摘要：随着我国经济社会的发展，城市水资源日趋紧张。城市需要建设大量的水厂及污水处理厂，而污水处理厂中几个关键的工艺池如AAO池，CAST池，磁混凝池等埋深都比较深，且磁体比较大，对深基坑支护方案提出了更高的要求。本文通过实际工程案例，剖析钢板桩支护深基坑方案的技术特点和适用条件，比较各支护方案的安全、成本和适用性，提供选取合适的钢板桩支护深基坑方案。以根据工程实际特点和要求，选择出安全合理、经济性好、满足施工要求的最优钢板桩基坑支护方案。
关键字：深基坑；钢板桩支护方案；选型
1.前言
随着我国经济社会的发展，城市水资源日趋紧张。城市需要建设大量的水厂及污水处理厂，而污水处理厂中的A2/O法即厌氧/缺氧/好氧活性污泥法是传统的方法，脱氮除磷效果好，目前，该法在国内外广泛使用。但受用地条件的制约，AAO池池体设计深度不断加深，深基坑也相当普遍，为此，进行基坑开挖、基坑支护设计将成为我们污水处理厂土建专业工程师所要面对的常态事件。在基坑支护设计中要充分考虑场地地质和水文条件、地下已有管线的布设走向、施工实施的可行性等因素，使设计方案满足结构合理、施工方便、经济安全的原则，这是我们设计施工人员都应考虑的主要因素。
2.工程实例
2.1工程概况
图1 AAO生物池平面示意图
本工程拟建构筑物AAO生化池位于霞山水质净化厂西侧，临近厂区一期已建综合楼，AAO生化池平面尺寸为70.3m×45.7m，池顶标高为9.050（绝对标高），地面以上部分高3.85m，开挖深度6.6m
2.2场地工程地质及水文资料
本工程场地地势平坦，属冲积地貌单元。根据地质勘察报告显示，拟建工程场地地面以下15米深度范围内土层自上而下分布为：
①杂填土，松散，层厚2.8m；分布连续，结构松密不一，承载力低，变形量大，未完成自重固结，不提供地基承载力重度19.6kN/m3，内摩擦角7.6º
②细砂，分布连续，结构松散，属可液化砂土，承载力特征值fak=70kPa，层厚2.1m；重度19kN/m3，内摩擦角22º
③粉质粘土，可塑-硬可塑，分布连续，承载力特征值fak=140kPa，层厚6.9m；重度19.2kN/m3，内摩擦角11.2º
④中砂，结构稍密-中密，分布连续，承载力特征值fak=200kPa，层厚1.3m；重度20kN/m3，内摩擦角13.1º
⑤粉质粘土，可塑-硬可塑，分布连续，承载力特征值fak=150kPa，层厚2.55m；重度19.1kN/m3，内摩擦角11.1º
本工程处于雨季施工期，场区地下水丰富，且地下水埋深较浅, 且地下水位高于基坑底板设计标高，须作降水处理，勘察场区内地下水主要为浅层潜水及微承压水。
2.3基坑支护设计方案选型
基坑开挖深度较大，地基土层稳定性较差，不宜作自然放坡开挖处理；且基坑安全等级为一级，加上地下水位较高，亦不宜采用土钉墙处理。综合各种因素考虑，拟采用拉森Ⅲ型钢板桩支护结构。
2.3.1两方案的基本情况介绍
方案一、采用拉森Ⅲ型钢板桩加内支撑方案：
AAO 生物池支护墙体采用12m长钢板桩，采用拉森Ⅲ型钢板桩（B＝400mm，H=125mm，t＝13mm）。考虑地质情况和开挖深度的需要，并在钢板桩外侧位置打直径500，长度6米的水泥搅拌桩止水帷幕选用12m长度的钢板桩，桩距离设计基坑边缘0.5米，露出设计地面长度0.1米，钢板桩技术参数为W=2220cm3，[f]=170MPa。钢板桩基坑顶以下-1m处设置300×300×15的H型钢围檩，支撑体系采用两道内支撑形式（并撑），支撑体系采用300×300×15的H型，横向间距8m，纵向最大间距8.650m，每个对角采用三块300mm×300mm×15mm钢板连接；对角斜撑采用两300×300的H型钢，对角处用四块250mm×250mm×15mm钢板连接。在钢板桩竖向放出围檩安装位置，每隔3m焊接牛腿1个。
图2 AAO生物池基坑支护剖面图（方案一）
方案二、采用拉森Ⅲ型钢板桩加锚索方案：
AAO 生物池支护墙体采用12m长钢板桩，采用拉森Ⅲ型钢板桩（B＝400mm，H=125mm，t＝13mm）。考虑地质情况和开挖深度的需要，先在基坑四周按1:1放坡开挖2.5米，平台留出宽度2米，并在平台位置打直径500，长度6米的水泥搅拌桩止水帷幕，钢板桩选用12m长度的钢板桩，桩距离设计基坑边缘0.5米，露出放坡平台地面长度0.1米，钢板桩技术参数为W=2220cm3，[f]=170MPa。钢板桩基坑顶以下-1m处设置双拼工字钢20b作为冠梁，锚索采用1*7Φ17.8-1860MPa高强度钢绞线材料锚固在冠梁上，横向间距1m，锚索总长22米，锚固长度15米，入射角度15度，设计轴向张拉力200KN。
图3 AAO生物池基坑支护剖面图（方案二）
通过理正结构计算软件计算，两种支护形式都满足结构设计要求。
2.3.2两种方案的分析对比
方案一采用的支护方式是“钢板桩+帷幕+内支撑”，先进行场地平整，再进行水泥搅拌桩止水帷幕施工，插打钢板桩及中间支撑预应力管桩施工，进行第一层土开挖，再第一层围囹及内撑施工，进行二层土开挖，再第二层围囹及内撑及竖向支撑施工，最后开挖到坑底标高。此方案有效减少了土方开挖工程量，但预应力管桩、水泥搅拌旋喷桩等，将永久埋入土层内，对环境的保护存在一定的影响。从施工角度来说，因为涉及到钢板桩、水泥搅拌桩、预应力管桩等专业性较强的施工，且土方开挖及外运过程中由于有内支撑存在，需要加设通行栈道，且土方开挖需要避开支撑，后期施工内支撑及主体交叉施工，施工复杂、且施工工期较长，需要引进专业的分包队伍进行施工，而且造价高，成本很大，利润空间小。
方案二采用的支护方式是“放坡开挖+钢板桩+帷幕+锚索” 需要进行放坡开挖，喷锚支护，再进行水泥搅拌桩止水帷幕施工，再打入12m钢板桩进行防止土压及防水，最后经行冠梁及锚索施工。此种方案工期短，虽土方开挖、回填量大，但施工方法相对于第1种方案简单，且基坑内部土方开挖方便，后期施工无支护及主体交叉施工。造价低，成本相对也低，利润空间较大。
对以上两种方案进行对比分析，经施工单位及设计总承包项目部讨论后，认为第二种方案为最优方案。项目部将两种方案均报送给监理、业主，同时向监理、业主说明各方案的优缺点，经多方比较后，监理、业主均认可第二种方案可行。
为保证方案的可行性，保证方案最优，该方案经过了专家评审，并根据专家提出的相关意见进行了修订，保证了方案的安全、可靠，最终完善修订了第二种方案，并确定实施。
2.3.3AAO池施工采用第二种方案实施效果
图4 钢板桩及锚索方案开挖图
基坑从开始施工钢板桩到基坑完全开完完成仅使用了45天，大大缩短了施工时间，且施工过程中基坑监控稳定，造价费用比较低，施工交叉面比较少，取土施工及主体结构施工方便，采用钢板桩加锚索施工的方案很适合在深度不是很大的大面积开挖基坑中使用。
2.4基坑排水措施
鉴于本工程地下水位较高，施工现场距离河涌较近，本工程拟采用止水、导水、排水施工技术措施来保证工程施工顺利进行。
考虑地下水丰富，基坑止水可靠性难于保证，在钢板桩外围施打Φ500单排水泥搅拌桩止水帷幕。沿坑底的两侧挖排水沟进行基坑内导水，排水沟紧贴钢板桩施做，断面取0.3×0.3m, 坡度为0.5%，集水井隔30m左右设置一个，集水井的直径为1m，深度随挖土的加深适当设置，基坑内地下水流入集水井内后用水泵抽出坑外。
3.结语
针对此类类型的超大基坑支护项目，需要制定详细的工作计划，明确工程施工质量、安全、进度的前提下，实现利润最大化。从质量、安全、工期、造价等方面分别对不同方案进行详细的优缺点分析、对比，选择最优方案。
本AAO生物池土建工程已完工，各项指标都取得良好的评价。通过内力计算和稳定性验算，钢板桩加锚索能够很好地应用在深基坑支护工程中，同时，配合有效的降水措施能够使基坑安全度得到进一步提升。事实证明，钢板桩加锚索施工的方案很适合在深度不是很大的大面积开挖基坑中运用，具有良好的工程效果和结构安全性。
论文作者:杨小峰,程一雄
论文发表刊物:《基层建设》2019年第5期
论文发表时间:2019/5/9
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