基于鉆孔灌注樁設計技術的深基坑支護結構分析

摘 要：文章通過筆者對現實中所接觸深基坑實例的研究，就如何合理確定深基坑支護結構設計方案進行了分析和探討，提出了參考建議。

關鍵詞：深基坑；方案分析；支護設計

1 工程概況

寧波鋼鐵有限公司熱扎廠水處理系統旋流池工程，位于煉鋼廠房以西，熱扎廠主廠房房東側。旋流池為內、外雙圓筒式鋼筋混凝土結構。外筒（水池）直徑31.8米，壁厚1.4米，池底為倒圓錐臺形底板，池底厚1.6米，池底深度30米。內筒的內壁直徑6.5米，壁厚0.3米。其大直徑和深度屬國內少見，且底板特殊。

2 基坑圍護結構方案的選擇分析

旋流池工程埋地深，直徑大，地下水位高，地質情況復雜，且靠近鐵路，工期短，施工難度大。根據目前的施工技術水平和以往的施工經驗認為：

（1）基坑大開挖施工：因靠近鐵路，施工場地有限，土方工作量大，對鐵路的支護方案費用較高，也無法滿足工期（8個月）的要求。

（2）地下連續墻圍護：具有整體剛度好，防水性能好的優點。但造價高，工期長，且污染道路。

（3）鋼板樁圍護：具有止水效果好，施工速度快等優點。但剛度差，結構變形大，造價高，不易回收，且材料來源有困難。

（4）鉆孔灌注樁圍護：樁截面剛度好，但造價相對較高，抗滲性能差，施工時污染環境。

（5）水泥攪拌樁圍護：圍護墻的整體性和防滲性能好，造價低。但圍護墻需要占據較多的位置，本工程場地條件不允許，且支護深度受到限制。

（6）預制鋼筋混凝土板樁圍護：具有可事先預制，施工速度快，利用板樁的契口能擋土止水，占地位置小，造價低等優點，但場外運輸困難，打樁時對周圍環境有影響，且深度有限。

（7）沉井法圍護：利用結構本身作為圍護結構，具有造價低，施工方便的優點。但該工程因旋流池直徑較大，下沉深度深，垂直度和水平位移難以控制，并且嵌入巖石，其質量難以控制。

經過綜合分析、比較，采用常規的圍護結構無法滿足該工程的要求。借鑒以前采用的鋼筋混凝土井模施工方法，從基坑上口向下，邊開挖邊支護，開挖一段，支護一段的經驗。同時可利用圍護結構作為池壁結構的一部分的思路，擬采用逆做法施工方案。

3 逆作法施工中基坑支護結構設計

3.1 基坑降水

針對本項目具體實施過程中可能遇到的地下水滲入的情況，擬采用基坑內外聯排的措施。具體設計如下：（1）在坑外距坑邊5米遠的地方，沿基坑周圈設16個直徑為1米的深井，用水泵進行降水。同時挖一圈0.8米深的排水溝截斷地表水，防止因下雨造成地表水流入基坑。（2）在基坑內，每層段挖土時先挖排水溝和集水井，用水泵抽至坑外的排水溝。

3.2 池壁支護結構設計

3.2.1 荷載計算

（1）外筒池壁自重：考慮17m以上由池壁外側摩擦力及措施樁承重。（外筒外直徑：31.6m，外筒池厚：1.3m）。（2）池壁外側摩擦力：由于場地地質層狀復雜，在直徑30m、深15-16.5m范圍內，土層變化較大，各孔位計算摩擦力相應變化較大，為安全因素考慮，設計取K9、K10、K12計算摩擦力中的小值（極限標準值）。（3）池壁承載力計算：根據上述計算，池壁自身側阻力容計值fa>G，即僅靠池壁側阻力即能滿足施工需要，但考慮周邊建構筑物、地下水及施工、地下石方爆破作業等不確定因素，為確保池壁不產生不均勻沉降而偏移，同時考慮場地地質層狀變化多產生的側阻力不均勻影響，設計考慮沿池壁均勻布置20根直徑800人工挖孔樁作為池壁支撐樁，樁長24.5m，樁頭嵌入中風化巖層5.5m。

3.2.2 防止池壁結構在自重的作用下下沉的支護結構設計

依據荷載計算結果，采用人工挖孔灌注樁作為支承的措施樁。措施樁的設計和施工必須控制在外筒池壁的中心上，樁徑必須小于外筒池壁的厚度，同時要滿足外筒池壁內外層鋼筋的位置。樁基采取人工挖孔樁，盡量嵌入巖石層，護壁采用紅磚護壁，施工時要嚴格控制樁徑和垂直度。在結構施工時，要破除樁基的護壁并清理干凈，以便與外筒池壁緊密結合。具體要求如下：（1）在池壁頂部設一圈鋼筋混凝土外跳板梁，寬度1.00米，厚度0.5米。（2）在護壁結構中設16根直徑為0.9米的鋼筋混凝土人工挖孔灌注樁支承護壁結構的重量（護壁結構與土體之間的磨察力不計）。樁的底部嵌入巖層1.500米。在澆灌混凝土前向樁身外預留插筋（垂直方向間隔0.8米，水平方向間隔0.3米），以便與護壁結構有效的連接。（3）在基巖頂面，池壁外側設一道環形梁，以保證支承失去作用后托住池壁。

3.3 施工縫的留設及防滲漏設計

由于從上往下分節施工，共有5道施工縫，新老混凝土間將產生約束應力，增大了產生裂縫的可能性，產生漏水及滲水現象，需常期進修補處理。其次施工縫的防水處理是本工程逆作法施工的難點和重點所在，常規的施工縫處理：采取施工縫內側接頭修補或堵漏處理方法，每節砼在內側形成了一道環形疤塊，要后期處理，直接影響內側砼的外觀質量，留下施工痕跡，且易脫落。具體措施如下：（1）池外壁內側與池內壁結構之間留垂直施工縫。（2）池底板與池壁之間留設一道水平施工縫。（3）池壁±0.000～-18.400米之間每2.3米留一道水平施工縫。-18.400米（池壁底部）～-25.00米之間留設一道水平施工縫。池壁澆灌混凝土前支設模板時留設外斜模板，使混凝土澆灌面高出池壁澆灌層150mm，以保證接縫處混凝土澆灌密實。即在施工縫的內環部位增設一道砼環形“牛腿”，作為結構的組成部份，與結構一起澆灌完成，將施工縫封堵不留痕跡，作為設計造型永久保留?；蛘呤┕ね旰髮⒈谕舛嘤嗟幕炷凌彸?。（4）施工縫留設企口縫，并且內高外低，以保證在混凝土澆灌時接縫易灌飽滿。（5）在每節池壁下部填30～50mm的砂子，防止混凝土結合面不沾泥土。接縫處鋼筋必須清理干凈。（6）每節第一層混凝土要減石子接漿，混凝土中參加適量微膨脹劑，保證施工縫處的混凝土結合緊密。此外混凝土中參加適量的早強減水劑，以增加混凝土的和易性和早期強度。（7）對接縫薄弱部分采用防水砂漿抹縫。

4 思考與建議

基坑支護形式的選擇應在仔細針對周邊環境、工程造價以及施工技術等的各方面考察的前提下，通過綜合對比進行選擇。具體來說就是應當在確保基坑穩定以及引起的周圍環境變形在可接受范圍內，應當盡可能的選取工程造價較低的基坑支護形式，不能夠通過提高基坑變形控制標準，而選擇造價昂貴的支護型式，造成不必要的浪費。

參考文獻

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