钢管斜抛撑支护体系在旧池改造中的应用

钢管斜抛撑支护体系在旧池改造中的应用

乔守广

上海市基础工程集团有限公司，上海 200082

摘要：以杨树浦水厂改造工程项目基坑支护为工程背景，介绍了2#3#沉淀池及排水泵房基坑支护的设计方案优化和施工过程，相较于整体内支撑结构，方便土方开挖，缩短工期，降低安全风险，节约施工成本，具有明显的经济效益，同时为今后类似基坑工程提供参考。

关键词：基坑；钢管斜抛撑；施工技术

1 工程概况

杨树浦水厂原2#3#沉淀池建于1995年，为地下钢筋砼水池结构，呈南北走向，其中2#沉淀池絮凝区向西南方向突出，絮凝区内隔墙为砖砌结构。每座水池平面尺寸为125m×26.9m，池体高度为5.75m，底板顶标高为±0.0m（绝对标高，下同），底板厚0.5m，底板下素砼垫层厚0.1m；池顶标高为+4.75m。排泥渠平面尺寸为99.9m×3.2m，底板顶标高为±0.0m（绝对标高，下同），池顶标高为+2.4m。每座沉淀池大致分3个区域，南侧为絮凝区，中间为平流沉淀池，北侧为出水区。2#3#排水泵房位于2#沉淀池西侧，且紧邻沉淀池池壁，为框架结构，地下一层，地上二层，建筑标高比室外道路高约8m。

杨树浦水厂为全国重点文物保护单位。2#3#沉淀池及排水泵房涉及3座国保单体，东侧为次步唧机室，距离基坑6.9m；南侧为初唧配电间，距离基坑7.1m；西侧为水质检验中心，距离基坑11.0m；保护要求高。

2 方案调整原因

2#3#沉淀池及排水泵房原基坑围护设计方案采用Φ1000@700钻孔咬合桩结合一道钢筋混凝土水平支撑，东、南侧和西侧采用高压旋喷桩裙边加固。基坑工程坑底位于第①3层灰色粘质粉土（江滩土）中。

2.1现状空池的2#3#池基坑土方开挖量小

2#3#沉淀池深度为4.15m（地面标高4.15m，池底标高0.0m），池内老底板厚度为0.5m，其下素砼垫层0.1m；基坑大部分设计开挖坑底标高为-1.1m，即现状老池底板素砼向下开挖约0.5m即到设计标高，因此，2#3#池基坑开挖深度较浅，基坑开挖土方量小，原设计的基坑钢筋砼水平支撑方案作用时间短，制作周期长（计划工期35天）。

2.2基坑钢筋砼水平支撑高空制作及拆除存在安全风险

基坑原设计的钢筋砼水平支撑体系需要在2#3#沉淀池空池上方制作、养护和拆除，施工工期长，但使用时间较短；水平支撑制作及拆除存在安全风险。

2.3砼支撑拆除及远距离吊装存在安全风险

受现场条件限制，2#3#池基坑仅西侧有一条进厂大道，其他位置均无法停放大型设备。另外，2#3#池基坑原设计的钢筋砼水平支撑梁跨度大，距离远（长128.6m，宽59.5m），对砼支撑梁拆除后的吊装十分不利，且砼支撑切割选用钻石链条锯搭配钻孔机进行拆除，均存在一定的安全风险。

2.4原设计基坑坑底裙边加固施工困难

基坑原设计高压旋喷桩（双重管）裙边加固范围内存在沉淀池老钢筋砼池壁，为确保基坑安全，必须先支撑后拆除老池壁再坑底加固。而支撑完成后，钢筋砼水平支撑的位置又会影响到坑底的裙边加固施工，无法做到有效搭接；如果高压旋喷桩桩机放到坑底施工，又因净空的影响，桩机无法放置到砼支撑下面。

2.5缩短施工工期满足进度要求

工程工期非常紧张，如调整基坑支撑及加固方案后，可节约工期45天以上，可保证施工进度满足节点要求。

3 设计优化及施工

2#3#沉淀池与2#3#排水泵房共用一只基坑，2#3#沉淀池及排水泵房围护方式采用φ1000@700咬合式排桩+一道钢管斜抛撑（支承在加厚配筋垫层、工程桩及第②层老底板上）和局部水平钢支撑（2#3#排水泵房）。坑内裙边加固采用格栅式φ1200@1000三重管高压旋喷桩。桩基础为φ1000钻孔灌注桩，强度等级为C30（水下）。基础筏板砼厚度为700mm，底板砼强度等级为C30。文保建筑区域设底板上翻牛腿高度1500mm，其它区域设底板上翻牛腿高度1000mm。（如图1）图1  2#3#沉淀池及排水泵房支撑平面示意图

3.1斜抛撑施工工艺

斜抛撑：采用φ609×16钢管，角度为30°，6.2m/9.3m间隔布置，邻近文保建筑区域加密为6.2m，斜抛撑穿底板范围采用HW400×400×13×21转换便于底板止水。斜撑底部支承在井字形布置的加厚配筋垫层（近似于结构板）和工程桩上，基础、桩基与地基共同作用，采用预埋件φ609×16钢管与配筋垫层锚固。配筋垫层采用250厚C30砼，宽2.5m，其中支座处设置厚度650mm长3.0m×宽2.5m矩形承台[1-2]。

局部水平钢管支撑：采用φ609×16钢管，间距控制在9.3m以内，联系杆采用HW400×400×13×21型钢。

3.2施工顺序

先施工沉淀池四角水平钢支撑及排水泵房水平钢支撑；再对称开槽北侧和南侧沉淀池底板，埋设预埋件，浇筑承台及配筋垫层，架设斜抛撑；然后沉淀池中部开槽，施工东西向配筋垫层及承台，架设斜抛撑，待砼达到设计强度80%后施加斜撑预应力；最后沉淀池南北向对称开槽，施工配筋垫层及承台，架设斜抛撑，待砼达到设计强度80%后施加斜撑预应力。

3.3钢支撑的安装与拆除

水平钢支撑由钢管、钢筋砼圈梁及其附属构件组成。连接形式为：一端顶住钢筋砼圈梁，另一端接上活络头，活络头与钢筋砼之间用钢楔嵌固。

钢管抛撑由钢管、钢筋砼圈梁、矩形承台、HW400型钢及其附属构件组成。连接形式为：上部固定端顶住钢筋砼圈梁斜面，另一端活络头顶住下部位置，活络头与钢筋砼承台之间采用H型钢转化连接。

整个支撑体系安装结束后，均开挖到坑底标高，素砼垫层找平后浇筑底板。然后浇筑砼倒牛腿基坑，待倒牛腿砼到龄期后 (强度达到设计要求 )则可考虑拆撑。当先施工的区域底板强度先到，即可先进场拆除该区域支撑，接着按顺序拆各区域撑。

4 关键施工要点

4.1水池无桩基础，抗浮稳定是关键

2#3#沉淀池及排水泵房为钢筋砼水池结构，无桩基础；如仅抽部分水体后回填土方，池内势必变成泥浆池；如抽完水回填，水池则无法满足抗浮要求。

因此，2#3#沉淀池先抽出部分水体，池内保持1m左右的水位，以保证水池不会上浮。周边原有4口泄压井不抽水，以避免对周边文保的影响。将2#3#沉淀池及排水泵房分为6个区，如下图3所示：

图2  2#3#沉淀池及排水泵房抗浮期分区平面图

A、先凿除⑥区絮凝反应区，边凿除边回填碎石碾压，向东侧和北侧放坡，南侧6m区域和西侧至沉淀池①区边线回填至与周边地表齐平；

B、对平流沉淀区①区和⑤区回填石子1.6m高度，然后抽空其它区域水体，保证水池满足抗浮要求；后续进行平流沉淀区②区、③区和④区工程桩施工；

C、将平流沉淀区①区和⑤区石子翻运至②区、③区和④区，进行①区和⑤区工程桩施工；

D、周边咬合桩封闭完成以后，清除②区、③区和④区石子，待⑥区工程桩施工完成以后，最后清除絮凝反应区⑥区内碎石。

4.2确保周边历史保护建筑的安全

基坑周边环境较复杂，既作为历史保护建筑，同时这些保护建筑也在使用运行中，施工风险很大，施工期间需要对他们进行特别地保护。

1）围护结构采用全套管咬合桩围护墙形式，具有刚度较大、占用施工空间小、同时具有承力和防渗两种功能，对周边建筑物及地下管线影响小。全套管施工，不产生泥浆，江滩土不存在塌孔风险，有利于保护基坑周边的历史文保建筑。

2）钢管抛撑体系在邻近文保建筑区域加密布置。支座处设置厚度650mm长3.0m×宽2.5m矩形承台，斜撑底部支承在井字形布置的加厚配筋垫层（近似于结构板）和工程桩上，基础、桩基与地基共同作用。

3）严格遵循“先撑后挖、分层分块开挖，严禁超挖”的施工原则进行开挖。将2#3#沉淀池及排水泵房基坑分为9块，总体按照“从南北两侧向中间，由东向西”的方向“分块、平衡”退挖。开挖顺序依次从Ⅰ区→Ⅱ区→Ⅲ区→Ⅵ区→Ⅴ区。土方单次分区底板浇筑完成后，方可开挖下一分区。（如图3）

图3  2#3#沉淀池及排水泵房基坑开挖分区示意图

5 监测方案与结果

在斜抛撑支护结构工作期间监测的主要项目由：周边建筑物竖向位移、周边地表竖向位移、周边管线竖向位移、深层水平位移（测斜）、支撑轴力、坑外水位、坑外土体分层沉降、孔隙水压力等。

根据监测结果，周边建筑物竖向位移最大-1.77mm，为基坑西侧水质检验中心；周边地表最下竖向位移-19.48mm，为基坑西侧中部位置；深层水平位移最大19.43mm，为基坑北侧偏右位置。

6 结束语

通过因地制宜优化支撑结构形式，采用钢管斜抛撑代替水平砼支撑，在整个基坑施工过程中，围护结构总体变形不大安全可控。斜抛撑具有施工速度快、施工灵活、经济型好等优点[3]，能够节约基坑工程施工成本，缩短施工工期，取得了良好的效益。

参考文献：

[1]陈长河，陈征宙，程毅等.排桩+斜支撑在某大面积基坑开挖中的受力变形性状研究[J].防灾减灾工程学报,2009,29(2):185-192.

[2]曹笑颦.排桩加斜抛撑支护体系在深基坑中的应用[J].工程与管理学报,2013,30(1):39-44.

[3]蒋跃楠.斜撑支护体系在超大面积深基坑中的应用探讨[J].建筑施工,2014,36(11):1210-1213.