船行二站拆建工程中深基坑支护方案的选择与应用

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1 工程概况

船行二站为灌区的两座水源泵站之一，建于20世纪90 年代，泵站设计流量为14.3m³/s。泵站位于中运河沿岸，利用长度约200m 的引河从中运河引水灌溉，引河与中运河垂直相交。现状泵站共设置13 台26 寸混流泵，配13 台110kW 电动机，布置在东西走向的引河的北侧河岸，为侧向进水、一列式布置，机组东西向排列。受地形条件及机组排布的限制，出水池长度仅为4m，而宽度达50m，出水口无渐变段，仅通过6m 宽桥涵与另一座水源泵站汇流。因此其进、出水条件较差。

此次泵站的拆建改造中，结合现状地形条件，经多种方案比选，最终选用4 台套1400QZ-70 (-2°)型潜水轴流泵，配套4 台YQGN990-16P-560kW-10kV 型电动机，额定功率560kW×4。泵站采用跨河式布置，湿室型块基式结构，泵室纵轴线长14.00m，横轴线长16.70m。泵室机组采用一列式布置，控制室、配电室位于南岸，检修间位于北岸。

泵站拟建位置的南侧为乡村混凝土道路，路面高程为22.10m。站址北侧为管理所现有道路、绿化地面，高程为23.20m。泵室拟建位置的引河河底高程为15.30m，引河两侧为浆砌石护坡，顶部为防护挡墙，墙顶高程为19.20m。泵室的底板设计底高程为12.50m，基坑最大开挖深度为10.70m。由于引河北侧为管理房的办公楼、管理道路，南侧为地方居民的房屋，无开挖放坡空间，因此需在基坑开挖的过程中对两侧河坡进行支护。

2 支护方案选择

2.1 基坑工程概况

（1）基坑规模：基坑开挖面积约2452.0m2。支护长度约214.0m。

（2）基坑挖深：北侧开挖区域基坑开挖深度为：23.20-12.50=10.70m；南侧区域基坑开挖深度为：22.10-12.50=9.60m。

（3）环境概况：基坑所在场地为新建开发场地，基坑开挖范围未见管道和管线。基坑东侧为引河河道，基坑北侧的基坑开挖最外层边线距离已建办公楼约2.00m，基坑西侧的基坑开挖最外层边线以外为河道，基坑南侧的基坑开挖最外层边线距离水泥路面最近距离为1.2m，距离居民房6.2m。

2.2 工程地质情况

此次勘察查明，在钻探所达深度范围内，场地地层层序如下：

①-1层：素填土（Q4ml）。杂色，松散，主要成分为粉土、粉质黏土，上部含大量植物根系。

①-2层：淤泥（Q4ml）。灰色，灰褐色，流塑，含腐殖质及贝壳碎屑，有腐臭味，稍有光泽反应，低干强度，低韧性。

②层：粉质黏土（Q4al）。灰黄色、灰黑色，软塑～可塑，稍有光泽反应，中等干强度，中等韧性，局部夹薄层稍密状粉土薄层。

③层：粉土（Q4al）。灰黄色，黄色，稍密，湿，无光泽反应，摇振反应迅速，低干强度，低韧性。

③-A层：粉质黏土（Q4al）。灰黑色，灰黄色，软塑，稍有光泽反应，中等干强度，中等韧性，局部夹稍密状粉土。

④层：淤泥质粉质黏土（Q4al）。灰黄色、灰黑色，软塑，局部流塑，稍有光泽反应，中等干强度，中等韧性。

⑤层：粉土（Q4al）。灰黄色，黄色，稍密～中密，湿，无光泽反应，摇振反应迅速，低干强度，低韧性。

⑥层：粉质黏土（Q4al）。灰黑色，灰黄色，软塑，稍有光泽反应，中等干强度，中等韧性。

⑦层：粉质黏土（Q4al）。灰黄色，黄褐色，可塑，稍有光泽反应，中等干强度，中等韧性。

⑧层：粉细砂（Q3al）。灰黄色，黄色，中密，饱和，矿物分层主要为石英、长石及云母碎屑，颗粒级配一般，局部为中密状粉土。

⑨-A层：含砂粉质黏土（Q3al）。灰黄色，黄色，可塑～硬塑，稍有光泽反应，中等干强度，中等韧性，局部混有密实状砂，含砂量为20%～40%，分选性差。

⑨层：中粗砂（Q3al）。黄色，灰黄色，中密～密实，饱和，矿物成分主要为石英长石及岩石碎屑，颗粒级配一般，局部为密实状细砂。

⑩层：含砂姜黏土（Q3al）。黄褐色，灰黄色，硬塑，局部可塑，稍有光泽反应，高干强度，高韧性，含大量砂姜，粒径2～5cm，局部夹薄层密实状砂，该层未穿透。

2.3 水文地质条件

（1）地表水

场地区主要地表水源为附近沟渠，钻探期间沟渠内水位约18.30m。

（2）地下水及其腐蚀性

在勘察深度内，拟建处地下水为潜水，3 层粉土及以上饱和土层为主要潜水含水层。钻探期间的潜水水位为18.06～19.30m。

潜水主要接受大气降水、农田灌溉及河渠侧渗补给，主要排泄于自然蒸发和河渠侧排。

2.4 初步支护方案

根据基坑开挖深度，结合周边环境、地质条件及对施工作业面的要求等，从安全、经济的角度出发，结合施工工艺、施工周期等因素，基坑东侧和西侧整体采用自然放坡，基坑的南北侧岸坡采用“拉森钢板桩+预应力锚索”进行支护。

钢板桩在工程基坑支护的应用中，优点较多，其承载力强，自身结构轻，钢板桩构成的连续墙体具有很高的强度与刚性；水密性好，钢板桩连接处锁口结合紧密，可自然防渗；施工简便，能适应不同的地质情况和土质，可减少基坑开挖土方量，作业占用场地较小；作业高效，施打方便；材料可回收反复使用，在临时性工程中，可重复使用20～30 次。

钢板桩既可作为防护桩，又能进行截渗，而且能够反复利用，工程投资相对较小，故选用钢板桩作为支护主体。因钢板桩其变形较大，结合基坑较深情况，选用桩长15m 的拉森钢板桩。钢板桩顶部设计高程为19.00m，桩顶设置1.50m 平台，平台以外向上部地面放坡，坡比为1︰1.5。基坑底高程为12.50m，桩底高程4.00m，嵌入深度8.50m。

为保证基坑的稳定性，在其桩体顶部布置两排钢绞线锚索，形成组合整体。锚索采用直径15.2mm 的钢绞线，上、下排单根锚索分别设置3 根、5 根钢绞线，以15°角向下锚入土体，锚索孔孔径为300mm，孔内灌注水泥砂浆，上、下排锚索长度分别为12m、28m，均设置5.0m 的自由段。锚索布置间距为3.0m，与钢板桩结合部位设置纵向槽钢围檩，通长布置。

3 施工过程

在施工单位进场后，先修筑了引河东侧的围堰，完成施工截流。随后进行了引河侧排水、钢板桩的施打。在引河内表面水排除后，两侧钢板桩施打完成，施工队对钢板桩后部边坡进行了削坡修整，对桩前土体进行了开挖，为锚索施工填筑操作平台。

整个施工过程进行10 天左右，在基坑的南侧混凝土路靠近基坑侧的土体发生了开裂，路肩土体发生了滑动，最大开裂宽度达9cm。基坑北侧管理所办公楼外部混凝土地面也出现分布不均的裂缝。考虑到基坑周边建筑设施的安全及基坑整体的稳定，施工暂时停止。

4 支护加固方案

根据施工中基坑周边土体开裂、发生相对滑动的情况，两侧的现状土体性状已经发生了变化，而钢板桩本身也存在着变形大的缺点，在本工程中对于两侧建筑物的安全考虑略显不足。加之基坑周围土体较差，基坑岸坡存在部分回填土，虽经过长期的沉实，但由于引河内水位快速下降，土体自身水位下降过快而导致土体的位移和滑动。

针对以上情况，目前采用的支护方案已不能保证基坑的安全与稳定，故应采用相应措施对其加固。目前，基坑支护范围主要由两部分组成，即上游翼墙段和泵室段。上游翼墙范围较宽，南北两侧距离当地居民房屋、管理所办公楼较近；泵室段支护范围较窄，距离房屋较远。

结合此种情况，此次基坑加固总体的思路为减小基坑两侧土体变形，保证建筑物的安全。为充分利用已施打钢板桩，将已实施钢板桩作为两侧截渗桩，在引河两端施打水泥土搅拌桩，使基坑封闭。对于上游翼墙段，采取在钢板桩外侧重新实施钢筋混凝土灌注桩，取消该段钢板桩的锚索，在灌注桩顶部的盖梁上重新设置锚索，使支护桩调整为“灌注桩+预应力锚索”，灌注桩盖梁顶部高程为20.00m，桩底高程为0.50m，桩体直径为800mm，间距1.30m，锚索间距调整为2.60m，共计1 排。对于泵室段，利用其场地较为开阔的条件，已实施的钢板桩继续作为支护桩+截渗桩，在现状钢板桩的内侧距离桩体5.0m 并保证泵室外部1.0m 操作空间的位置加设9.0m 的钢板桩，桩顶高程为16.00m，形成二级平台，总体为梯级支护形式。

此种加固方案，在理论计算中能够满足要求，在实际应用中效果明显，各类监测参数均满足规范要求。

5 结语

随着工程建设技术水平的发展，各种新工艺、新材料不断出现，支护的材料和形式也在不断创新。结合工程实际条件，选择安全可靠性高、施工周期短、可操作性好、工程投资经济的支护方案尤为重要。此次初步选定的钢板桩支护方案具有施工便捷、结构简单、一桩多用等优点，但在基坑支护深度较大时也存在着变形大等缺点。该工程对钢板桩辅助以锚索加固，房屋等建筑物段优化为变形量较小的灌注桩作为加固措施予以完善，保证了基坑的稳定以及周边建筑物的安全，为基底下部工程实施创造了良好的施工条件。