钢支撑支护技术开挖深基坑

【关键词】钢支护技术；深基坑；土方开挖；污水处理；吸水井 

１引言 

宣钢东区污水处理厂主要处理宣钢厂区外排工业废水和一部分生活污水。处理规模为4.8万ｍ３／ｄ。污水处理厂的主要建、构筑物有：提升泵站、调节池、高密度沉淀池、ｖ型滤池、加药间、泥浆脱水间和深度处理站。其中提升泵站的作用是收集工业厂区内所有的外排水，并用泵把收集到的污水送至调节池。工业厂区内的排水管道埋深为－6.0米，提升泵站的吸水池设计深度为－9.6米，加上池底和基础总开挖深度达－11.6米。该地域场地狭窄，建筑物及各种管道管线密集，地质条件复杂。北侧为砼管廊，南侧有京张铁路，东侧是电缆沟，西侧为工业水管道，这些条件为工程的土方开挖增添了难度。 

按地质勘探报告，该地域土层自上而下依次为：①人工土层：主要由粘土、碎石、碎砖、工业垃圾等组成的杂填土，杂色；松散稍密；稍湿状，不均匀。最大厚度6.10米，最小厚度4.10米，平均厚度5.10米。②粉土：褐黄，均匀，稍密；稍湿；含云母，可见白色钙质菌丝状条纹，局部含少量角砾，厚度为3.1米。③粉质粘土：褐黄；均匀，湿；可塑；饱含云母，干强度较高，切面较光滑，韧性较好。平均厚度为4.7米，地下水位于地表下6.3米左右。 

２基坑支护结构 

根据现场情况，经论证拟采用以下支护方案：“分层、分块开挖，先挖后撑，对称平衡”的开挖原则，最大限度的保护周边管道和设施的安全。基坑四周采用钢立柱为围护结构；在开挖浓度范围内设３道水平支撑，钢柱间焊接拉杆并立敷竹胶板以减挡土体滑坡。钢立柱间距为４米。采用ｈ４８８轧制工字钢，水平支撑采用２８ａ热轧槽钢，拉杆为ф２８螺纹钢筋。 

３基坑施工组织 

总体施工组织为钢支撑的安装、土方开挖、护坡施工和降水施工交替进行。总原则是：土方开挖钢立柱施工第二步土方开挖 

钢支撑施工护坡体系施工队降水施工地基处理 

基础及池底施工钢支护体系拆除土建上部施工。 

３.1第一步土方开挖 

该施工区域是整个工业厂区的东南角，工业区的水源供应管道系统从这里进入厂区，南侧紧临铁路，为工业区水源提供的电力电缆从这里出厂区，各种煤气管道和循环水管道从这里经过，地下条件非常复杂。施工第一步进行测量放线，并标明各管线的具体位置（避免开挖时机械误伤管道）。第一步开挖深度要到达人工土层下，开挖此层时还没有地下水，四周还有一定的放坡距离，可使用机械开挖，此步施工难度不大，属于正常施工。 

3.2基坑钢支护支撑体系施工 

第一步开挖挖掉了上层杂土及碎砖石和工业垃圾，下层主要为粉土和粉质粘土。地质较软，地下硬块较少，便于静力压钢桩。 

3.2.1钢支护体系预制 

钢支护体系包括：钢立柱、钢支撑和钢拉杆等。钢立柱下端要做成尖头以便在静压时减少阻力，钢支撑和钢拉杆应按图示尺寸提前下料以便快速施工。钢支撑和钢柱在焊接时要保证焊接质量，并做防腐处理。 

3.2.2钢立柱安装 

钢立柱安装于基坑四周，作业面在第一步开挖完成的基面上，柱间距为４米。用吊车吊起钢柱使钢柱自然垂直，就位后用开挖土方的挖掘机采用静力按压的方式把钢柱压入土体内。在下压的过程中用经纬仪测量压入角度，随时调整钢柱的垂直度。 

3.2.3第二步土方开挖 

所有钢柱安装完成后，继续开挖，此步开挖没有放坡量，必须垂直开挖，开挖方式为机械和人工配合开挖。提升泵站由三个部分组成，一部分为吸水池，一部分为格栅间，还有一部分为收水井，三部分基底标高不一致，所以开挖时先从最深的部位（吸水池）开挖，由深到浅，开挖最深处时要做出基坑降水井，来收集和排出地下水。 

3.2.4钢支撑及护坡体系施工 

钢支撑支护体系和护坡体系的施工顺序为：钢支撑吊装、就位和焊接钢支撑施加预应力斜撑、纵向系杆安装拉杆安装 

护坡板安装。 

钢支撑安装随土方开挖分层进行，受场地限制，钢支撑在第二场地加工。依据现场总体部署，钢支撑使用的槽钢每根长１８米，需要在现场焊接。考虑到节点受力主要为轴心受压，钢支撑就位时应保持中心线一致，为保证钢支撑就位和连接，安装前应搭设安装平台，钢支撑就位后，各分段钢支撑的中心线尽量保持一致，必要时应调整支托位置（辅以仪器配合），用千斤顶对钢支撑施加预应力，接下来焊接拉杆，安装护坡板，当土体下滑时，护披板可以挡住土方，阻止土体进一步下滑。 

3.3支护体系的安全保证措施 

3.3.1土方开挖分层、分段进行，以控制整个基坑土体的水平位移，增加基坑稳定性。 

3.3.2在基坑范围内设置２个应力检测点，定期检测支护系统的受力状况，实际受力值小于设计受力值为合格，否则需重新做加固处理。 

3.3.3支护系统施工中，严禁蹬踏钢支撑，必须在操作平台上进行操作，并由专人负责。 

3.3.4地基和基础结构施工中，严禁在钢支撑上放置重物及行走，严禁机械碰撞。 

3.3.5降水系统要有专人负责，定时检查降水井的水位，按照操作程序定时排水以保证基坑安全。 

3.4钢支撑支护体系的拆除 

3.4.1待基础结构自下而上施工到水平支撑下1.0米处，且混凝土强度达80%以上时，开始拆除支护体系。 

3.4.2支护体系拆除的顺序为自下而上，先拆水平构件，后拆垂直构件。具体步骤是先行拆除拉杆、护坡板，再用千斤顶卸载主撑，最后用吊车配合挖掘机拔出钢立柱。 

3.5施工监测 

施工全过程对支护体系的稳定性、相邻建筑物和铁路界标的沉降进行了严密的监测和测试。到吸水池和泵站结构施工全部完成，各项监测指标均在正常范围内。 

４效果与结论 

与传统的钢筋混凝土支护技术相比，钢支撑支护技术的优势在于可缩短工期，降低施工难度，简化节点处理，容易拆除，材料可回收利用，并且可降低工程成本（钢支撑的回收再利用率≥９８％）。利用钢支撑支护技术使提升泵站总工期缩短了４５天，为后续工艺安装施工赢得了工期，保证了省节能减排重点项目按期投产。