鋼筋混凝土水平支撐技術(shù)在某大型全地埋式污水處理廠支護(hù)中的應(yīng)用

付春友

摘 ? ?要：通過工程實(shí)例介紹灌注樁+鋼筋混凝土水平支撐這種支護(hù)型式，在某全地埋式污水處理廠深基坑支護(hù)中的應(yīng)用。通過設(shè)計(jì)技術(shù)手段，解決這種大型地下設(shè)施在基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中遇到的難題。

關(guān)鍵詞：全地埋式污水處理廠;深基坑支護(hù);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(jìn)程的推進(jìn)，城市里對(duì)地面環(huán)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(duì)環(huán)境及城市景觀綠化等的要求，全地埋式污水處理廠的出現(xiàn)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(jié)構(gòu)及設(shè)備，地面為城市公園綠地。由于采用全地埋式結(jié)構(gòu)，基坑挖深往往達(dá)到或超過20m，支護(hù)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(jié)構(gòu)的特殊性，對(duì)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)、施工的要求非常高，設(shè)計(jì)施工中遇到的難題也比較多。

2 ?工程實(shí)例

近幾年在我國建筑工程基礎(chǔ)建設(shè)中，深基坑支護(hù)技術(shù)取得了較大的發(fā)展，隨著基坑深度的越來越深，灌注樁+水平支撐這一支護(hù)型式的應(yīng)用越來越廣。筆者將在合肥某全地埋式污水處理廠工程應(yīng)用深基坑支護(hù)技術(shù)所開展工程實(shí)例的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行仔細(xì)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(guī)模為10萬m3/d，項(xiàng)目總投資約為6億元。該污水處理廠為地下2層，地上無結(jié)構(gòu)，基坑?xùn)|西方向長約250m，南北方向?qū)捈s95m，由于場地南北兩側(cè)高差較大，基坑開挖深度南側(cè)為24m，北側(cè)為18.5m。基坑北側(cè)緊鄰市政主干道，南側(cè)距離高鐵高架橋60m，東南角距離動(dòng)車軌道線29m，高鐵線及動(dòng)車線均為在運(yùn)行線路，每天多趟列車經(jīng)由高鐵線及動(dòng)車線進(jìn)出站，周邊環(huán)境復(fù)雜。場地局部雜填土厚度超過16.5m，地質(zhì)條件復(fù)雜。該工程支護(hù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)。

經(jīng)多方案比選、多軟件計(jì)算分析，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案采用1200mm直徑的灌注樁+三層鋼筋混凝土水平支撐支護(hù)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(hù)設(shè)計(jì)施工技術(shù)

3.1 ?灌注樁

設(shè)計(jì)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(jù)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(jī)成孔，由于雜填土層較厚，施工時(shí)灌注樁在雜填土段采用鋼套管護(hù)壁成孔，下部粘土段采用干作業(yè)成孔?？紤]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(hào)4號(hào)7號(hào)樁，再施工2號(hào)5號(hào)8號(hào)樁，以此類推。按照此工藝施工的灌注樁充盈系數(shù)均未超過1.05，后期支護(hù)樁開挖后成樁質(zhì)量滿足要求，外觀所見，樁身未出現(xiàn)明顯的縮頸現(xiàn)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(duì)周邊環(huán)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(shè)置兩排旋噴樁。旋噴樁下部進(jìn)入粘土層不小于500mm。旋噴樁的施工在灌注樁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%以后進(jìn)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(shè)計(jì)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(diǎn)，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(dá)到了24m，雜填土層厚度大，經(jīng)計(jì)算分析，設(shè)計(jì)采用了三層鋼筋混凝土水平支撐的設(shè)計(jì)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(qiáng)度等級(jí)C30。

支護(hù)樁樁長、配筋等是依據(jù)理正深基坑計(jì)算軟件的單元計(jì)算結(jié)果，內(nèi)支撐桿件的布置、支撐桿件的截面尺寸、配筋等是依據(jù)理正深基坑計(jì)算軟件的整體計(jì)算結(jié)果。依據(jù)單元計(jì)算結(jié)果，各剖面支護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移為28mm，依據(jù)整體建模計(jì)算結(jié)果，支護(hù)結(jié)構(gòu)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(hù)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)難點(diǎn)及解決辦法

4.1 ?本工程設(shè)計(jì)難點(diǎn)

針對(duì)本工程的特殊性，本工程設(shè)計(jì)難點(diǎn)如下：（1）基坑深度超深，雜填土層厚度大，南側(cè)緊鄰高鐵線路，如何將支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形控制在允許范圍內(nèi)。（2）基坑南北側(cè)地面標(biāo)高相差5.5m，如何解決水平支撐兩側(cè)的巨大土壓力差問題。（3）基坑最大開挖深度24m，地下兩層，負(fù)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(hù)深基坑的出土效率問題。

4.2 ?設(shè)計(jì)解決辦法

針對(duì)本工程特點(diǎn)，筆者在多方案比選及大量分析計(jì)算基礎(chǔ)上，與業(yè)主單位及施工單位多次溝通，從設(shè)計(jì)方面提出了如下的解決問題辦法：（1）對(duì)于超大超深基坑，除采用常規(guī)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行單元計(jì)算、整體計(jì)算外，還采用大型有限元分析軟件Midas GTS NX進(jìn)行了三維有限元分析，進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，確保將基坑開挖對(duì)動(dòng)車軌道的影響控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)。上海鐵路局委托第三方對(duì)基坑開挖對(duì)鐵路線的影響進(jìn)行了安全評(píng)估，根據(jù)評(píng)估結(jié)果，基坑開挖對(duì)鐵路線的影響均在規(guī)范允許范圍內(nèi)。（2）對(duì)場地填土厚薄不均勻地段，采用調(diào)整樁身配筋，調(diào)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(xié)調(diào)一致，不至于產(chǎn)生應(yīng)力集中。為很好的解決南北兩側(cè)土壓力的巨大壓力差問題，經(jīng)多次建模分析、對(duì)比，通過調(diào)整南北側(cè)的桿件布置等，最終使得南北兩側(cè)桿件內(nèi)力相對(duì)較均衡、未產(chǎn)生較大的壓力差。（3）地下污水處理廠結(jié)構(gòu)不同于普通的地下商業(yè)或地下車庫結(jié)構(gòu)，層高豎向不均勻，本工程中間只有一層樓板，相當(dāng)于負(fù)一層層高5.7m，負(fù)二層層高10m，第三層水平支撐無法采用常規(guī)樓板換撐方案，最終采用在底板施工型鋼格構(gòu)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(hù)的深基坑，出土一般采用棧橋出土或垂直運(yùn)輸出土，出土效率低。針對(duì)本基坑?xùn)|西長250m，南北寬95m的特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場土方運(yùn)輸線路，在基坑?xùn)|西兩側(cè)的短邊方向預(yù)留了兩個(gè)出土坡道，出土坡道處樁頂標(biāo)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(nèi)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(shí)需要垂直運(yùn)輸?shù)耐练搅繕O小，采用長臂挖機(jī)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(jié)省了支護(hù)造價(jià)，大大提高了出土效率。

5 ?支護(hù)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(jiān)測(cè)結(jié)果，各剖面的支護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移約為24mm，支撐內(nèi)力監(jiān)測(cè)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(xiàn)明顯下降。依據(jù)鐵路部門的監(jiān)測(cè)結(jié)果，基坑支護(hù)施工及使用期間高速鐵路墩頂變形及動(dòng)車軌道線路基變形均滿足規(guī)范要求，支護(hù)結(jié)構(gòu)很好的保證了高鐵線及動(dòng)車線的安全。

由于本工程的設(shè)計(jì)難度大，周邊環(huán)境復(fù)雜，最終通過設(shè)計(jì)人員的努力，使得支護(hù)結(jié)構(gòu)很好的保護(hù)了周邊環(huán)境，為業(yè)主節(jié)省了支護(hù)造價(jià)和工期，獲得了業(yè)主單位的好評(píng)。目前該污水廠已投入運(yùn)營，地面城市綠地公園也已建成開放。本基坑支護(hù)工程的設(shè)計(jì)也成為了當(dāng)年的省級(jí)及國家級(jí)的優(yōu)秀工程勘察與巖土工程項(xiàng)目。

6 ?結(jié)論

綜上所述，基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)應(yīng)充分分析了解不同工程的特性，依據(jù)工程特點(diǎn)，合理選擇支護(hù)型式，為業(yè)主單位和施工單位解決問題，使基坑支護(hù)工程做到安全、經(jīng)濟(jì)、合理、高效。