泵站深基坑支護結構設計及施工

胡汝蘭

（天津市市政工程設計研究院 ,天津300051）

1 基坑圍護結構

根據某工程的地質報告，雨水泵站尺寸為L×B×H=39.90 m×23.50 m×10.20 m。該工程采用分三步開挖的施工方案。圍護方案采用鉆孔灌注樁作護壁結構，外加深層水泥攪拌樁作止水帷幕，設一道鋼筋混凝土冠梁支撐結構。支撐采用斜撐與直撐相結合的形式。圖1為基坑支護平面圖。

圖1 基坑支護平面圖（單位：mm）

基坑上口打單排雙頭水泥土攪拌樁止水帷幕，基坑采用灌注樁支護，并設置橫向水平鋼支撐。基坑的支撐全部采用φ609鋼管。為了使跨度較大的支撐具有良好的穩定性，在坑內打設立柱樁，用鋼立柱和聯系梁將各道支撐結合成穩固的支撐體系。從上至下共設置2道鋼支撐與地下預埋鋼板焊接，使整個圍護體系形成一個穩定的支撐受力系統。圖2為工具柱與橫撐連接詳圖。

2 施工降排水

（1）該工程基坑內降水設計：采用大口井降水+排水溝集水井方式。

（2）在基坑內設置5口降水井，井深均為15 m，降水井開孔直徑φ700 mm,下φ500 mm的無砂混凝土濾水管，管壁周圍填筑3～8 mm級配良好的碎石。大口井降水將地下水位降至坑底以下1 m。

（3）在每一級開挖面的下坡腳與基坑底設集水溝和集水井。排水溝寬度為0.4 m，深0.4 m，排水溝側壁距離下坡腳不小于0.3 m，集水坑（600 mm×600 mm×1200 mm）,集水坑間距不大于20 m。每個集水坑內設置1臺潛水泵，通過水龍帶排至基坑外的現有管道內。

（4）排水溝和集水坑的側壁可采用天然土質邊坡，基坑施工期間應加強對排水溝和集水坑的維護，保持水流暢通。為保證側壁的安全，可根據現場情況，必要時可采用竹片、擋土板或磚砌等進行臨時簡易加固。

（5）在二級開挖的基坑上口的邊緣外側1.50 m處，灌注樁外側打單排雙頭水泥土攪拌樁止水帷幕，攪拌樁直徑φ700mm，雙頭樁心距400mm。咬合300 mm，樁長13.35 m，采用4.25級普通硅酸鹽水泥，要求水泥摻入量大于等于15%。28 d水泥土無側限抗壓強度0.8～1.00 MPa。圖3為水泥攪拌柱咬合圖。

圖2 工具柱與橫撐連接詳圖（單位：mm）

圖3 水泥攪拌柱咬合圖（單位：mm）

（6）在基坑上口設置1 500 mm寬，100mm厚的混凝土護頂，并在距坑邊1 000 mm處，砌寬為120mm，高為240mm的止水墻以防止雨水進入基坑。施工前，要在地面設置排水溝，將地表水引走，并防止雨水進入基坑（見圖4）。

圖4 地面護頂排水溝示意圖（單位：mm）

（7）施工期間應隨時對地下水位進行監測。施工場地周邊應設置4口以上監測井，深度不小于13 m，以觀側地下水位。如遇水量加大，基坑周邊現狀道路、河道水位變化等情況，施工單位應做好預案。

3 開挖及支護

基坑圍護結構設計：由于基坑較深且場地周圍有一定的放坡空間，采用坡率法與灌注樁結合的方法進行支護，并設置混凝土冠梁、腰梁及水平鋼支撐。選用灌注樁結合水平橫向鋼支撐體系。

鉆孔灌注樁采用C30混凝土，保護層厚度50 mm，直徑φ800 mm，間距1m，樁長12.20 m，嵌固深度為6.45 m，樁端進入粉質粘土層。在樁頂設置一道冠梁，截面尺寸1 000 mm×800 mm，這種結構具有剛度大、變形小，結構受力合理，承載能力大，桿件布置簡潔，施工空間開闊等優點。冠梁頂標高-1.350 m，采用C30級混凝土，保護層厚度40 mm，冠梁務必與灌注樁可靠連接。

為了解決冠梁、腰梁受壓失穩問題，冠梁、腰梁與灌注樁聯成一體，聯接方法：將φ800 mm灌注樁與冠梁、腰梁的連接鋼筋，應預先按各層冠梁、腰梁設置的標高焊接在灌注樁的鋼筋籠內，澆注冠梁、腰梁時應將灌注樁與冠梁、腰梁連接部鑿毛并伸直冠梁、腰梁的預埋鋼筋，再澆注冠梁、腰梁以提高灌注樁與冠梁、腰梁的整體剛度。

鋼支撐選用φ609×16厚壁鋼管作水平橫向支撐，折角（八字）處用斜支撐加固。

基坑開挖支護過程分7個步驟：

（1）放線定位。

（2）鉆孔灌注樁施工。

（3）打水泥土攪拌樁止水帷幕。

（4）以1:2坡率放坡開挖至-0.35 m標高處，并對坡面進行掛鋼筋網+噴漿護壁護坡。

（5）在-0.35 m標高層開挖出6 m寬工作平臺后，局部超挖施作冠梁（GL），待強度達到要求后，設置水平鋼支撐。在施工期間，橫撐上只允許施加不超過1 kN/m的施工荷載。

（6）進一步向下開挖至第二層腰梁層，施作腰梁（YL），待強度達到要求后，設置水平鋼管管支撐。

（7）繼續向下開挖，直至坑底。

4 基坑開挖

基坑開挖時應遵循與設計工況一致，遵循“開槽支撐、先撐后挖、嚴禁超挖”的原則，其挖土方法和支撐順序應與設計工況相一致。在每一級開挖中，施工單位應根據施工組織的需要，預留施工通道，滿足車輛的運輸條件。土方開挖采用機械大開挖，最大開挖深度9.55 m，基底預留200～300 mm人工清底。

基坑開挖安全技術措施：

（1）開挖深度嚴格按照基坑結構施工圖進行，不得超挖。

（2）對面積較大的基坑，土方宜采用分區、對稱開挖的施工方法，應充分重視控制基坑變形，盡量加快支撐施工進程，減少基坑在無支撐情況下的暴露時間。

（3）嚴格控制土方開挖相鄰區的土體高差（高差不大于1.0 m），放坡在粘性土層中可根據現場情況采用1:1～1:1.5（垂直：水平），基坑開挖較深時，應防止挖土過快、邊坡過陡，造成卸載過快而引起土體失穩、基底涌土、樁身傾斜等嚴重后果。

（4）加強地面排水設施管理，并在基坑四周設置擋水墻，避免地面的水流入基坑，影響基坑穩定。

（5）基坑開挖后，如發現坑底土質與勘查報告不符合，應及時向業主、監理和設計單位共同研究解決。

（6）開挖過程中，如果出現圍護結構的滲水、滲泥現象，應及時注漿補漏。

（7）機械挖土至坑底標高以上20 cm左右的土方應采用人工修土，以保證原狀土的完好，基坑開挖至設計標高后，應清除浮土，經驗槽合格后，方可進行下一工序的施工。

5 基坑監測

（1）水平位移：沿基坑四周支護頂設若干水平位移監測點，觀測支護結構在土方開挖及泵站施工期間的側向變形，監測點數及位置按照《建筑基坑工程監測技術規范》相關規定確定。

（2）沉降：沿基坑周邊布置若干沉降觀測點，觀測土方開挖及泵站施工對周圍土體及現狀道路的影響，監測點數及位置按照《建筑基坑工程監測技術規范》相關規定確定。

（3）地下水位測量通過孔內設置水位管，采用水位計測量，精度不宜低于10 mm。

（4）鋼支撐監測截面設置在支撐距離端頭或兩支點間1/3部位，并避開節點。

（5）其它檢測項目按照《建筑基坑工程監測技術規范》相關規定確定。

（6）觀測頻率：

水平位移觀測及沉降觀測：開挖深度小于或等于設計深度時或者底板施工過程中，每天觀測1次，底板澆搗完畢后，每周觀測2～3次，施工到室外回填完畢，周邊沉降穩定，再觀測1次結束。

觀測頻率可根據觀測結果進行適當的調整，即觀測較為穩定時，可減少觀測次數，觀測結果變化較大或遇暴雨異常情況時，應加密觀測次數，并采取相應應急措施。

（7）鋼板樁及鋼支撐質量控制與檢驗：

支撐安裝的容許偏差應滿足：

a.支撐中心標高及同層支撐頂面的標高差應小于30 mm。

b.支撐兩端的標高差：不大于20 mm及支撐長度的1/600。

c.支撐繞曲度：不大于支撐長度的1/1000。

d.支撐水平軸線偏差：不大于100 mm。

e.支撐體系構件的拼接采用焊接，要確保焊接質量。

f.鋼板樁應在現場開挖至標高-0.350 m時開始施工，同時鋼板樁應滿足以下條件：垂直度小于1%，彎曲度小于2%L，樁長不小于設計長度。

g.預壓頂力偏差：±50 kN。

（8）灌注樁應按照相關規范要求進行檢測：

a.樁位偏差，軸線和垂直軸線方向均不宜超過50 mm。垂直度偏差不宜大于0.5%。

b.樁底沉渣不宜超過200 mm。

c.宜采取隔樁施工，并應在灌注混凝土24 h后進行鄰樁成孔施工。

d.應采用低應變動側法對樁身質量和完整性進行檢測，檢測數量不應少于總樁數的10%，且不得少于5根。

6 結語

（1）對于較深的基坑，支撐位置的確定，力學模型的設計、計算方法的選定非常重要。

（2）在水位較高地區，采用止水帷幕坑內降水，坑外不降水的方法是保證周圍建筑及地下管網安全的有效方法。

（3）深基坑支護及開挖過程中，進行圍護監測是十分必要的。

[1]GB50497-2009，建筑基坑工程監測技術規范[S].

[2]YB9258-97，建筑基坑工程技術規范[S].

[3]JGJ120-99建筑基坑支護技術規程[S].

[4]JGJ94-2008，建筑樁基技術規范[S].

[5]GB50330-2002，建筑邊坡工程技術規范[S].

[6]JGJ/T111-98，建筑與市政降水工程技術規程[S].