摘 要：本文以污水处理厂生物反应池为研究对象，对生反池的基坑围护结构形式进行分析、比较。从而选择适宜、经济的基坑围护结构。主要内容包括：常用基坑围护结构土钉墙、SMW工法桩、板桩、水泥土重力式等围护结构的介绍，各自围护结构的特点、适用范围、施工要点、注意事项。通过对不同围护结构形式的比较，根据基坑开挖深度、地质结构、土体渗透等情况来选择适宜的围护结构。以满足设计及施工安全要求。
关键词：基坑围护、土钉墙、SMW、板桩、地连墙
1.前言
污水处理厂生物反应池是污水厂站的大型构筑物，基坑尺寸大，深度较深，开挖尺寸一般超过50米，深度超过5米，属于危险性较大的工程。所以，选择适宜的基坑围护机构尤为重要，是确保基坑开挖安全的前提条件。基坑开挖深度大于5米时，应由建设单位委托具有资质的第三方实施基坑监测。
常用基坑围护结构有:板桩围护墙、H型钢(工字钢)水泥土搅拌墙、咬合桩围护墙、土钉墙、水泥土重力式围护墙、地下连续墙、灌注桩排桩等。本文对上述围护结构做比较选择。
2.土钉墙
土钉墙的结构种类有单一土钉墙、施加预应力锚杆的复合土钉墙、水泥土桩复合土钉墙等三种类型。土钉墙施工前应按照有关规定对基坑开挖时的不利工况进行边坡滑动验算、整体稳定性验算。如土钉墙与截水帷幕结合使用时，还应对地下水渗透稳定性进行验算。生物反应池基坑围护宜选用复合土钉支护，它具有轻型机动灵活、针对性较强、适用范围较广、支护能力强等特点。复合土钉墙施工顺序为：定位放样→截水帷幕施工→分层开挖→喷射第一层混凝土→钻孔→注浆→挂网并喷射第二层混凝土→养护24小时→继续开挖→浆体强度达到设计要求后张拉锁定→继续分层开挖。一般来说，钢管土钉、钢筋土钉适用地下水位以上或者有一定自稳定能力的土层；钢管土钉适用于地下水位以下，软弱砂质土层，因为地下水位一下成孔较为困难，钢管土钉不需要打孔，它是通过专用设备直接将钢管土钉打入土层，并通过管壁与土层的摩擦力产生锚固力，从而达到稳定目的。
2.1构造要求
预应力锚杆复合土钉墙的坡比不宜大于1:0.2；土钉水平间距和竖向间距宜为1-2m，土钉倾角宜为5-20度，土钉筋体保护厚度不应小于25mm，每层土钉施工后，应按要求抽验土钉的抗拔力；土钉墙高度在12米以内时，混凝土面层喷射厚度在80-100mm左右，混凝土强度等级最低为C20，面层应配钢筋网片和通长加强筋，加强钢筋直径14-20mm，网片直径6-10mm，间距150-250mm；开挖后应尽快完成土钉安放和喷射混凝土面层，及时封闭临空面，在普通土体中，应在24小时完成，在淤泥质土体中，应12小时内完成。
2.2施工要点
基坑开挖应分层开挖，开挖厚度与土钉间距协调同步，逐层开挖、逐层施打土钉，严禁超挖。土钉墙围护施工原则：“超前支护、分段作业、分层施作、尽早封闭、严禁超挖” 分段分层作业进行时，同一分段内应从下往上施工，一次喷射厚度不宜大于120mm，上一层土钉注浆完成48小时后，方可开挖下层土方。
2.3适用范围
土钉墙适用基坑侧壁安全等级为二级、三级的基坑。土钉墙不宜适用于基坑潜在面内有建筑物、重要地下管线的场地。单一土钉墙适用地下水位以上的非软土基坑，且深度宜小于12m；施加预应力锚杆的复合土钉墙适用地下水位以上的非软土基坑，且深度宜小于15m；水泥土桩复合土钉墙适用非软土基坑时，基坑深度12m以内，水泥土桩复合土钉墙用于淤泥质土基坑时，最大基坑深度6m，在高水位碎石土、砂土层中不宜使用。
3.板桩
板桩结构是由板桩墙、拉杆、锚碇结构及周围的土构成的混合系统。板桩包括混凝土板桩和钢板桩，结合内撑配套使用，兼做截水作用。板桩施打宜采用振动锤施工打，如采用锤击式施打时，应在板桩顶设置桩帽，保护桩身。当附近有建筑物或地下管线时，应采用静力压桩法。混凝土板桩吊运时，桩身强度应达到设计强度的70%，施打作业时应达到设计强度；钢板桩桩身接头在同一水平内不应超过50%；板桩拔桩应在基坑回土之后进行，板桩拔出后，及时将桩孔注浆填实。
板桩围护结构适用于一级、二级、三级基坑。在黏性土、砂土、粉土中，基坑开挖深度不宜大于12米。板桩围护结构较薄，对周围环境破坏较小，工期较短，适用于工况条件受到限制而必须进行垂直开挖和有防水要求的基坑及地下工程。
4.SMW工法桩
型钢水泥土搅拌桩又称SMW工法桩，也被称为配筋水泥土地下连续墙，它是在一排连续的水泥土桩中加型钢（一般为H型钢）的一种地下连续墙围护结构。其基本原理：通过在连续的水泥土连续墙中插入H型（工字）钢，形成型钢水泥土复合墙体，改善墙体受力状态，使得墙体能承受较大的弯矩和剪力，从而形成一道具有一定强度和刚度并连续完整的地下墙体。型钢水泥土搅拌桩的施工，一般使用三轴或者多轴深层搅拌机自上而下将围护结构土体切碎，同时从深层搅拌机搅拌头处喷射外置调制好的水泥浆，并与土体搅拌均匀。通过连续搭接施工，多层重叠，形成水泥土围护结构；在水泥土终凝硬化前，插入一定长度的型钢，形成型钢水泥土复合墙体。型钢插入前应干燥无绣，并在其表面涂刷界面剂。基坑开挖前，型钢水泥土搅拌桩养护时间不得少于28天，并检验水泥土搅拌桩的强度，合格后方可开挖。
型钢水泥土搅拌桩适用基坑侧壁安全等级为一级、二级、三级的基坑。在黏性土、砂土、粉土适用于15米以内的基坑。
5.咬合桩围护桩
咬合桩是相邻混凝土排桩间部分圆周相嵌，并于后道工序相间施工的桩内嵌入钢筋笼，使之形成具有良好防渗作用的整体连续挡土、防渗的围护结构。
咬合桩是在桩与桩之间形成相互咬合排列的一种基坑围护结构。桩的排列方式为一排不配筋并采用超缓凝效果的素混凝土桩(I桩)和一根配钢筋的混凝土桩(II桩)间隔布置。咬合桩分I、II两序跳孔施工，II序桩施工时利用成孔机械切割I序桩身，形成连续的咬合桩墙。I序桩终凝前应完成II序桩施工，I序桩须使用超缓凝混凝土，II序桩采用普通混凝土。分段施工时，在施工段的端头应设置砂灌注的II序桩，用于围护桩的闭合处理。
咬合桩同时可用于截水，适用于较深的基坑，适用于一级、二级、三级基坑，
6.水泥土围护墙
水泥土围护墙属于重力式围护墙，水泥土桩相互搭接形成的格网状、壁状等形式的重力式挡土结构，主要依靠自重挡土。可采用单、双轴或三轴搅拌机施工，通过搅拌机将土体切碎，并注入水泥浆将土体混合搅拌，使之形成具有一定强度的围护墙结构。围护墙体应采取连续搭接的施工方法，围护墙顶部应设置钢筋混凝土压顶，并和水泥土加固体用钢筋连接。钢筋插入时，应采取可靠的定位措施，并应在成桩后12小时内完成，基坑开挖前宜检验桩长和桩身强度是否符合要求。当基坑开挖深度大于5米时，现场应制作水泥土试块，检测桩身强度。
水泥土围护墙不能用于一级基坑，只适用二级、三级基坑。在淤泥质土、淤泥中开挖深度不宜大于6米。
7.地下连续墙
地下连续墙是用成槽机（铣槽机），沿着基坑或地下构筑物周边，采用泥浆护壁，按着设计要求开挖沟槽，待槽段形成后，在槽内吊放钢筋笼，浇筑混凝土，筑成一个单元槽段钢筋混凝土墙体。依次继续开挖成槽，浇筑施工，单元槽段成型，并将各单元槽段连接起来的一道连续的地下钢筋混凝土墙。
7.1施工工艺
地下连续墙施工工艺流程：导墙施工→开挖槽段→泥浆护壁→清理槽底→钢筋笼吊放→浇筑混凝土→槽段接头施工→墙底注浆
7.1.1导墙
导墙是地下连续墙的导向墙，两片导墙之间的距离即是地下连续墙的厚度，导墙采用钢筋混凝土结构，导墙底面不宜设置在新近填土上，导墙自身强度应满足成槽设备的承载和拔接头管施工作业要求。导墙为临时性结构，它除了引导挖槽方向之外，还起导向作用：兼做挡土墙，导墙起到支挡上部土压力，防止槽口坍塌；作为测量基准，测量挖槽标高、垂直度和精度；作为重物的支承，支承钢筋笼、接头管等重物；作为泥浆储存，导墙内可存储泥浆。导墙的混凝土强度等级不得低于C20，导墙不应小于200mm厚，导墙的顶面应高于地平100mm且高于地下水位0.5m以上，导墙高度至少1.2m，导墙间净距应比地下连续墙设计厚度宽40mm。
7.1.2开挖槽段
地下连续墙挖槽前，首先应划分单元槽段，选择挖槽机械，制定坍塌措施。单元槽段的确定应考虑地质条件、地面荷载、起重能力、混凝土供应能力、泥浆池溶量和开挖深度，单元槽段的最小长度应大于挖土机械工作装置的一次挖土长度，为减少槽段间的连接次数，单位槽段宜尽量长些，单元槽段一般为4-8m。
7.1.3泥浆护壁
护壁泥浆主要由膨润土、水以及掺合物组成，护壁泥浆主要用于护壁、携渣、冷却和润滑，其中护壁为主要功能。泥浆在挖槽过程中，起到平衡土体压力，保护槽壁不发生坍塌，同时还能携带渣土，冷却成槽机刀片。泥浆对挖槽质量起到很重要的作用，所以，需对泥浆的制备和循环进行质量控制，泥浆的控制指标有：粘度、相对密度、含砂量、稳定性、胶体率、PH值、失水量、泥皮厚度。槽内泥浆液面高度应距导墙面0.3m左右，同时应比地下水位高出0.5m以上。
7.1.4清理槽底
挖槽结束后，泥浆中的土颗粒将沉到槽底，挖槽过程中未被排查的残渣也滞留的槽内，故在挖槽结束后，应清除槽底的沉淀物。清理槽底有沉淀法和置换法。沉淀法是在土渣沉到槽底之后，用砂石吸力泵排出；置换法是在土渣还没有沉到槽底之前，利用干净的新泥浆将槽内的携渣泥浆置换出来。国内常采用置换法，清槽后，槽内泥浆的相对密度应在1.15g/cm3。
7.1.5吊放钢筋笼
钢筋笼吊放前，应对开挖槽段侧边的垂直面进行刷壁，连接成整体的钢筋笼应根据场地、起重条件，分段吊装。吊装过程中，不应产生不可恢复的变形、焊点脱落和散架现象。钢筋笼起吊时，顶部要用一根横梁固定，钢丝绳吊住横梁的四个角。为不使钢筋笼在起吊时，产生弯曲变形，可采用两台吊车同时操作。钢筋笼就位前，吊点中心线必须对准槽段中轴线，然后缓缓下降，准确地将钢筋笼吊入槽内。钢筋笼入槽内后，检查钢筋笼的位置、标高是否符合相关要求，最后用型钢将钢筋笼固定在导墙上。
7.1.6浇筑混凝土
地下连续墙混凝土浇筑采用导管法，当单元槽段长度不大于4米时，可使用一个导管浇筑，当单元槽段长度大于6米时，宜使用三个导管同时浇筑，导管接口处应密封严实，不得漏浆，导管底部距槽底约200mm。浇筑前，利用导管对槽内再次清槽，清槽时间15分钟以上，以改善泥浆质量。钢筋笼入槽后，应及时浇筑混凝土，浇筑时，导管埋入混凝土深度宜在2-4m，严禁将导管拔出混凝土面，以免出现泥夹层。可将导管做小幅度的上下提升，促使混凝土流出导管。混凝土应连续浇筑，上升速度不宜小于3m/h。浇筑面，超过地下连续墙设计标高500mm。
8.灌注桩排桩
灌注桩排桩围护墙是采用连续的排列式灌注桩形成的围护结构。常用的灌注桩排桩的形式有分离式、双排式和咬合式(即咬合桩)。
灌注桩排桩应采取隔桩的施工顺序，跳桩钻孔，对已完成混凝土浇筑灌注桩与相邻灌注桩之间的间距应大于4倍桩径，或时间间隔应大于36小时，灌注桩桩顶应超灌，超灌高度不小于500mm；水下灌注混凝土时，混凝土的配合比强度应比设计桩身强度提高一个等级。
9.比较选择
板桩围护墙、型钢水泥土搅拌墙、咬合桩围护墙、土钉墙、水泥土重力式围护墙是常用的基坑围护结构，应根据基坑的大小、深度、是否截水降水、周围环境等情况，采取可靠的围护结构。下表对论文中的七种围护结构作列表比较，供施工选择。
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10.结束语
通过分析比较，选择何种围护结构作为基坑的围护方式，应根据基坑等级、基坑深度、土质情况、是否截水、经济条件等因素综合考虑。各种围护结构可以配合内支撑联合使用，如上海浦东软土地区，对于地下、半地下的污水处理厂构筑物一般采用SMW工法桩加内支撑或者重力式围护墙作为围护结构。
参考文献
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