基于钻孔灌注桩设计技术的深基坑支护结构分析

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摘 要：文章通过笔者对现实中所接触深基坑实例的研究，就如何合理确定深基坑支护结构设计方案进行了分析和探讨，提出了参考建议。

关键词：深基坑；方案分析；支护设计

1 工程概况

宁波钢铁有限公司热扎厂水处理系统旋流池工程，位于炼钢厂房以西，热扎厂主厂房房东侧。旋流池为内、外双圆筒式钢筋混凝土结构。外筒（水池）直径31.8米，壁厚1.4米，池底为倒圆锥台形底板，池底厚1.6米，池底深度30米。内筒的内壁直径6.5米，壁厚0.3米。其大直径和深度属国内少见，且底板特殊。

2 基坑围护结构方案的选择分析

旋流池工程埋地深，直径大，地下水位高，地质情况复杂，且靠近铁路，工期短，施工难度大。根据目前的施工技术水平和以往的施工经验认为：

（1）基坑大开挖施工：因靠近铁路，施工场地有限，土方工作量大，对铁路的支护方案费用较高，也无法满足工期（8个月）的要求。

（2）地下连续墙围护：具有整体刚度好，防水性能好的优点。但造价高，工期长，且污染道路。

（3）钢板桩围护：具有止水效果好，施工速度快等优点。但刚度差，结构变形大，造价高，不易回收，且材料来源有困难。

（4）钻孔灌注桩围护：桩截面刚度好，但造价相对较高，抗渗性能差，施工时污染环境。

（5）水泥搅拌桩围护：围护墙的整体性和防渗性能好，造价低。但围护墙需要占据较多的位置，本工程场地条件不允许，且支护深度受到限制。

（6）预制钢筋混凝土板桩围护：具有可事先预制，施工速度快，利用板桩的契口能挡土止水，占地位置小，造价低等优点，但场外运输困难，打桩时对周围环境有影响，且深度有限。

（7）沉井法围护：利用结构本身作为围护结构，具有造价低，施工方便的优点。但该工程因旋流池直径较大，下沉深度深，垂直度和水平位移难以控制，并且嵌入岩石，其质量难以控制。

经过综合分析、比较，采用常规的围护结构无法满足该工程的要求。借鉴以前采用的钢筋混凝土井模施工方法，从基坑上口向下，边开挖边支护，开挖一段，支护一段的经验。同时可利用围护结构作为池壁结构的一部分的思路，拟采用逆做法施工方案。

3 逆作法施工中基坑支护结构设计

3.1 基坑降水

针对本项目具体实施过程中可能遇到的地下水渗入的情况，拟采用基坑内外联排的措施。具体设计如下：（1）在坑外距坑边5米远的地方，沿基坑周圈设16个直径为1米的深井，用水泵进行降水。同时挖一圈0.8米深的排水沟截断地表水，防止因下雨造成地表水流入基坑。（2）在基坑内，每层段挖土时先挖排水沟和集水井，用水泵抽至坑外的排水沟。

3.2 池壁支护结构设计

3.2.1 荷载计算

（1）外筒池壁自重：考虑17m以上由池壁外侧摩擦力及措施桩承重。（外筒外直径：31.6m，外筒池厚：1.3m）。（2）池壁外侧摩擦力：由于场地地质层状复杂，在直径30m、深15-16.5m范围内，土层变化较大，各孔位计算摩擦力相应变化较大，为安全因素考虑，设计取K9、K10、K12计算摩擦力中的小值（极限标准值）。（3）池壁承载力计算：根据上述计算，池壁自身侧阻力容计值fa>G，即仅靠池壁侧阻力即能满足施工需要，但考虑周边建构筑物、地下水及施工、地下石方爆破作业等不确定因素，为确保池壁不产生不均匀沉降而偏移，同时考虑场地地质层状变化多产生的侧阻力不均匀影响，设计考虑沿池壁均匀布置20根直径800人工挖孔桩作为池壁支撑桩，桩长24.5m，桩头嵌入中风化岩层5.5m。

3.2.2 防止池壁结构在自重的作用下下沉的支护结构设计

依据荷载计算结果，采用人工挖孔灌注桩作为支承的措施桩。措施桩的设计和施工必须控制在外筒池壁的中心上，桩径必须小于外筒池壁的厚度，同时要满足外筒池壁内外层钢筋的位置。桩基采取人工挖孔桩，尽量嵌入岩石层，护壁采用红砖护壁，施工时要严格控制桩径和垂直度。在结构施工时，要破除桩基的护壁并清理干净，以便与外筒池壁紧密结合。具体要求如下：（1）在池壁顶部设一圈钢筋混凝土外跳板梁，宽度1.00米，厚度0.5米。（2）在护壁结构中设16根直径为0.9米的钢筋混凝土人工挖孔灌注桩支承护壁结构的重量（护壁结构与土体之间的磨察力不计）。桩的底部嵌入岩层1.500米。在浇灌混凝土前向桩身外预留插筋（垂直方向间隔0.8米，水平方向间隔0.3米），以便与护壁结构有效的连接。（3）在基岩顶面，池壁外侧设一道环形梁，以保证支承失去作用后托住池壁。

3.3 施工缝的留设及防渗漏设计

由于从上往下分节施工，共有5道施工缝，新老混凝土间将产生约束应力，增大了产生裂缝的可能性，产生漏水及渗水现象，需常期进修补处理。其次施工缝的防水处理是本工程逆作法施工的难点和重点所在，常规的施工缝处理：采取施工缝内侧接头修补或堵漏处理方法，每节砼在内侧形成了一道环形疤块，要后期处理，直接影响内侧砼的外观质量，留下施工痕迹，且易脱落。具体措施如下：（1）池外壁内侧与池内壁结构之间留垂直施工缝。（2）池底板与池壁之间留设一道水平施工缝。（3）池壁±0.000～-18.400米之间每2.3米留一道水平施工缝。-18.400米（池壁底部）～-25.00米之间留设一道水平施工缝。池壁浇灌混凝土前支设模板时留设外斜模板，使混凝土浇灌面高出池壁浇灌层150mm，以保证接缝处混凝土浇灌密实。即在施工缝的内环部位增设一道砼环形“牛腿”，作为结构的组成部份，与结构一起浇灌完成，将施工缝封堵不留痕迹，作为设计造型永久保留。或者施工完后将壁外多余的混凝土凿除。（4）施工缝留设企口缝，并且内高外低，以保证在混凝土浇灌时接缝易灌饱满。（5）在每节池壁下部填30～50mm的砂子，防止混凝土结合面不沾泥土。接缝处钢筋必须清理干净。（6）每节第一层混凝土要减石子接浆，混凝土中参加适量微膨胀剂，保证施工缝处的混凝土结合紧密。此外混凝土中参加适量的早强减水剂，以增加混凝土的和易性和早期强度。（7）对接缝薄弱部分采用防水砂浆抹缝。

4 思考与建议

基坑支护形式的选择应在仔细针对周边环境、工程造价以及施工技术等的各方面考察的前提下，通过综合对比进行选择。具体来说就是应当在确保基坑稳定以及引起的周围环境变形在可接受范围内，应当尽可能的选取工程造价较低的基坑支护形式，不能够通过提高基坑变形控制标准，而选择造价昂贵的支护型式，造成不必要的浪费。

参考文献

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