（2）在基坑内设置5口降水井，井深均为15 m，降水井开孔直径φ700 mm,下φ500 mm的无砂混凝土滤水管，管壁周围填筑3～8 mm级配良好的碎石。大口井降水将地下水位降至坑底以下1 m。

（3）在每一级开挖面的下坡脚与基坑底设集水沟和集水井。排水沟宽度为0.4 m，深0.4 m，排水沟侧壁距离下坡脚不小于0.3 m，集水坑（600 mm×600 mm×1200 mm）,集水坑间距不大于20 m。每个集水坑内设置1台潜水泵，通过水龙带排至基坑外的现有管道内。

（4）排水沟和集水坑的侧壁可采用天然土质边坡，基坑施工期间应加强对排水沟和集水坑的维护，保持水流畅通。为保证侧壁的安全，可根据现场情况，必要时可采用竹片、挡土板或砖砌等进行临时简易加固。

（5）在二级开挖的基坑上口的边缘外侧1.50 m处，灌注桩外侧打单排双头水泥土搅拌桩止水帷幕，搅拌桩直径φ700mm，双头桩心距400mm。咬合300 mm，桩长13.35 m，采用4.25级普通硅酸盐水泥，要求水泥掺入量大于等于15%。28 d水泥土无侧限抗压强度0.8～1.00 MPa。图3为水泥搅拌柱咬合图。

图2 工具柱与横撑连接详图（单位：mm）

图3 水泥搅拌柱咬合图（单位：mm）

（6）在基坑上口设置1 500 mm宽，100mm厚的混凝土护顶，并在距坑边1 000 mm处，砌宽为120mm，高为240mm的止水墙以防止雨水进入基坑。施工前，要在地面设置排水沟，将地表水引走，并防止雨水进入基坑（见图4）。

图4 地面护顶排水沟示意图（单位：mm）

（7）施工期间应随时对地下水位进行监测。施工场地周边应设置4口以上监测井，深度不小于13 m，以观侧地下水位。如遇水量加大，基坑周边现状道路、河道水位变化等情况，施工单位应做好预案。

3 开挖及支护

基坑围护结构设计：由于基坑较深且场地周围有一定的放坡空间，采用坡率法与灌注桩结合的方法进行支护，并设置混凝土冠梁、腰梁及水平钢支撑。选用灌注桩结合水平横向钢支撑体系。

钻孔灌注桩采用C30混凝土，保护层厚度50 mm，直径φ800 mm，间距1m，桩长12.20 m，嵌固深度为6.45 m，桩端进入粉质粘土层。在桩顶设置一道冠梁，截面尺寸1 000 mm×800 mm，这种结构具有刚度大、变形小，结构受力合理，承载能力大，杆件布置简洁，施工空间开阔等优点。冠梁顶标高-1.350 m，采用C30级混凝土，保护层厚度40 mm，冠梁务必与灌注桩可靠连接。

为了解决冠梁、腰梁受压失稳问题，冠梁、腰梁与灌注桩联成一体，联接方法：将φ800 mm灌注桩与冠梁、腰梁的连接钢筋，应预先按各层冠梁、腰梁设置的标高焊接在灌注桩的钢筋笼内，浇注冠梁、腰梁时应将灌注桩与冠梁、腰梁连接部凿毛并伸直冠梁、腰梁的预埋钢筋，再浇注冠梁、腰梁以提高灌注桩与冠梁、腰梁的整体刚度。

钢支撑选用φ609×16厚壁钢管作水平横向支撑，折角（八字）处用斜支撑加固。

基坑开挖支护过程分7个步骤：

（1）放线定位。

（2）钻孔灌注桩施工。

（3）打水泥土搅拌桩止水帷幕。

（4）以1:2坡率放坡开挖至-0.35 m标高处，并对坡面进行挂钢筋网+喷浆护壁护坡。

（5）在-0.35 m标高层开挖出6 m宽工作平台后，局部超挖施作冠梁（GL），待强度达到要求后，设置水平钢支撑。在施工期间，横撑上只允许施加不超过1 kN/m的施工荷载。

（6）进一步向下开挖至第二层腰梁层，施作腰梁（YL），待强度达到要求后，设置水平钢管管支撑。

（7）继续向下开挖，直至坑底。

4 基坑开挖

基坑开挖时应遵循与设计工况一致，遵循“开槽支撑、先撑后挖、严禁超挖”的原则，其挖土方法和支撑顺序应与设计工况相一致。在每一级开挖中，施工单位应根据施工组织的需要，预留施工通道，满足车辆的运输条件。土方开挖采用机械大开挖，最大开挖深度9.55 m，基底预留200～300 mm人工清底。

基坑开挖安全技术措施：

（1）开挖深度严格按照基坑结构施工图进行，不得超挖。

（2）对面积较大的基坑，土方宜采用分区、对称开挖的施工方法，应充分重视控制基坑变形，尽量加快支撑施工进程，减少基坑在无支撑情况下的暴露时间。

（3）严格控制土方开挖相邻区的土体高差（高差不大于1.0 m），放坡在粘性土层中可根据现场情况采用1:1～1:1.5（垂直：水平），基坑开挖较深时，应防止挖土过快、边坡过陡，造成卸载过快而引起土体失稳、基底涌土、桩身倾斜等严重后果。

（4）加强地面排水设施管理，并在基坑四周设置挡水墙，避免地面的水流入基坑，影响基坑稳定。

（5）基坑开挖后，如发现坑底土质与勘查报告不符合，应及时向业主、监理和设计单位共同研究解决。

（6）开挖过程中，如果出现围护结构的渗水、渗泥现象，应及时注浆补漏。

（7）机械挖土至坑底标高以上20 cm左右的土方应采用人工修土，以保证原状土的完好，基坑开挖至设计标高后，应清除浮土，经验槽合格后，方可进行下一工序的施工。

5 基坑监测

（1）水平位移：沿基坑四周支护顶设若干水平位移监测点，观测支护结构在土方开挖及泵站施工期间的侧向变形，监测点数及位置按照《建筑基坑工程监测技术规范》相关规定确定。

（2）沉降：沿基坑周边布置若干沉降观测点，观测土方开挖及泵站施工对周围土体及现状道路的影响，监测点数及位置按照《建筑基坑工程监测技术规范》相关规定确定。

（3）地下水位测量通过孔内设置水位管，采用水位计测量，精度不宜低于10 mm。

（4）钢支撑监测截面设置在支撑距离端头或两支点间1/3部位，并避开节点。

（5）其它检测项目按照《建筑基坑工程监测技术规范》相关规定确定。

（6）观测频率：

水平位移观测及沉降观测：开挖深度小于或等于设计深度时或者底板施工过程中，每天观测1次，底板浇捣完毕后，每周观测2～3次，施工到室外回填完毕，周边沉降稳定，再观测1次结束。

观测频率可根据观测结果进行适当的调整，即观测较为稳定时，可减少观测次数，观测结果变化较大或遇暴雨异常情况时，应加密观测次数，并采取相应应急措施。

（7）钢板桩及钢支撑质量控制与检验：

支撑安装的容许偏差应满足：

a.支撑中心标高及同层支撑顶面的标高差应小于30 mm。

b.支撑两端的标高差：不大于20 mm及支撑长度的1/600。

c.支撑绕曲度：不大于支撑长度的1/1000。

d.支撑水平轴线偏差：不大于100 mm。

e.支撑体系构件的拼接采用焊接，要确保焊接质量。

f.钢板桩应在现场开挖至标高-0.350 m时开始施工，同时钢板桩应满足以下条件：垂直度小于1%，弯曲度小于2%L，桩长不小于设计长度。

g.预压顶力偏差：±50 kN。

（8）灌注桩应按照相关规范要求进行检测：

a.桩位偏差，轴线和垂直轴线方向均不宜超过50 mm。垂直度偏差不宜大于0.5%。

b.桩底沉渣不宜超过200 mm。

c.宜采取隔桩施工，并应在灌注混凝土24 h后进行邻桩成孔施工。

d.应采用低应变动侧法对桩身质量和完整性进行检测，检测数量不应少于总桩数的10%，且不得少于5根。

6 结语

（1）对于较深的基坑，支撑位置的确定，力学模型的设计、计算方法的选定非常重要。

（2）在水位较高地区，采用止水帷幕坑内降水，坑外不降水的方法是保证周围建筑及地下管网安全的有效方法。

（3）深基坑支护及开挖过程中，进行围护监测是十分必要的。

[1]GB50497-2009，建筑基坑工程监测技术规范[S].

[2]YB9258-97，建筑基坑工程技术规范[S].

[3]JGJ120-99建筑基坑支护技术规程[S].

[4]JGJ94-2008，建筑桩基技术规范[S].

[5]GB50330-2002，建筑边坡工程技术规范[S].

[6]JGJ/T111-98，建筑与市政降水工程技术规程[S].