钢板围护桩在清水池等小型基坑

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为解决余姚城区的用水供需矛盾，提高城区的自来水水质，及时做好梁辉水库引水工程的配套工作，根据余计基[2000]302号《关于同意市自来水有限公司扩建七里浦水厂等项目的批复》的文件要求，扩建规模从4万吨/日增加到8万吨/日，决定新增滤池、稳压井、清水池、反冲洗用房各一座，由于新建清水池开挖较深，建设单位专门委托省城乡规划设计研究院对清水池开挖设计了围护方案。 
    一、工程概况 
    七里浦水厂扩建工程清水池总平面尺寸38.1m×38.1m，结构形式为无梁楼盖钢筋砼，基础为Φ426沉管灌注桩。该构筑物东临拟建快滤池和反冲洗用房，西临已建送水泵房、变配电间（砖混结构、水泥搅拌桩、条形基础、基础顶标高黄海1.30米），南临原清水池，北面为水厂围墙，围墙外没有受基坑开挖影响的建筑。施工图中厂区室外地坪设计标高为黄海3.30米，厂区内道路设计高程为黄海3.20米。对原拟建场地进行平整后平均自然高程约为黄海3.13米，清水池底板砼底标高-0.80 米,再加上底板下c10素砼垫层及片石垫层，因此取基坑挖土深度为4.20米，因该构筑物西面、北面均有地埋电缆和排水管等地下管线，施工环境较复杂。 
    二、场地工程地质条件 
    场地地下水埋深为0.3~1.2米，属浅层潜水，根据区域水文地质资料，该场地地下水对建筑材料混凝土无侵蚀性。 
    根据余姚市建筑设计院有限公司的工程地质勘报告，基坑开挖影响深度范围内土层情况自上而下依次详述如下： 
    ①层 素填土：主要由建筑垃圾、粉质粘土等组成。 
    ②层 粉质粘土：灰黄色，软至可塑。 
    ③层 淤泥质粉质粘土：灰色，流塑，高压缩性。 
    ④ 1层 粉质粘土：灰黄色，软至可塑，主要由粉质粘土夹薄层粉土组成。 
    各土层的物理性质指标具体如下表所示： 
    表1 场地内各层土层物理力学性质指标 
    层号 土层名称 厚度（m） 含水量（%）天然孔隙比e0 重度γ(KN/m3) 固结快剪 
    C(KPa) Φ（度） 
    ① 素 填 土 0.50 
    ② 粉质粘土 2.90 30.9 0.955 18.3 11.8 13.9 
    ③ 淤 泥 质粉质粘土 1.20 42.3 1.160 18.0 8.1 10.4 
    ④-1 粉质粘土 6.90 31.4 0.907 18.8 12.6 14.3 
    三、设计介绍 
    根据场地周围建筑物和地下管线的情况，结合基坑施工安排，将支护工程分成二段，分别采取不同的做法。 
    1、 本工程场地东面为拟建快滤池和反冲洗用房，间距约为10米左右；南面为已建清水池，间距约为7米，结合开挖范围内的土质情况，采用1:1.5放坡开挖。 
    2、 西面和北面采用[25a槽钢支护，钢板桩外侧上部1.8米范围内局部卸载、放坡。钢板桩入土深度为3.8米，每根桩承担的弯矩为6.48KN·M。 
    3、 因场地主要土层为弱透水层，基坑开挖不设降水井，开挖时采用明沟排水。 
    四、分析与评价 
    1、 基坑东侧靠近拟建普通快滤池和反冲洗用房，两构筑物底标高和基坑底标高相差不大，地面荷载较小，设计采用放坡开挖，既满足安全要求，又比较经济。 
    2、 基坑南侧靠近已建清水池，两清水池底标高，考虑到两清水池间距较小（仅为7米），且该处有工艺管道安装，施工中采用大开挖，均挖除该处土方，既满足安全要求，又方便施工组织。 
    3、 基坑西侧、北侧进行打钢板桩围护，满足安全要求。 
    本设计根据基坑周边环境的不同，分别采用不同的做法，基本做到了基坑“在确保安全的基础上尽量经济”的设计原则，满足了建设单位要求。
    设计的安全性评价： 
    为确保围护体系的稳定和周围建筑物、道路、管线的安全，根据基坑的设计的有关规定和规范的要求，施工中对基坑支护进行了监测，基坑西面和北面的中部各埋置一根深层水平位移测斜管。从施工开始监测至今，从监测结果看，基坑水平位移均小于安全限值。从监测结果说明基坑支护设计在保证安全方面是成功的。 
    设计的经济性评价： 
    本基坑围护共需钢板桩240支则钢板桩的重量: 27.14米/吨×8米×240=52.6吨，基坑钢板桩围护造价费用计算如下：
    表2 场地内钢板桩围护工程造价 
    序号 分项工程名称 工 程 量 计 算 式 单 价（元/吨） 总 价（元） 
    ① 场外运输费 52.6吨×2次=105.2吨 85.00 8942 
    ② 场内运输费 52.6吨×2次=105.2吨 35.30 3714 
    ③ 钢板桩打设费 52.6吨 487.63 25649 
    ④ 钢板桩拔除费 52.6吨 422.29 2221 
    ⑤ 钢板桩租赁费 52.6吨×150天=7890天·吨 0.40 3156 
    ⑥ 合 计 63573 
    如本设计不采用钢板桩围护，采用大开挖则开挖和回填土方为4.2米×1.5×4.2米÷2×45米×2=1191m3,所需费用为1191 m3×（20＋23）元/ m3=51200元；经过两者的比较，钢板桩围护投资相对较小，但保证了基坑和邻近建筑的安全。