某電廠補(bǔ)充水泵房深基坑支護(hù)方案比選
關(guān)鍵詞：管樁,止水帷幕,鋼管支撐
1、引言
某電廠補(bǔ)充水泵房位于天津市漢沽區(qū)南部沿渤海區(qū)域海灘上，該區(qū)域地形平坦，地面回填標(biāo)高為4.6m。土質(zhì)以淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉土和粉質(zhì)粘土為主，屬軟弱土地區(qū)。泵房基坑呈矩形：40.25m×24.5m，底標(biāo)高為-8.4m，基坑深度13m，安全等級(jí)屬一級(jí)，地基復(fù)雜程度屬中等。
本工程主要是根據(jù)不同的土質(zhì)和基坑深度，確定不同的基坑開(kāi)挖及支護(hù)型式，既能夠保證結(jié)構(gòu)的安全可靠，又經(jīng)濟(jì)實(shí)用。
2、方案比選和確定
2.1概述
基坑維護(hù)主要有三種類(lèi)型，分別是放坡開(kāi)挖、自立式擋墻和板式支護(hù)體系。放坡開(kāi)挖主要是場(chǎng)地周邊開(kāi)闊，開(kāi)挖深度較淺時(shí)采用，必要時(shí)設(shè)置多級(jí)放坡與坡體平臺(tái)，坡體的表面應(yīng)設(shè)置砼面層，周?chē)薪邓�、排水措施。自立式擋墻是淺坑的首選型式，止水帷幕解決土體的自立性、隔水性，只能用于深度小于5m的基坑。這兩種形式的基坑維護(hù)結(jié)構(gòu)主要用于基坑深度比較淺的情況，以上兩種型式均不適用與本程。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，決定采用第三種板式支護(hù)體系型式，該型式采用基坑周邊支護(hù)體+坑內(nèi)支撐體系，維護(hù)體系主要有鋼板樁、型鋼水泥土攪拌墻、鉆孔灌注樁排樁和地下連續(xù)墻四種型式。一般板樁型式的開(kāi)挖深度一般不大于10m，型鋼水泥土攪拌墻深度一般不大于13m，鉆孔灌注樁排樁一般開(kāi)挖深度不大于15m，地下連續(xù)墻的最大的深度可達(dá)35m，根據(jù)以上的情況，適合本工程的維護(hù)型式就是鉆孔灌注樁排樁和地連墻兩種結(jié)構(gòu)。
支撐系統(tǒng)主要有鋼筋混凝土支撐和鋼支撐兩種型式，鋼筋混凝土支撐一般用與平面結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的基坑，該種支撐剛度相對(duì)較大，對(duì)于減小周邊土體變形有力，但是要求在混凝土強(qiáng)度達(dá)到一定值后方可形成支撐，工期長(zhǎng)且需要爆破拆除，不適于本工程。故選用鋼支撐這種型式，鋼支撐可以回收重復(fù)利用，減少資源浪費(fèi)，施工架設(shè)速度快，拆撐方便等特點(diǎn)。支撐體系由管撐、鋼圍檁及混凝土冠梁組成。鋼管分兩層進(jìn)行支撐，標(biāo)高分別為-1.4m和-4.4m，首層支撐在混凝土冠梁上，二層支撐在鋼圍檁上。冠梁截面尺寸為1.1m×0.8m，鋼圍檁采用雙拼500×300×11×18H型鋼，鋼管支撐采用φ609鋼管，壁厚16mm，對(duì)撐中部設(shè)置兩排立柱樁及鋼系桿以增強(qiáng)支撐的穩(wěn)定性。基坑及鋼支撐見(jiàn)圖1.基坑及鋼支撐圖
2.2方案比選
2.2.1地連墻
�、旁O(shè)計(jì)方案：
墻寬為0.6m，深15m，澆注混凝土量為3192方，鋼筋約380t。
②施工工藝：
測(cè)量放線→導(dǎo)墻施工→地下墻成槽→清基→鋼筋籠吊放→砼澆注→墻后注漿
a. 測(cè)量放線：由業(yè)主提供正確的基點(diǎn)、導(dǎo)線和水準(zhǔn)點(diǎn)，在施工場(chǎng)地內(nèi)設(shè)立測(cè)量導(dǎo)線網(wǎng)和水準(zhǔn)點(diǎn)，施工前進(jìn)行復(fù)核以確保放線的準(zhǔn)確性。
b. 導(dǎo)墻施工：導(dǎo)墻砼標(biāo)號(hào)C20，導(dǎo)墻形式采用“┒┎”型。
c.成槽施工：采用法國(guó)索萊唐日公司的“HF4000”銑削式成槽機(jī)及日本“真砂”繩索式液壓抓斗成槽機(jī)，挖土成槽施工。
d.鋼筋籠的制作與吊放，鋼筋籠采用一部100t吊車(chē)和一部50t吊車(chē)聯(lián)合起吊，起吊時(shí)主鉤起吊鋼筋籠頂部，副鉤起吊鋼筋籠中部，采用多組葫蘆平衡起吊，使鋼筋籠逐漸起高轉(zhuǎn)而垂直，慢慢入槽，鋼筋籠不允許發(fā)生不可恢復(fù)的變形，并用8#槽鋼焊接擱于導(dǎo)墻面上，控制其標(biāo)高。
e.導(dǎo)管布置和水下砼澆注：砼采用導(dǎo)管法澆注水下混凝土，鋼筋籠入槽后，放置兩根或一根導(dǎo)管于鋼筋籠中，砼導(dǎo)管選用φ250的圓形螺旋快速接頭型，長(zhǎng)度每節(jié)2~2.5米，用吊車(chē)依次將接長(zhǎng)的導(dǎo)管吊入槽段的規(guī)定位置，直至槽底50cm左右的標(biāo)高，然后設(shè)置混凝土機(jī)架，導(dǎo)管頂端安上方形漏斗，準(zhǔn)備澆注混凝土。
2.2.2鉆孔灌注樁排樁
�、胚x用方案：經(jīng)核算后，決定采用鉆孔灌注樁排樁的形式，并用φ600PHC預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁替換灌注樁，這樣大大的縮短了施工工期、施工難度和施工成本。樁型為PHC-C600(110)-14,樁長(zhǎng)14m，設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高為-1.4m，設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高為-15.6m，止水帷幕采用φ700雙軸水泥土攪拌樁，樁長(zhǎng)15.6m。設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高為±0m，設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高為-15.6m，被動(dòng)區(qū)基坑底3m深內(nèi)做水泥攪拌樁兩排，直徑為φ700mm，作為加固，頂標(biāo)高為-7.6m，底標(biāo)高為-10.6m。
�、� 施工原理
以隊(duì)列的形式間隔布置PHC管樁做為主要的擋土結(jié)構(gòu)，管樁間距為70cm，維護(hù)體剛度較大，外側(cè)設(shè)置封閉的雙層水泥土攪拌樁，作為止水結(jié)構(gòu)。
⑸施工流程
PHC管樁打設(shè)→深層攪拌樁→一層開(kāi)挖→周?chē)O(shè)置排水、降水設(shè)施→冠梁施工→第一道支撐體系施工→二層開(kāi)挖→第二道支撐體系施工→開(kāi)挖至基坑底
�、什僮饕c(diǎn)
�、� PHC管樁打設(shè)
測(cè)量定位→底樁就位、對(duì)中調(diào)直→錘擊沉樁、打至設(shè)計(jì)標(biāo)高
a.測(cè)量定位：由測(cè)量人員進(jìn)行，按施工圖樁位軸線控制點(diǎn)逐個(gè)放樣，并在樁位中心點(diǎn)打入長(zhǎng)約30cm鋼筋，防止樁位誤差偏大。
b.樁底就位、對(duì)中、調(diào)直：樁底就位前，應(yīng)在樁身做出長(zhǎng)度標(biāo)記并對(duì)中，要求樁身垂直、樁身、樁帽和樁錘中心線重合。樁身垂直度偏差不得大于0.5%，否則不得開(kāi)錘。
c.錘擊沉樁：沉樁過(guò)程中要始終使樁錘、樁帽和樁身中心線重合，嚴(yán)禁偏打。沉樁應(yīng)力求連續(xù)施工，中途不得人為停錘。出現(xiàn)樁身傾斜、位移或樁身、樁頂破損，應(yīng)查明原因，經(jīng)處理后方可繼續(xù)施工。
d.沉樁時(shí)，以標(biāo)高控制為主。
�、谏顚訑嚢铇�
樁機(jī)定位→攪拌下沉、噴漿→提升攪拌噴漿→重復(fù)攪拌下沉、噴漿→提升攪拌噴漿→清洗→移位
a 樁機(jī)定位：利用起重機(jī)或開(kāi)動(dòng)絞車(chē)將樁機(jī)移動(dòng)到指定樁位。導(dǎo)向架和攪拌軸應(yīng)與地面垂直，垂直度的偏差不應(yīng)超過(guò)0.5%。
b 攪拌下沉：當(dāng)水循環(huán)正常，啟動(dòng)攪拌電機(jī)，使攪拌機(jī)沿導(dǎo)向架切土攪拌下沉，下沉速度由電流表監(jiān)控;同時(shí)按預(yù)定配比拌制水泥漿，開(kāi)啟灰漿泵，使水泥漿連續(xù)自動(dòng)噴入地基，并保持出口壓力為0.4～0.6MPa，攪拌機(jī)邊旋轉(zhuǎn)邊噴漿邊按已確定的速度下沉，直至設(shè)計(jì)要求的樁底標(biāo)高。攪拌頭如被軟黏土包裹時(shí)，應(yīng)及時(shí)清除。
c 噴漿攪拌提升：攪拌機(jī)下沉到設(shè)計(jì)深度后，開(kāi)啟灰漿泵，使水泥漿連續(xù)自動(dòng)噴入地基，并保持出口壓力為0.4～0.6MPa，攪拌機(jī)邊旋轉(zhuǎn)邊噴漿邊按已確定的速度提升，直至設(shè)計(jì)要求的樁頂標(biāo)高。攪拌頭如被軟黏土包裹時(shí)，應(yīng)及時(shí)清除。
d 重復(fù)攪拌下沉：為使土中的水泥漿與土充分?jǐn)嚢杈鶆颍俅螌嚢铏C(jī)邊沉入土中，直到設(shè)計(jì)深度。
e 重復(fù)攪拌提升：將攪拌機(jī)邊旋轉(zhuǎn)邊提升，再次至設(shè)計(jì)要求的樁頂標(biāo)高，并上升至地面，制樁完畢。
f 移位：重復(fù)上述(1)～(5)步驟，進(jìn)行下根樁施工。
③ 冠梁及管樁內(nèi)混凝土澆注
a.冠梁鋼筋綁扎：在基坑底澆注10cm墊層，用于冠梁測(cè)量放線，使用全站儀將冠梁邊線放出來(lái)，每5m放一個(gè)點(diǎn)，使用墨線將冠梁邊線放在墊層上，使用腳手管做為架體，綁扎鋼筋，在綁扎鋼筋的過(guò)程中，做好基坑內(nèi)的排水，為鋼筋綁扎提供良好的作業(yè)面。
b.冠梁模板支立：冠梁上用來(lái)支撐鋼管的牛腿采用鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)，并在牛腿上預(yù)埋70cm×60cm的鋼板，錨筋采用Φ12螺紋鋼，長(zhǎng)度為30cm，冠梁分兩層澆注，第一次澆注的高度為0.8m，第二次澆注高度為1.4m，靠近深攪樁一側(cè)不支立側(cè)模板，另外一側(cè)支立側(cè)模板，模板板面采用1.4cm的木膠板，橫向圍檁采用5cm×10cm的方木，沿高度方向設(shè)置三道，豎向立柱采用φ48×3.5mm的雙腳手管，間距為60cm，模板采用φ14拉條進(jìn)行加固，另外一端固定在管樁內(nèi)Φ25的豎向鋼筋上，沿0.8m的高度上設(shè)置三道。
c.冠梁混凝土澆注：冠梁混凝土型號(hào)為C30，采用拌和站集中拌和，然后使用2臺(tái)9m3罐車(chē)運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，坍落度控制在16cm左右，使用一臺(tái)臂長(zhǎng)42m的汽車(chē)泵進(jìn)行混凝土澆注，澆注時(shí)，分兩層澆注完成。使用Φ50的插入式振搗棒進(jìn)行振搗。
d.砼養(yǎng)護(hù)：混凝土澆筑完后表面用木抹子壓實(shí)搓平，已澆筑的混凝土，應(yīng)在12h內(nèi)覆蓋并適當(dāng)澆水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于7d，現(xiàn)場(chǎng)留置同條件試塊，3天后進(jìn)行試壓，要求混凝土的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%以上，才能進(jìn)行第一層鋼支撐預(yù)應(yīng)力施加。
�、茕撝问┕�
一層鋼支撐采用φ609×16mm的鋼管，中間設(shè)置6根，對(duì)撐在冠梁預(yù)先埋好的鋼板上，鋼板尺寸為620×620×20，錨筋采用φ12長(zhǎng)度30cm的二級(jí)螺紋鋼，四個(gè)角處，每處設(shè)置四根φ609×16mm鋼管，斜撐在冠梁的牛腿上，牛腿上的截面尺寸為620×800(h)。
a.一層鋼支撐：在圍堰的東西兩側(cè)中間的位置，各設(shè)置一個(gè)加寬段，加寬段的長(zhǎng)度和寬度均為10m，做為吊機(jī)站位平臺(tái)。使用1臺(tái)50噸吊機(jī)，將鋼管分節(jié)吊放到支撐的位置，然后使用5t的導(dǎo)鏈，進(jìn)行拼裝。當(dāng)冠梁的混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，使用千斤頂施加預(yù)應(yīng)力。當(dāng)預(yù)應(yīng)力達(dá)到設(shè)計(jì)值后，將厚度2cm的楔形鋼板打入活絡(luò)節(jié)內(nèi)，然后撤出千斤頂。鋼支撐安裝完成。
b.第二層支撐體系采用φ609壁厚16mm鋼管支撐撐在鋼圍檁，鋼圍檁為雙拼500×300×11×18H型鋼，用14#槽鋼吊掛鋼圍檁，間距2m，上部焊接在冠梁預(yù)埋鋼板上，預(yù)埋鋼板的尺寸為200×300×20，錨筋長(zhǎng)度為30cm，數(shù)量為4根，鋼圍檁須焊接形成一個(gè)平面封閉框架，保證連接節(jié)點(diǎn)及角點(diǎn)等的受力性能連續(xù)而不損失，鋼圍檁上，每隔3m設(shè)置三塊厚度16mm的加緊肋。鋼圍燷與圍護(hù)PHC管樁之間用C30混凝土填實(shí)，確保兩者接觸面平整可靠。待砼達(dá)到強(qiáng)度時(shí)，支撐才能施加應(yīng)力。斜撐上的鋼牛腿，面板采用600×500×20的鋼板塊，內(nèi)部使用2塊2cm的鋼板作為加緊肋。租賃標(biāo)準(zhǔn)支撐管節(jié)和活絡(luò)節(jié)，進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)后，使用1臺(tái)50t吊機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拼裝。
c.鋼圍檁拆除，鋼圍檁拆除時(shí)，首先拆除角處的鋼支撐，然后再拆除中間對(duì)撐，在拆除鋼支撐時(shí)，測(cè)量跟蹤觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常情況，及時(shí)停止施工，以免造成人員傷亡。拆除時(shí)，斜撐分兩次拆除完成，在中間搭設(shè)腳手架，用來(lái)支撐鋼管。用氣焊將楔入活絡(luò)節(jié)內(nèi)的鋼板割斷，撤出管撐內(nèi)的預(yù)應(yīng)力，拆除螺栓，將管撐分節(jié)拆除。
⑤ 基坑監(jiān)測(cè)
為確�；觾�(nèi)和周邊環(huán)境的安全，施工中加強(qiáng)監(jiān)測(cè)與監(jiān)控，在冠梁的頂部的四個(gè)角點(diǎn)及各邊中點(diǎn)布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)，布設(shè)時(shí)，布置在管撐中間;另外在基坑中部的立柱樁中心位置設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)。觀測(cè)點(diǎn)使用紅油漆作為標(biāo)識(shí)，在開(kāi)挖過(guò)程中，要進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)。開(kāi)挖完成后，每天觀測(cè)一次，連續(xù)觀測(cè)七天后，若未發(fā)現(xiàn)異�，F(xiàn)象，每7天觀測(cè)一次，連續(xù)觀測(cè)一個(gè)月后未發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)，每15天觀測(cè)一次，直至下部回填完成，同時(shí)每天對(duì)基坑周?chē)那闆r進(jìn)行觀察。觀測(cè)后，及時(shí)整理繪制出各觀測(cè)點(diǎn)的變化曲線。
3、工藝實(shí)施效果
3.1實(shí)施效果
在深基坑施工過(guò)程中，未發(fā)現(xiàn)基坑有較明顯的變形，通過(guò)這種深攪樁止水，管樁作為擋土結(jié)構(gòu)，內(nèi)部采用鋼支撐的施工方案，支護(hù)和止水效果滿(mǎn)足設(shè)計(jì)和施工的要求，而且大大的縮短了工期，節(jié)約了成本，減少了資源浪費(fèi)。
3.2實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)
�、殴軜兜纳细�。本支護(hù)工程中，管樁的設(shè)計(jì)間距為70cm，管樁的直徑為600mm，即管樁之間的空隙為10cm。間距較小，原地面較高，打設(shè)后需開(kāi)挖澆注冠梁，因此，在這種淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土中打設(shè)管樁，容易造成先打設(shè)的管樁被后打設(shè)的管樁擠壓，而出現(xiàn)上浮現(xiàn)象。為避免這種現(xiàn)象的大面積的出現(xiàn)，應(yīng)先將整個(gè)機(jī)位范圍內(nèi)的管樁打設(shè)至原地面標(biāo)高，再將整個(gè)樁位范圍內(nèi)的管樁進(jìn)行送樁，并注意觀察。
�、乒軜兜拇怪倍�。支護(hù)工程施工中，為了降低支護(hù)工程的造價(jià)，預(yù)留的基坑內(nèi)的工作面一般為1.0m左右。因此，在管樁的打設(shè)過(guò)程中如果垂直度控制不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，將會(huì)造成管樁偏移過(guò)大，占用預(yù)設(shè)的工作面，而造成實(shí)際的工作面狹窄，施工作業(yè)困難。另外，對(duì)深基坑支護(hù)，在架設(shè)二層支撐的鋼圍檁時(shí)，難以使鋼圍檁與支護(hù)管樁緊密接觸，支護(hù)管樁受力不均勻，影響支護(hù)效果。
�、菙嚢铇兜木鶆蛐浴嚢铇兜木鶆蛐钥捎绊懙结∧粯兜闹顾Ч�，本工程設(shè)計(jì)攪拌樁為兩噴兩攪，雖然止水效果尚可，但從實(shí)際情況來(lái)看，均勻性較差，且難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度。如果改為兩噴四攪，相信止水效果將會(huì)更好。
4、效益評(píng)估
4.1地連墻支護(hù)
導(dǎo)墻混凝土：304m3×860元=26.144萬(wàn)元;
地連墻澆注混凝土：3192m3×750元/m3=239.4萬(wàn)元;
地連墻鋼筋:380噸×4800元/噸=182.4萬(wàn)元
鋼支撐鋼管租賃：102噸×10元/t·天×120天=12.24萬(wàn)元。
鋼支撐型鋼原材料：15t×(5500-2500)元/t=4.5萬(wàn)元;
鋼支撐安裝及支拆：117t×1100元/t =12.87萬(wàn)元;
合計(jì)：477.55萬(wàn)元。
4.2管樁與攪拌樁聯(lián)合支護(hù)
PHC-C60(110)管樁：3002m×460元/m=138.09萬(wàn)元;
700mm水泥攪拌樁：4276m3×195元/m3=93.38萬(wàn)元;
鋼支撐鋼管租賃：198t×10元/t.天×120天=23.76萬(wàn)元;
鋼支撐型鋼原材料：72.4t×(5500-2500)元/t=21.72萬(wàn)元;
鋼支撐安裝及支拆：271.4t×1100元/t =29.85萬(wàn)元
冠梁鋼筋混凝土：210m3×1200元/m3=25.2萬(wàn)元。
噴錨混凝土坡面支護(hù)：1750m2×100元/m2=17.5萬(wàn)元
合計(jì)：349.5萬(wàn)元。
從以上的施工費(fèi)用看，節(jié)約費(fèi)用約為128.05萬(wàn)元。而且管樁支護(hù)施工與地連墻施工相比較，沒(méi)有泥漿排放，可避免對(duì)施工區(qū)域的污染，更容易達(dá)到文明環(huán)保施工的要求。
5、結(jié)束語(yǔ)
預(yù)應(yīng)力PHC管樁與水泥攪拌樁止水帷幕相結(jié)合的支護(hù)方案，同其他的支護(hù)方式相比較，施工方法簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制較方便容易;安全和文明施工也容易達(dá)到要求，沒(méi)有地連墻施工等帶來(lái)的泥漿污染;最重要的一點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)，同地連墻方案相比較可節(jié)約大量資金。因此此方案值得推廣應(yīng)用。
