摘要：针对岸边水泵房深基坑支护的形式多样性，选择PHC管桩+搅拌桩帷幕+钢支撑的方案，进行深基坑的支护和止水施工，为保证深基坑的安全，对内支撑的形式和支撑的位置由设计院进行计算确定;实施效果证明，比设计原拟定的地连墙支护方案工艺简单，造价经济。
关键词：管桩,止水帷幕,钢管支撑
1、引言
某电厂补充水泵房位于天津市汉沽区南部沿渤海区域海滩上，该区域地形平坦，地面回填标高为4.6m。土质以淤泥质粉质粘土、粉土和粉质粘土为主，属软弱土地区。泵房基坑呈矩形：40.25m×24.5m，底标高为-8.4m，基坑深度13m，安全等级属一级，地基复杂程度属中等。
本工程主要是根据不同的土质和基坑深度，确定不同的基坑开挖及支护型式，既能够保证结构的安全可靠，又经济实用。
2、方案比选和确定
2.1概述
基坑维护主要有三种类型，分别是放坡开挖、自立式挡墙和板式支护体系。放坡开挖主要是场地周边开阔，开挖深度较浅时采用，必要时设置多级放坡与坡体平台，坡体的表面应设置砼面层，周围有降水、排水措施。自立式挡墙是浅坑的首选型式，止水帷幕解决土体的自立性、隔水性，只能用于深度小于5m的基坑。这两种形式的基坑维护结构主要用于基坑深度比较浅的情况，以上两种型式均不适用与本程。结合现场的实际情况，决定采用第三种板式支护体系型式，该型式采用基坑周边支护体+坑内支撑体系，维护体系主要有钢板桩、型钢水泥土搅拌墙、钻孔灌注桩排桩和地下连续墙四种型式。一般板桩型式的开挖深度一般不大于10m，型钢水泥土搅拌墙深度一般不大于13m，钻孔灌注桩排桩一般开挖深度不大于15m，地下连续墙的最大的深度可达35m，根据以上的情况，适合本工程的维护型式就是钻孔灌注桩排桩和地连墙两种结构。
支撑系统主要有钢筋混凝土支撑和钢支撑两种型式，钢筋混凝土支撑一般用与平面结构较复杂的基坑，该种支撑刚度相对较大，对于减小周边土体变形有力，但是要求在混凝土强度达到一定值后方可形成支撑，工期长且需要爆破拆除，不适于本工程。故选用钢支撑这种型式，钢支撑可以回收重复利用，减少资源浪费，施工架设速度快，拆撑方便等特点。支撑体系由管撑、钢围檩及混凝土冠梁组成。钢管分两层进行支撑，标高分别为-1.4m和-4.4m，首层支撑在混凝土冠梁上，二层支撑在钢围檩上。冠梁截面尺寸为1.1m×0.8m，钢围檩采用双拼500×300×11×18H型钢，钢管支撑采用φ609钢管，壁厚16mm，对撑中部设置两排立柱桩及钢系杆以增强支撑的稳定性。基坑及钢支撑见图1.基坑及钢支撑图
2.2方案比选
2.2.1地连墙
⑴设计方案：
墙宽为0.6m，深15m，浇注混凝土量为3192方，钢筋约380t。
②施工工艺：
测量放线→导墙施工→地下墙成槽→清基→钢筋笼吊放→砼浇注→墙后注浆
a. 测量放线：由业主提供正确的基点、导线和水准点，在施工场地内设立测量导线网和水准点，施工前进行复核以确保放线的准确性。
b. 导墙施工：导墙砼标号C20，导墙形式采用“┒┎”型。
c.成槽施工：采用法国索莱唐日公司的“HF4000”铣削式成槽机及日本“真砂”绳索式液压抓斗成槽机，挖土成槽施工。
d.钢筋笼的制作与吊放，钢筋笼采用一部100t吊车和一部50t吊车联合起吊，起吊时主钩起吊钢筋笼顶部，副钩起吊钢筋笼中部，采用多组葫芦平衡起吊，使钢筋笼逐渐起高转而垂直，慢慢入槽，钢筋笼不允许发生不可恢复的变形，并用8#槽钢焊接搁于导墙面上，控制其标高。钢筋笼制作与吊放图见图2.
e.导管布置和水下砼浇注：砼采用导管法浇注水下混凝土，钢筋笼入槽后，放置两根或一根导管于钢筋笼中，砼导管选用φ250的圆形螺旋快速接头型，长度每节2~2.5米，用吊车依次将接长的导管吊入槽段的规定位置，直至槽底50cm左右的标高，然后设置混凝土机架，导管顶端安上方形漏斗，准备浇注混凝土。
2.2.2钻孔灌注桩排桩
⑴选用方案：经核算后，决定采用钻孔灌注桩排桩的形式，并用φ600PHC预应力高强混凝土管桩替换灌注桩，这样大大的缩短了施工工期、施工难度和施工成本。桩型为PHC-C600(110)-14,桩长14m，设计桩顶标高为-1.4m，设计桩底标高为-15.6m，止水帷幕采用φ700双轴水泥土搅拌桩，桩长15.6m。设计桩顶标高为±0m，设计桩底标高为-15.6m，被动区基坑底3m深内做水泥搅拌桩两排，直径为φ700mm，作为加固，顶标高为-7.6m，底标高为-10.6m。
⑵ 施工原理
以队列的形式间隔布置PHC管桩做为主要的挡土结构，管桩间距为70cm，维护体刚度较大，外侧设置封闭的双层水泥土搅拌桩，作为止水结构。具体的断面见图3.维护结构剖面图
⑸施工流程
PHC管桩打设→深层搅拌桩→一层开挖→周围设置排水、降水设施→冠梁施工→第一道支撑体系施工→二层开挖→第二道支撑体系施工→开挖至基坑底
⑹操作要点
① PHC管桩打设
测量定位→底桩就位、对中调直→锤击沉桩、打至设计标高
a.测量定位：由测量人员进行，按施工图桩位轴线控制点逐个放样，并在桩位中心点打入长约30cm钢筋，防止桩位误差偏大。
b.桩底就位、对中、调直：桩底就位前，应在桩身做出长度标记并对中，要求桩身垂直、桩身、桩帽和桩锤中心线重合。桩身垂直度偏差不得大于0.5%，否则不得开锤。
c.锤击沉桩：沉桩过程中要始终使桩锤、桩帽和桩身中心线重合，严禁偏打。沉桩应力求连续施工，中途不得人为停锤。出现桩身倾斜、位移或桩身、桩顶破损，应查明原因，经处理后方可继续施工。
d.沉桩时，以标高控制为主。
f.PHC管桩打设见图4.
②深层搅拌桩
桩机定位→搅拌下沉、喷浆→提升搅拌喷浆→重复搅拌下沉、喷浆→提升搅拌喷浆→清洗→移位
a 桩机定位：利用起重机或开动绞车将桩机移动到指定桩位。导向架和搅拌轴应与地面垂直，垂直度的偏差不应超过0.5%。
b 搅拌下沉：当水循环正常，启动搅拌电机，使搅拌机沿导向架切土搅拌下沉，下沉速度由电流表监控;同时按预定配比拌制水泥浆，开启灰浆泵，使水泥浆连续自动喷入地基，并保持出口压力为0.4～0.6MPa，搅拌机边旋转边喷浆边按已确定的速度下沉，直至设计要求的桩底标高。搅拌头如被软黏土包裹时，应及时清除。
c 喷浆搅拌提升：搅拌机下沉到设计深度后，开启灰浆泵，使水泥浆连续自动喷入地基，并保持出口压力为0.4～0.6MPa，搅拌机边旋转边喷浆边按已确定的速度提升，直至设计要求的桩顶标高。搅拌头如被软黏土包裹时，应及时清除。
d 重复搅拌下沉：为使土中的水泥浆与土充分搅拌均匀，再次将搅拌机边沉入土中，直到设计深度。
e 重复搅拌提升：将搅拌机边旋转边提升，再次至设计要求的桩顶标高，并上升至地面，制桩完毕。
f 移位：重复上述(1)～(5)步骤，进行下根桩施工。
③ 冠梁及管桩内混凝土浇注
a.冠梁钢筋绑扎：在基坑底浇注10cm垫层，用于冠梁测量放线，使用全站仪将冠梁边线放出来，每5m放一个点，使用墨线将冠梁边线放在垫层上，使用脚手管做为架体，绑扎钢筋，在绑扎钢筋的过程中，做好基坑内的排水，为钢筋绑扎提供良好的作业面。
b.冠梁模板支立：冠梁上用来支撑钢管的牛腿采用钢筋混凝土的结构，并在牛腿上预埋70cm×60cm的钢板，锚筋采用Φ12螺纹钢，长度为30cm，冠梁分两层浇注，第一次浇注的高度为0.8m，第二次浇注高度为1.4m，靠近深搅桩一侧不支立侧模板，另外一侧支立侧模板，模板板面采用1.4cm的木胶板，横向围檩采用5cm×10cm的方木，沿高度方向设置三道，竖向立柱采用φ48×3.5mm的双脚手管，间距为60cm，模板采用φ14拉条进行加固，另外一端固定在管桩内Φ25的竖向钢筋上，沿0.8m的高度上设置三道。
c.冠梁混凝土浇注：冠梁混凝土型号为C30，采用拌和站集中拌和，然后使用2台9m3罐车运输到施工现场，坍落度控制在16cm左右，使用一台臂长42m的汽车泵进行混凝土浇注，浇注时，分两层浇注完成。使用Φ50的插入式振捣棒进行振捣。
d.砼养护：混凝土浇筑完后表面用木抹子压实搓平，已浇筑的混凝土，应在12h内覆盖并适当浇水养护，养护时间不少于7d，现场留置同条件试块，3天后进行试压，要求混凝土的强度达到设计强度的75%以上，才能进行第一层钢支撑预应力施加。
④钢支撑施工
一层钢支撑采用φ609×16mm的钢管，中间设置6根，对撑在冠梁预先埋好的钢板上，钢板尺寸为620×620×20，锚筋采用φ12长度30cm的二级螺纹钢，四个角处，每处设置四根φ609×16mm钢管，斜撑在冠梁的牛腿上，牛腿上的截面尺寸为620×800(h)。
a.一层钢支撑：在围堰的东西两侧中间的位置，各设置一个加宽段，加宽段的长度和宽度均为10m，做为吊机站位平台。使用1台50吨吊机，将钢管分节吊放到支撑的位置，然后使用5t的导链，进行拼装。当冠梁的混凝土强度达到设计强度后，使用千斤顶施加预应力。当预应力达到设计值后，将厚度2cm的楔形钢板打入活络节内，然后撤出千斤顶。钢支撑安装完成。
b.第二层支撑体系采用φ609壁厚16mm钢管支撑撑在钢围檩，钢围檩为双拼500×300×11×18H型钢，用14#槽钢吊挂钢围檩，间距2m，上部焊接在冠梁预埋钢板上，预埋钢板的尺寸为200×300×20，锚筋长度为30cm，数量为4根，钢围檩须焊接形成一个平面封闭框架，保证连接节点及角点等的受力性能连续而不损失，钢围檩上，每隔3m设置三块厚度16mm的加紧肋。钢围燷与围护PHC管桩之间用C30混凝土填实，确保两者接触面平整可靠。待砼达到强度时，支撑才能施加应力。斜撑上的钢牛腿，面板采用600×500×20的钢板块，内部使用2块2cm的钢板作为加紧肋。租赁标准支撑管节和活络节，进入现场后，使用1台50t吊机进行现场拼装。钢管支撑及钢围檩见图5.
c.钢围檩拆除，钢围檩拆除时，首先拆除角处的钢支撑，然后再拆除中间对撑，在拆除钢支撑时，测量跟踪观测，发现异常情况，及时停止施工，以免造成人员伤亡。拆除时，斜撑分两次拆除完成，在中间搭设脚手架，用来支撑钢管。用气焊将楔入活络节内的钢板割断，撤出管撑内的预应力，拆除螺栓，将管撑分节拆除。
⑤ 基坑监测
为确保基坑内和周边环境的安全，施工中加强监测与监控，在冠梁的顶部的四个角点及各边中点布设观测点，布设时，布置在管撑中间;另外在基坑中部的立柱桩中心位置设置观测点。观测点使用红油漆作为标识，在开挖过程中，要进行连续观测。开挖完成后，每天观测一次，连续观测七天后，若未发现异常现象，每7天观测一次，连续观测一个月后未发现异常情况时，每15天观测一次，直至下部回填完成，同时每天对基坑周围的情况进行观察。观测后，及时整理绘制出各观测点的变化曲线。
3、工艺实施效果
3.1实施效果
在深基坑施工过程中，未发现基坑有较明显的变形，通过这种深搅桩止水，管桩作为挡土结构，内部采用钢支撑的施工方案，支护和止水效果满足设计和施工的要求，而且大大的缩短了工期，节约了成本，减少了资源浪费。
3.2实践中的经验和教训
⑴管桩的上浮。本支护工程中，管桩的设计间距为70cm，管桩的直径为600mm，即管桩之间的空隙为10cm。间距较小，原地面较高，打设后需开挖浇注冠梁，因此，在这种淤泥质粉质粘土中打设管桩，容易造成先打设的管桩被后打设的管桩挤压，而出现上浮现象。为避免这种现象的大面积的出现，应先将整个机位范围内的管桩打设至原地面标高，再将整个桩位范围内的管桩进行送桩，并注意观察。
⑵管桩的垂直度。支护工程施工中，为了降低支护工程的造价，预留的基坑内的工作面一般为1.0m左右。因此，在管桩的打设过程中如果垂直度控制不能满足设计要求，将会造成管桩偏移过大，占用预设的工作面，而造成实际的工作面狭窄，施工作业困难。另外，对深基坑支护，在架设二层支撑的钢围檩时，难以使钢围檩与支护管桩紧密接触，支护管桩受力不均匀，影响支护效果。
⑶搅拌桩的均匀性。搅拌桩的均匀性可影响到帷幕桩的止水效果，本工程设计搅拌桩为两喷两搅，虽然止水效果尚可，但从实际情况来看，均匀性较差，且难以达到设计要求的强度。如果改为两喷四搅，相信止水效果将会更好。
4、效益评估
4.1地连墙支护
导墙混凝土：304m3×860元=26.144万元;
地连墙浇注混凝土：3192m3×750元/m3=239.4万元;
地连墙钢筋:380吨×4800元/吨=182.4万元
钢支撑钢管租赁：102吨×10元/t·天×120天=12.24万元。
钢支撑型钢原材料：15t×(5500-2500)元/t=4.5万元;
钢支撑安装及支拆：117t×1100元/t =12.87万元;
合计：477.55万元。
4.2管桩与搅拌桩联合支护
PHC-C60(110)管桩：3002m×460元/m=138.09万元;
700mm水泥搅拌桩：4276m3×195元/m3=93.38万元;
钢支撑钢管租赁：198t×10元/t.天×120天=23.76万元;
钢支撑型钢原材料：72.4t×(5500-2500)元/t=21.72万元;
钢支撑安装及支拆：271.4t×1100元/t =29.85万元
冠梁钢筋混凝土：210m3×1200元/m3=25.2万元。
喷锚混凝土坡面支护：1750m2×100元/m2=17.5万元
合计：349.5万元。
从以上的施工费用看，节约费用约为128.05万元。而且管桩支护施工与地连墙施工相比较，没有泥浆排放，可避免对施工区域的污染，更容易达到文明环保施工的要求。
5、结束语
预应力PHC管桩与水泥搅拌桩止水帷幕相结合的支护方案，同其他的支护方式相比较，施工方法简单，现场质量控制较方便容易;安全和文明施工也容易达到要求，没有地连墙施工等带来的泥浆污染;最重要的一点是经济，同地连墙方案相比较可节约大量资金。因此此方案值得推广应用。
