鋼筋混凝土水平支撐技術在某大型全地埋式污水處理廠支護中的應用

付春友

摘 ? ?要：通過工程實例介紹灌注樁+鋼筋混凝土水平支撐這種支護型式，在某全地埋式污水處理廠深基坑支護中的應用。通過設計技術手段，解決這種大型地下設施在基坑支護設計中遇到的難題。

關鍵詞：全地埋式污水處理廠;深基坑支護;灌注樁排樁;鋼筋混凝土支撐;高壓旋噴樁

1 ?引言

隨著城市化進程的推進，城市里對地面環境及地下空間利用的要求越來越高，之前的地面式污水處理廠已不能滿足人們對環境及城市景觀綠化等的要求，全地埋式污水處理廠的出現很好的解決了這一問題。全地埋式污水處理廠的地下為污水處理站結構及設備，地面為城市公園綠地。由于采用全地埋式結構，基坑挖深往往達到或超過20m，支護型式一般采用灌注樁+鋼筋混凝土水平支撐，加之全地埋式污水處理廠自身結構的特殊性，對基坑支護設計、施工的要求非常高，設計施工中遇到的難題也比較多。

2 ?工程實例

近幾年在我國建筑工程基礎建設中，深基坑支護技術取得了較大的發展，隨著基坑深度的越來越深，灌注樁+水平支撐這一支護型式的應用越來越廣。筆者將在合肥某全地埋式污水處理廠工程應用深基坑支護技術所開展工程實例的基礎上，對其進行仔細的分析。

合肥市某全地埋式污水處理廠，建筑面積約6.3萬平方米，污水處理規模為10萬m3/d，項目總投資約為6億元。該污水處理廠為地下2層，地上無結構，基坑東西方向長約250m，南北方向寬約95m，由于場地南北兩側高差較大，基坑開挖深度南側為24m，北側為18.5m。基坑北側緊鄰市政主干道，南側距離高鐵高架橋60m，東南角距離動車軌道線29m，高鐵線及動車線均為在運行線路，每天多趟列車經由高鐵線及動車線進出站，周邊環境復雜。場地局部雜填土厚度超過16.5m，地質條件復雜。該工程支護結構安全等級為一級。

經多方案比選、多軟件計算分析，基坑支護設計方案采用1200mm直徑的灌注樁+三層鋼筋混凝土水平支撐支護方案，雜填土部分的灌注樁樁間采用高壓旋噴樁止水。

3 ?深基坑支護設計施工技術

3.1 ?灌注樁

設計的灌注樁采用1200mm直徑灌注樁，樁長25m～35m，由于緊鄰高鐵線路，依據上海鐵路局要求，樁中心距為1400mm，相鄰樁凈距200mm。灌注樁采用旋挖鉆機成孔，由于雜填土層較厚，施工時灌注樁在雜填土段采用鋼套管護壁成孔，下部粘土段采用干作業成孔。考慮相鄰樁間距較小，為避免相互影響，施工中采用跳兩孔成樁，即按順序先施工1號4號7號樁，再施工2號5號8號樁，以此類推。按照此工藝施工的灌注樁充盈系數均未超過1.05，后期支護樁開挖后成樁質量滿足要求，外觀所見，樁身未出現明顯的縮頸現象。

3.2 ?高壓旋噴樁

部分地段雜填土層厚度超過16.5m，雜填土中上層滯水較豐富，由于緊鄰高鐵線路，基坑開挖不允許降水，故在灌注樁樁間增加兩排高壓旋噴樁止水，防止因雜填土失水對周邊環境造成影響。

高壓旋噴樁采用600mm直徑，相鄰樁間搭接200mm，為確保止水效果，樁間設置兩排旋噴樁。旋噴樁下部進入粘土層不小于500mm。旋噴樁的施工在灌注樁混凝土強度達到設計強度的75%以后進行，采用二重管施工工藝，漿液采用純水泥漿，水灰比0.9～1.1，設計水泥用量為平均每延米200kg，高壓水泥漿液流壓力10MPa～20MPa。

基坑開挖后，在雜填土段，樁間無明顯滲漏水點，旋噴樁止水效果良好。

3.3 ?鋼筋混凝土支撐

由于基坑深度達到了24m，雜填土層厚度大，經計算分析，設計采用了三層鋼筋混凝土水平支撐的設計方案。支撐梁截面尺寸分為800mm×800mm、800mm×1000mm、1000mm×1000mm及1000mm×1200mm四種，支撐梁混凝土強度等級C30。

支護樁樁長、配筋等是依據理正深基坑計算軟件的單元計算結果，內支撐桿件的布置、支撐桿件的截面尺寸、配筋等是依據理正深基坑計算軟件的整體計算結果。依據單元計算結果，各剖面支護結構最大水平位移為28mm，依據整體建模計算結果，支護結構最大水平位移為25.5mm，支撐梁最大水平軸力約12000kN。

4 ?基坑支護設計中的幾個難點及解決辦法

4.1 ?本工程設計難點

針對本工程的特殊性，本工程設計難點如下：（1）基坑深度超深，雜填土層厚度大，南側緊鄰高鐵線路，如何將支護結構的變形控制在允許范圍內。（2）基坑南北側地面標高相差5.5m，如何解決水平支撐兩側的巨大土壓力差問題。（3）基坑最大開挖深度24m，地下兩層，負二層層高10m，如何分別解決三層水平支撐的換撐問題。（4）如何解決類似水平支撐支護深基坑的出土效率問題。

4.2 ?設計解決辦法

針對本工程特點，筆者在多方案比選及大量分析計算基礎上，與業主單位及施工單位多次溝通，從設計方面提出了如下的解決問題辦法：（1）對于超大超深基坑，除采用常規基坑支護設計軟件進行單元計算、整體計算外，還采用大型有限元分析軟件Midas GTS NX進行了三維有限元分析，進行輔助設計，確保將基坑開挖對動車軌道的影響控制在規范允許范圍內。上海鐵路局委托第三方對基坑開挖對鐵路線的影響進行了安全評估，根據評估結果，基坑開挖對鐵路線的影響均在規范允許范圍內。（2）對場地填土厚薄不均勻地段，采用調整樁身配筋，調整支撐桿件截面尺寸及布置等，使填土較厚部分的變形與填土較薄部分的變形協調一致，不至于產生應力集中。為很好的解決南北兩側土壓力的巨大壓力差問題，經多次建模分析、對比，通過調整南北側的桿件布置等，最終使得南北兩側桿件內力相對較均衡、未產生較大的壓力差。（3）地下污水處理廠結構不同于普通的地下商業或地下車庫結構，層高豎向不均勻，本工程中間只有一層樓板，相當于負一層層高5.7m，負二層層高10m，第三層水平支撐無法采用常規樓板換撐方案，最終采用在底板施工型鋼格構斜撐桿件的換撐方式，解決了這種超高層高的換撐問題。（4）以往類似的多層水平支撐支護的深基坑，出土一般采用棧橋出土或垂直運輸出土，出土效率低。針對本基坑東西長250m，南北寬95m的特點，結合現場土方運輸線路，在基坑東西兩側的短邊方向預留了兩個出土坡道，出土坡道處樁頂標高相比其他位置的樁頂降低了8.5m，使得渣土車能很方便的通過坑內出土坡道下到第三層支撐梁以下，為基坑土方出土提供了極大地便利，如此處理以后，最后土方收口時需要垂直運輸的土方量極小，采用長臂挖機等就可以將最后坡道處的土方挖除。大大縮短了工期。相比棧橋出土方案，節省了支護造價，大大提高了出土效率。

5 ?支護效果分析

按照灌注樁樁頂、坡頂水平位移及土體深層水平位移監測結果，各剖面的支護結構最大水平位移約為24mm，支撐內力監測的支撐梁最大軸力約10000kN，基坑周邊雜填土中上層滯水地下水位未隨著基坑土方開挖出現明顯下降。依據鐵路部門的監測結果，基坑支護施工及使用期間高速鐵路墩頂變形及動車軌道線路基變形均滿足規范要求，支護結構很好的保證了高鐵線及動車線的安全。

由于本工程的設計難度大，周邊環境復雜，最終通過設計人員的努力，使得支護結構很好的保護了周邊環境，為業主節省了支護造價和工期，獲得了業主單位的好評。目前該污水廠已投入運營，地面城市綠地公園也已建成開放。本基坑支護工程的設計也成為了當年的省級及國家級的優秀工程勘察與巖土工程項目。

6 ?結論

綜上所述，基坑支護的設計應充分分析了解不同工程的特性，依據工程特點，合理選擇支護型式，為業主單位和施工單位解決問題，使基坑支護工程做到安全、經濟、合理、高效。