水池类基坑换撑设计新思路与工程实践

2022-08-31钱宏伟李玉磊

城市道桥与防洪 2022年7期

钱宏伟，李玉磊

[上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092]

0 引言

给水厂站水池多采用地下或半地下钢筋混凝土结构，其结构形式与特点：一是结构形式复杂，基本无中层板，但水池内部纵横向隔墙、堰板等构件众多，外壁板需预留套管、孔洞等；二是抗渗性及整体性要求高，水池施工完毕后必须进行满水试验，观测水池渗水量，检查水池抗渗性能。为观测水池渗水量，及试验合格后外壁防腐涂料施工质量，围护体系与主体结构之间需预留操作空间，在水池满水试验及池壁防水、防腐涂料施工完成后方可进行基坑肥槽回填。

结合水池主体结构形式与特点，本文总结了软土地区水池类基坑一般及特殊条件下的几种换撑设计，并针对特殊条件下的水池深基坑，提出一种新的换撑设计思路，为同类设计和施工提供借鉴。

1 水池类基坑一般换撑设计

对于开挖深度较浅，采用一道水平支撑体系的水池类基坑，可仅在围护桩与底板之间布置传力带，待传力带强度达设计的强度80%以上后，拆除第一道支撑，即围护体与基础底板间换撑[1]。该位置的传力带仅起到支挡围护结构的抗压作用，一般为方便施工，采用与底板同厚度、同标号的素混凝土，如图1。

图1 一般底板换撑示意图

若在底板及底板传力带施工完成、拆除支撑工况条件下，围护结构变形计算过大，不满足周边环境保护要求或围护桩抗弯强度要求时，传力带也可做成上翻牛腿形式，以缩短拆除支撑工况下围护结构计算的悬臂高度，控制围护结构变形及确保周边环境安全。上翻牛腿的配筋通过其所受荷载大小按弯剪构件计算，如图2。

图2 上翻牛腿换撑示意图

对于开挖深度相对较深，采用二道水平支撑体系的水池类基坑，常规换撑设计施工顺序为：（1）底板及底板传力带浇筑；（2）待底板及底板传力带强度达设计强度的80%以上后拆除第二道支撑；（3）继续施工水池壁板、顶板及顶板传力带；（4）待主体结构及顶板传力带达设计强度80%以上后拆除第一道支撑；（5）继续施工水池顶板以上部分主体结构。顶板传力带可间隔开孔，开孔长度一般不小于1 m，以便于人员、材料的内外进出，肥槽内也可采用中粗砂或局部素混凝土回填，以确保回填密实性（见图3）。

图3 常规底板、顶板换撑示意图

2 水池类基坑特殊条件下换撑设计

对于某些半地下式水池，当顶板位于现状地面以上，即第一道支撑以上，且基坑深度较深时，仅在围护桩与底板之间布置传力带、拆除第一道支撑工况下，基坑不能够满足稳定及围护桩变形控制要求，此时一般有两种处理方法。

方式一：在底板传力带与第一道支撑之间设置中间换撑带。

具体施工步骤为：（1）底板及底板传力带浇筑；（2）待底板及底板传力带强度达设计强度80%以上后拆除第二道支撑；（3）继续施工水池壁板及中间传力带至某一标高；（4）待主体结构与中间传力带强度达设计强度的100%后拆除第一道支撑；（5）继续施工水池余下部分主体结构。如下图4 所示。

图4 底板传力带与第一道支撑之间设置中间换撑带示意图

方式二：不设中间换撑带。

具体施工步骤为：（1）底板及底板传力带浇筑；（2）待底板及底板传力带强度达设计强度的80%以上后拆除第二道支撑；（3）一次性施工完水池壁板、顶板等主体结构，支撑与壁板相交处设止水钢板；（4）待主体结构施工完成并满水试验合格、防水防腐涂料施工完成后，基坑肥槽回填，割除第一道支撑。如下图5 所示。

图5 不设中间换撑带示意图

以上两种方式中：第一种方式中，换撑带间接将外水土荷载传递至主体结构外壁板，故外壁板需按悬臂工况复核计算外水土荷载作用下的配筋及裂缝，此时外壁板往往壁厚较厚或配筋率较高，造成材料浪费，达不到工程经济性效果；第二种方式中，不设中间换撑带，需在第一道支撑上设止水钢板，往往水池内壁板较多且布置形式较不规则，导致主体结构止水节点增多，施工不便，且渗水风险增大，外壁板防水效果较难保证。

3 水池类基坑特殊条件下换撑设计新思路

针对以上情况，利用水池内部纵横向隔墙或璧柱布局特点，提出新的换撑思路。即方式三：利用水池主体结构的扶壁（或璧柱）、内部纵横向壁板作为换撑体系。

以某吸水井及二级泵房深基坑为例。吸水井为半地下式钢筋混凝土水池结构，内部被纵横向隔墙分隔成网格，最大网格约9×6 m；二级泵房地下为带璧柱的挡土墙式钢筋混凝土结构，璧柱沿墙长间隔约6 m 布置一个作为墙板的支座。吸水井及二泵房为合建结构，基坑开挖深度10.15～11.65 m，基坑平面尺寸99.84×38.15 m。

该基坑位于长江漫滩地区，土层自上而下依次为素填土、粉质黏土、淤泥质粉质黏土、粉质黏土夹粉土，其中淤泥质粉质黏土层厚约30 m。基坑采用30～32 m 长的φ1 000@1 200 钻孔灌注桩结合两排φ800@500 的高压旋喷桩止水的围护结构形式，共设两道水平支撑，第一道为钢筋混凝土结构，第二道为钢结构，围护结构剖面见图6。

图6 主体结构与支撑、换撑体系相互关系平面图

该基坑利用吸水井纵横向壁板隔墙及二级泵房璧柱作为换撑体系，主体结构璧柱及内部纵横向壁板与基坑支护体系、换撑体系的平面相互关系如图7。纵向璧柱或吸水井隔墙一般间距约6 m，璧柱或隔墙传力带的厚度同对应璧柱或隔墙厚度，一般0.6 m或1 m。具体换撑设计为：（1）底板及底板传力带浇筑；（2）待底板及底板传力带强度达设计强度80%以上后拆除第二道支撑；（3）施工主体结构及壁板、璧柱传力带至第一道支撑下0.5 m，并壁板、璧柱传力带做成上翻牛腿形式支撑在冠梁上，形成围檩加支点的支撑体系；（4）待主体结构及壁板、璧柱传力带强度达设计强度100%后拆除第一道支撑；（5）继续施工余下主体结构，待主体结构施工完成、且满水试验合格、防水防腐涂料施工完成后，基坑肥槽采用中粗砂回填。