樁撐支護系統在某泵站基坑支護中的設計與應用

徐艷君 XU Yan-jun

（中交第一公路勘察設計研究院有限公司，西安 710068）

1 工程概況

臨江大道位于鄂州市北部三江港新區內，為城市主干路。道路K5+800～K6+200 段為下穿鐵路段，樁號K6+020處為最低點，道路路面和邊坡匯集雨水在該處造成積水，對道路通行和路面結構造成破壞。因此，為保證該處匯集雨水能順利排入河道，本次設計在樁號K5+990 處設置一體化雨水提升泵站，沿泵站出水壓力管排入臨湖路設計d1200 雨水管道，最終排入馬橋港。（圖1）

圖1 雨水泵站總體圖

本工程為一體化預制雨水提升泵站工程，泵站設計規模3720m3/h，泵站設計揚程4m，泵站地面標高19.5m，泵站進水管底標高14.693m，泵站出水管中標高17.5m，泵站筒體直徑3800mm，高度7007mm。現有地面標高約19.5m，為了保證泵站順利修建，需開挖一定深度的基坑，基坑開挖深度約為地面下7.7m，屬于深基坑開挖。其周邊無重要建筑物及管線，基坑開挖可用的空間較大。為了能夠確保這一項工程的順利實施，本文對泵站深基坑開挖和支護方法進行了分析。

2 工程地質條件

項目區地貌單元屬長江一級階地與長江二級階地接觸地帶，區域地貌屬湖積、洪沖積平原地貌。根據地勘資料，沿線上覆蓋層以沖積粉質粘土、沖湖積淤泥質粉質粘土、沖洪積老粘土為主，下伏基巖為白堊系砂巖。根據區內出露地層的巖性、成因及物質組成特征劃分為三大類，泵站站址基坑深度范圍內巖土體自上至下依次為：2-0 粉質粘土，厚約2.1m，承載力140kPa、2-1 淤泥質粉質黏土，厚約4m，承載力70kPa、2-0 粉質粘土厚約2.7m，承載力140kPa、2-1 淤泥質粉質黏土，厚約10.7m，承載力70kPa、2-2 粉質粘土，厚約3.5m，承載力170kPa、3-2 粉砂，承載力190kPa。

道路項目區的地下水主要分為上層滯水、基巖裂隙水兩種類型：上層滯水賦存于淺表層填土層中，主要來源由大氣降水的下滲，及渠、塘水入滲補給，排泄形式主要為表層毛細水蒸發或向低洼處滲流；水位隨季節變化明顯。基巖裂隙水主要分布于下伏基巖裂隙中，水量較小，主要受地下徑流補給，向下游低洼處或深度裂隙排泄。本基坑的主要為上層滯水，區段內水文地質條件較簡單，地下水對工程建設影響較小。

3 基坑支護方案

根據一體化泵站尺寸及施工作業面要求，設計該基坑總體呈規則正方形，南北向內壁寬約7m，東西向內壁寬約7m，開挖深度7.7m，屬于深基坑開挖，因此，對此進行專項設計。

3.1 支護方案比選

根據湖北省地方標準DB42/159-2012《深基坑工程技術規程》表6.1.2 的推薦，在湖北省基坑支護中常用的支護形式有：①自穩放坡；②加筋土重力式擋墻；③沉井；④噴錨支護；⑤懸臂排樁；⑥樁錨；⑦內支撐；⑧地下連續墻；⑨圍筒；⑩雙排樁懸臂支護。各方案適用性分析如下：①自穩放坡和④噴錨支護或復合噴錨支護形式：對于開挖深度不大（一般在6.0m 以內）且坑壁土體自穩性能較好的情況下，能做到隨挖隨護，施工周期短，造價低，具有較好的經濟性。②加筋土重力式擋墻：對于開挖深度不大（一般在6.0m 以內）的情況下，才能采用此支護方式。③沉井：一般當基坑邊長遠小于深度時，可以考慮沉井法。⑤懸臂排樁支護形式：懸臂排樁適用于深度不超過6m 的基坑，如超過6m，則最好增加錨桿或支撐，本基坑上部的淤泥質粉質黏土層較厚，單獨采用懸臂樁則樁頂變形很大，樁身的安全性計算無法通過。⑥樁錨支護形式：樁錨適用于任意深度的基坑，但本基坑的上部有深厚的淤泥質粉質黏土，無法為錨桿提供錨固力。⑦內支撐支護形式：樁加內支撐適用于任意深度的基坑，施工工藝成熟、簡單，抗側壓剛度大，邊坡變形小，可有效保護基坑周邊建筑物和地下管線安全，特別適宜變形控制十分嚴格的基坑工程。且實施工期短，基坑開挖安全性高，工程造價也相對較低。因此可以采用此支護形式。⑧地下連續墻支護形式：是用特殊的施工機械在地下構筑連續鋼筋混凝土墻體，具有抗側壓剛度大、有效控制基坑位移變形保護環境安全等優勢，近年來在周邊環境保護要求高以及開挖深度大的基坑工程中大量應用，同時，地下連續墻作為擋土、止水、兼作地下室結構外墻的“三合一”墻，可增加地下室使用面積，減少地下室外墻的后期施工砼量，可縮短基坑支護和結構的施工工期。但其工程造價非常昂貴，一般應用在基坑周邊環境狹窄和超大型深基坑工程中且施工技術復雜。本基坑面積太小，開挖深度不深，周邊尚有放坡卸荷空間，因此不建議采用此支護形式。⑨圍筒支護形式：圍筒支護形式適用于圓形或近圓形基坑，本基坑雖然可以采用近似于圓形的基坑，但不如直接采用圓形沉井施工，因此不建議采用此支護形式。⑩雙排樁懸臂支護形式：是一種新近應用相對較多的支護型式。其原理是利用前后兩排樁、樁頂連梁以及兩排樁間土體的共同作用，達到控制較深基坑邊坡變形和整體穩定的目的。工藝成熟，安全系數高，變形量小，但工程造價較高，且此基坑深度不大，因此不建議此支護形式。

本基坑開挖深度為地面下7.7m，開挖深度較深。組成坑壁的土層主要為淤泥質粉質粘土，對基坑安全影響較大。坑底的土層為淤泥質粉質黏土，強度較低，自穩性差。綜合考慮本基坑工程的各項條件，經過充分的比較、論證、試算后，確定本基坑工程支護方案采用支護樁與鋼管內支撐相結合的支護手段，確保支護體系合理完善。

3.2 支護方案設計

通過對地質條件分析，泵站基礎落在2-0 粉質粘土層，其下有深厚層淤泥質粉質黏土，易產生較大沉降。因此可采用樁基礎，以2-2 粉質粘土作為樁基持力層。坑壁土層物理力學性質較差，必須加強支護加固。

根據勘察報告，結合相關工程的實際經驗，基坑支護地層設計有關參數取值如表1。

表1 基坑支護設計巖土參數表

基坑設計方案如下：

基坑底采用樁基礎處理，基坑7*7m 范圍內打高壓旋噴樁，樁徑60cm，間距1.5m，樁長20.5m，樁底進入粉質黏土持力層1m。

基坑支護采用拉森鋼板樁，先放坡開挖3m，坡率1:1.5，再在泵站基礎外邊線打入VL 型拉森鋼板樁，樁長21m，在距離鋼板樁頂1m、2m 處分別設置兩道圍檁，采用500*300H 型鋼，鋼材材質為Q235-A，并設置兩道內支撐，內支撐鋼管統一采用DN300 鋼管，鋼材材質為Q235-A。鋼管兩端采用活絡頭支撐在支護樁圍檁上。地面及基坑底四周設置30*30cm 明溝排水溝。

基坑四周計算條件相似，取任一剖面進行計算，建立基坑二維計算模型，運用天漢基坑軟件計算得出6 種工況包絡結果，得出每種工況基坑側壁土壓力、位移、彎矩、剪力。計算結果：最大位移：43.6mm，最大正向彎矩：108kN·m，最大負向彎矩：-176kN·m，最大正向剪力：109kN，最大負向剪力：-147kN，最小被動區彈性抗力安全系數=1.21，滿足相關規范要求。（圖2）

圖2 基坑支護剖面

4 基坑支護和土方施工過程控制

根據施工定位圖上給定的坐標和標高，建立施工現場的測量控制網。

土方開挖前先對基坑7*7m 范圍內打高壓旋噴樁，樁徑60cm，間距1.5m，樁長20.5m（上部7.7m 為空樁），并在泵站基礎外邊線打入21m 長VL 型拉森鋼板樁，然后進行土方開挖。（圖3）

圖3 基坑現場支護圖

土方開挖施工應分層開挖，本基坑分4 層進行，需對稱均勻開挖，并及時設置圍檁和內支撐。土方施工隊伍要嚴格遵守設計及施工方案，避免隨意超挖蠻干造成基坑事故隱患。具體開挖步驟如下：第一層土方開挖深度3m，1:1.5 放坡開挖，并挖好1m 寬的平臺；第二層土方開挖至深度4.5m，然后在深度4.0m 處施工第一道圍檁并設置第一道支撐；第三層土方開挖至深度5.5m，然后在深度5.0m處施工第二道圍檁并設置第二道支撐；第四層土方開挖至基底，進行基礎及一體化泵站施工工作。

回填基坑土方至5.5m、4.5m 深處時分別拆除第二道、第一道支撐，回填至3.0m 深處時壓實后抽拔鋼板樁。

5 基坑支護監測

由于深基坑圍護設計與施工是一門綜合性巖土工程工作，基坑開挖后土體和地下水的自然平衡將發生變化，對周邊環境的影響是不可避免的，因而加強基坑開挖的環境監測，同時也應做好應急搶險措施以防患于未然。監測項目包括基坑支護結構水平位移和豎向位移、支承應力監測、基坑周邊地面沉降監測、地下水位監測等。

在坡頂部設置4 個水平及豎向位移監測點；在拉森鋼板樁上設置6 個水平及豎向位移監測點；在鋼板樁樁體內埋設測斜管，用于監測樁體的深層水平位移。在鋼管內支撐上設置應力監測點，在泵站基坑周邊內外側共埋設3 支測壓管，用于監測基坑開挖過程中地下水位變化情況。以上各項監測的時間間隔根據施工進程確定，當遇特殊情況如基坑監測達到報警值或，開挖期間天氣十分惡劣等情況下加密觀測頻率。

6 結束語

本文泵站基坑設計結合站址區工程地質條件，一體化泵站尺寸布置形式、周邊現狀道路等因素，通過常用基坑支護方案比選，參考類似工程經驗，采用拉森鋼板樁加內支撐的支護形式，同時對地基采用高壓旋噴樁處理進行基坑設計，工程已于2022 年10 月完成施工，結果表明，該泵站基坑工程支護體系安全穩定達到了支護預期效果，且經濟合理，可為類似工程的設計和施工提供有益的參考和借鑒。