钢筋混凝土水平支撑技术在某大型全地埋式污水处理厂支护中的应用

付春友

摘    要：通过工程实例介绍灌注桩+钢筋混凝土水平支撑这种支护型式，在某全地埋式污水处理厂深基坑支护中的应用。通过设计技术手段，解决这种大型地下设施在基坑支护设计中遇到的难题。

关键词：全地埋式污水处理厂;深基坑支护;灌注桩排桩;钢筋混凝土支撑;高压旋喷桩

1  引言

随着城市化进程的推进，城市里对地面环境及地下空间利用的要求越来越高，之前的地面式污水处理厂已不能满足人们对环境及城市景观绿化等的要求，全地埋式污水处理厂的出现很好的解决了这一问题。全地埋式污水处理厂的地下为污水处理站结构及设备，地面为城市公园绿地。由于采用全地埋式结构，基坑挖深往往达到或超过20m，支护型式一般采用灌注桩+钢筋混凝土水平支撑，加之全地埋式污水处理厂自身结构的特殊性，对基坑支护设计、施工的要求非常高，设计施工中遇到的难题也比较多。

2  工程实例

近几年在我国建筑工程基础建设中，深基坑支护技术取得了较大的发展，随着基坑深度的越来越深，灌注桩+水平支撑这一支护型式的应用越来越广。笔者将在合肥某全地埋式污水处理厂工程应用深基坑支护技术所开展工程实例的基础上，对其进行仔细的分析。

合肥市某全地埋式污水处理厂，建筑面积约6.3万平方米，污水处理规模为10万m3/d，项目总投资约为6亿元。该污水处理厂为地下2层，地上无结构，基坑东西方向长约250m，南北方向宽约95m，由于场地南北两侧高差较大，基坑开挖深度南侧为24m，北侧为18.5m。基坑北侧紧邻市政主干道，南侧距离高铁高架桥60m，东南角距离动车轨道线29m，高铁线及动车线均为在运行线路，每天多趟列车经由高铁线及动车线进出站，周边环境复杂。场地局部杂填土厚度超过16.5m，地质条件复杂。该工程支护结构安全等级为一级。

经多方案比选、多软件计算分析，基坑支护设计方案采用1200mm直径的灌注桩+三层钢筋混凝土水平支撑支护方案，杂填土部分的灌注桩桩间采用高压旋喷桩止水。

3  深基坑支护设计施工技术

3.1  灌注桩

设计的灌注桩采用1200mm直径灌注桩，桩长25m～35m，由于紧邻高铁线路，依据上海铁路局要求，桩中心距为1400mm，相邻桩净距200mm。灌注桩采用旋挖钻机成孔，由于杂填土层较厚，施工时灌注桩在杂填土段采用钢套管护壁成孔，下部粘土段采用干作业成孔。考虑相邻桩间距较小，为避免相互影响，施工中采用跳两孔成桩，即按顺序先施工1号4号7号桩，再施工2号5号8号桩，以此类推。按照此工艺施工的灌注桩充盈系数均未超过1.05，后期支护桩开挖后成桩质量满足要求，外观所见，桩身未出现明显的缩颈现象。

3.2  高压旋喷桩

部分地段杂填土层厚度超过16.5m，杂填土中上层滞水较丰富，由于紧邻高铁线路，基坑开挖不允许降水，故在灌注桩桩间增加两排高压旋喷桩止水，防止因杂填土失水对周边环境造成影响。

高压旋喷桩采用600mm直径，相邻桩间搭接200mm，为确保止水效果，桩间设置两排旋喷桩。旋喷桩下部进入粘土层不小于500mm。旋喷桩的施工在灌注桩混凝土强度达到设计强度的75%以后进行，采用二重管施工工艺，浆液采用纯水泥浆，水灰比0.9～1.1，设计水泥用量为平均每延米200kg，高压水泥浆液流压力10MPa～20MPa。

基坑开挖后，在杂填土段，桩间无明显渗漏水点，旋喷桩止水效果良好。

3.3  钢筋混凝土支撑

由于基坑深度达到了24m，杂填土层厚度大，经计算分析，设计采用了三层钢筋混凝土水平支撑的设计方案。支撑梁截面尺寸分为800mm×800mm、800mm×1000mm、1000mm×1000mm及1000mm×1200mm四种，支撑梁混凝土强度等级C30。

支护桩桩长、配筋等是依据理正深基坑计算软件的单元计算结果，内支撑杆件的布置、支撑杆件的截面尺寸、配筋等是依据理正深基坑计算软件的整体计算结果。依据单元计算结果，各剖面支护结构最大水平位移为28mm，依据整体建模计算结果，支护结构最大水平位移为25.5mm，支撑梁最大水平轴力约12000kN。

4  基坑支护设计中的几个难点及解决办法

4.1  本工程设计难点

针对本工程的特殊性，本工程设计难点如下：（1）基坑深度超深，杂填土层厚度大，南侧紧邻高铁线路，如何将支护结构的变形控制在允许范围内。（2）基坑南北侧地面标高相差5.5m，如何解决水平支撑两侧的巨大土压力差问题。（3）基坑最大开挖深度24m，地下两层，负二层层高10m，如何分别解决三层水平支撑的换撑问题。（4）如何解决类似水平支撑支护深基坑的出土效率问题。

4.2  设计解决办法

针对本工程特点，笔者在多方案比选及大量分析计算基础上，与业主单位及施工单位多次沟通，从设计方面提出了如下的解决问题办法：（1）对于超大超深基坑，除采用常规基坑支护设计软件进行单元计算、整体计算外，还采用大型有限元分析软件Midas GTS NX进行了三维有限元分析，进行辅助设计，确保将基坑开挖对动车轨道的影响控制在规范允许范围内。上海铁路局委托第三方对基坑开挖对铁路线的影响进行了安全评估，根据评估结果，基坑开挖对铁路线的影响均在规范允许范围内。（2）对场地填土厚薄不均匀地段，采用调整桩身配筋，调整支撑杆件截面尺寸及布置等，使填土较厚部分的变形与填土较薄部分的变形协调一致，不至于产生应力集中。为很好的解决南北两侧土压力的巨大压力差问题，经多次建模分析、对比，通过调整南北侧的杆件布置等，最终使得南北两侧杆件内力相对较均衡、未产生较大的压力差。（3）地下污水处理厂结构不同于普通的地下商业或地下车库结构，层高竖向不均匀，本工程中间只有一层楼板，相当于负一层层高5.7m，负二层层高10m，第三层水平支撑无法采用常规楼板换撑方案，最终采用在底板施工型钢格构斜撑杆件的换撑方式，解决了这种超高层高的换撑问题。（4）以往类似的多层水平支撑支护的深基坑，出土一般采用栈桥出土或垂直运输出土，出土效率低。针对本基坑东西长250m，南北宽95m的特点，结合现场土方运输线路，在基坑东西两侧的短边方向預留了两个出土坡道，出土坡道处桩顶标高相比其他位置的桩顶降低了8.5m，使得渣土车能很方便的通过坑内出土坡道下到第三层支撑梁以下，为基坑土方出土提供了极大地便利，如此处理以后，最后土方收口时需要垂直运输的土方量极小，采用长臂挖机等就可以将最后坡道处的土方挖除。大大缩短了工期。相比栈桥出土方案，节省了支护造价，大大提高了出土效率。

5  支护效果分析

按照灌注桩桩顶、坡顶水平位移及土体深层水平位移监测结果，各剖面的支护结构最大水平位移约为24mm，支撑内力监测的支撑梁最大轴力约10000kN，基坑周边杂填土中上层滞水地下水位未随着基坑土方开挖出现明显下降。依据铁路部门的监测结果，基坑支护施工及使用期间高速铁路墩顶变形及动车轨道线路基变形均满足规范要求，支护结构很好的保证了高铁线及动车线的安全。

由于本工程的设计难度大，周边环境复杂，最终通过设计人员的努力，使得支护结构很好的保护了周边环境，为业主节省了支护造价和工期，获得了业主单位的好评。目前该污水厂已投入运营，地面城市绿地公园也已建成开放。本基坑支护工程的设计也成为了当年的省级及国家级的优秀工程勘察与岩土工程项目。

6  结论

综上所述，基坑支护的设计应充分分析了解不同工程的特性，依据工程特点，合理选择支护型式，为业主单位和施工单位解决问题，使基坑支护工程做到安全、经济、合理、高效。