既有廠房設(shè)備深基坑支護案例分析
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摘要:既有廠房內(nèi)部小尺寸超深基坑因受廠房凈高限制，僅允許小型機械設(shè)備施工;另外需不影響廠房運營，對支護結(jié)構(gòu)變形要求高，支護方案選型受到一定限制，鉆孔灌注樁及高壓旋噴樁施工機械較小，可滿足施工要求，采用排樁+內(nèi)支撐支護結(jié)構(gòu)形式可以有效控制支護結(jié)構(gòu)變形，確保支護結(jié)構(gòu)安全。
關(guān)鍵詞:既有廠房;深基坑;鉆孔灌注樁;內(nèi)支撐
1工程概況
某投產(chǎn)運營廠房項目為進一步滿足產(chǎn)能擴容需要，決定廢棄38軸與C軸線交叉位置附近原有設(shè)備C，在38～40軸與C～D軸原廠房地坪位置新建設(shè)備A、B及D，設(shè)備D為新建鑄造機，鑄造機基礎(chǔ)基坑位于廠房C～D軸與39～40軸位置，基坑平面布置見圖1。本項目室內(nèi)地坪為建筑標(biāo)高±0．000。新建設(shè)備A、B基坑深度為5．0m，設(shè)備D新建鑄造機基礎(chǔ)底板墊層底標(biāo)高－15．10m，長約20m，寬約10m，基坑周長約60m，基坑面積約200m2。新建設(shè)備基礎(chǔ)施工期間，廠房需保持正常運行，即B/D軸與37～41軸范圍作為施工場地，外圍均不得占用，承臺采用預(yù)制方樁基礎(chǔ)，基坑開挖需考慮對既有承臺的保護，嚴格控制基坑開挖變形。
2場地工程地質(zhì)條件
2．1場地巖土工程地質(zhì)特征
根據(jù)巖土工程勘察報告資料，基坑處于ZK125孔位置，對應(yīng)地勘孔如圖2所示。開挖涉及土層描述如下。①素填土層:黃褐色、灰褐色，主要由粉質(zhì)黏土組成，為新近回填，呈稍濕、松散～稍密狀態(tài)。②1粉質(zhì)黏土:灰褐色、灰黃色，局部夾粉土，具輕微搖振反應(yīng)，稍有光澤反應(yīng)，干強度中等，韌性中等。呈濕～飽和、可塑狀態(tài)，局部為軟塑狀態(tài)。②2粉質(zhì)黏土:灰色、灰黑色，含有機質(zhì)及腐殖質(zhì)，略具臭味，局部夾粉土，有搖振反應(yīng)，稍有光澤反應(yīng)，干強度中等偏低，韌性差。呈飽和、流塑～軟塑狀態(tài)。③粉質(zhì)黏土:黃褐色、褐黃色，含鐵錳質(zhì)氧化物結(jié)核及灰白色高嶺土團塊，無搖振反應(yīng)，切面光滑，干強度及韌性中等偏高。呈濕～飽和、可塑狀態(tài)。④粉質(zhì)黏土:褐黃色、青灰色，含鐵錳質(zhì)氧化物結(jié)核及灰白色高嶺土團塊，無搖振反應(yīng)，切面光滑，干強度及韌性高。呈濕～飽和、硬塑狀態(tài)?？拥字饕挥冖?粉質(zhì)黏土層和③粉質(zhì)黏土層。
2．2地下水
本項目地貌類型屬崗地及古沖溝，基坑位于古沖溝范圍，場地地基土中①、②1、②2層土為弱透水層，③、④層土為相對隔水層。場地地下水類型為孔隙潛水，主要賦存在①、②1、②2層土?？辈炱陂g初見水位為1．00～2．50m，24h測得穩(wěn)定水位為1．0～1．70m?；又ёo設(shè)計按地表下1．0m考慮地下水位埋深。
2．3相關(guān)巖土參數(shù)
根據(jù)勘察報告，基坑支護設(shè)計相關(guān)土層計算參數(shù)如表1所示。
3基坑支護方案設(shè)計
3．1本基坑工程特點
1)基坑規(guī)模較小，面積約200m2，但開挖深度較大，達到15．10m。2)場地地質(zhì)條件較復(fù)雜，上部存在較厚填土層，厚度約4m，開挖邊坡易失穩(wěn)。另外，本基坑處于古沖溝位置，坑底附近存在②2粉質(zhì)黏土層，局部夾粉土，流塑～軟塑狀態(tài)，且含有機質(zhì)及腐殖質(zhì)，該層物理力學(xué)性質(zhì)較差，基坑開挖后易導(dǎo)致周邊較大變形，坑底土層隆起破壞等現(xiàn)象。3)周邊環(huán)境相對較復(fù)雜，基坑在已建廠房內(nèi)部施工，需考慮對臨近承臺的保護，既有承臺工程樁為預(yù)制方樁，若基坑開挖導(dǎo)致周邊較大變形，工程樁易斷裂，危及廠房安全。4)設(shè)備基礎(chǔ)地下結(jié)構(gòu)非常規(guī)，需要較大的凈空間，層高較大，若采取支撐結(jié)構(gòu)體系，需考慮換撐等不利因素。
3．2支護方案選型原則
基坑支護方案的選定必須綜合考慮工程本身的特點及周圍環(huán)境的要求，在滿足地下結(jié)構(gòu)土建施工及確保周圍環(huán)境安全可靠的前提下，盡量達到既經(jīng)濟合理，又方便施工并提高施工質(zhì)量。此次基坑支護設(shè)計遵循的主要原則如下。1)根據(jù)本工程的實際情況和周圍環(huán)境條件，在充分分析、研究擬建場地周圍工程地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合本工程的具體特點和類似工程經(jīng)驗，按照現(xiàn)行有效規(guī)范、規(guī)程、規(guī)定及標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)條文要求，精心設(shè)計，力求科學(xué)、經(jīng)濟、合理。2)保證圍護結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境的安全。3)在保證安全的前提下，重點突出圍護結(jié)構(gòu)快(縮短工期)、省(節(jié)約造價)、易(方便施工)的特點，在安全、工程造價和工期之間達到一個最優(yōu)的平衡點。
3．3支護方案選型
常用支護結(jié)構(gòu)形式主要有自然放坡掛網(wǎng)噴漿、土釘墻、鉆孔灌注樁加支撐、鋼板樁+支撐支護等［1－3］。結(jié)合本基坑工程特點，對上述支護結(jié)構(gòu)用于本項目的安全性、經(jīng)濟性及施工便捷等方面分析如下。1)SMW工法+內(nèi)支撐。SMW工法亦稱勁性水泥土攪拌樁法，即在水泥土樁內(nèi)插入H型鋼等，將承受荷載與防滲擋水結(jié)合起來，使之成為同時具有受力與抗?jié)B兩種功能的支護結(jié)構(gòu)的圍護墻。本工程由于在已建廠房內(nèi)部施工，對凈空要求較高，SMW工法施工設(shè)備三軸深攪及型鋼吊裝缺乏施工空間，難以實施。2)地下連續(xù)墻。地下連續(xù)墻剛度大，止水效果好，是支護結(jié)構(gòu)中最強的支護型式，適用于地質(zhì)條件差和復(fù)雜，基坑深度大，周邊環(huán)境要求較高的基坑，但是造價較高，施工要求專用設(shè)備［4］。本基坑支護采用地下連續(xù)墻費用要相對較高，另外受凈空影響，鋼筋籠吊裝難以實施。3)鉆孔灌注樁加支撐。采用鉆孔灌注樁加支撐支護結(jié)構(gòu)形式，可考慮頂部適當(dāng)放坡，底部采用鉆孔灌注樁+一道混凝土支撐支護+兩道型鋼支撐，地下結(jié)構(gòu)底板澆筑至支護結(jié)構(gòu)邊，形成底部剛性鉸，計算拆撐變形確定可否拆撐，若拆撐變形較大可考慮基坑側(cè)壁素混凝土回填，達到強度后分層拆除型鋼支撐。采用該方案安全性可靠，施工機械設(shè)備相對較小，可滿足施工要求。樁頂冠梁采用混凝土材料，頂部形成剛性支撐，底部兩道采用型鋼支撐，一定程度上可消除底部兩道支撐的養(yǎng)護時間，縮短工期。工程造價較SMW工法略高，比地下連續(xù)墻便宜。綜上所述，本次設(shè)計確定主要采用鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐形式。
3．4支護設(shè)計方案
通過理正深基坑設(shè)計軟件計算，最終確定采用如下支護形式。基坑北側(cè)及東側(cè)按挖深15．10m設(shè)計，頂部5m范圍二級放坡卸土，坡面掛網(wǎng)噴漿處理;底部采用鉆孔灌注樁+一道混凝土支撐支護+兩道型鋼支撐支護?；幽蟼?cè)及西側(cè)考慮臨近設(shè)備基礎(chǔ)施工，先大面積卸土至－5．0m，按挖深10．10m設(shè)計，采用鉆孔灌注樁+一道混凝土支撐支護+兩道型鋼支撐支護。止水措施:因本次基坑在廠房內(nèi)部施工，受限于施工高度，本次基坑設(shè)計采用高壓旋噴樁樁止水，止水帷幕進行③層土不小于1m，形成封閉止水。降排水措施:坡腳設(shè)置明溝+集水井進行疏干排水(表層填土潛水)，鑄造機位置②2層土視開挖情況，必要時沖溝區(qū)增設(shè)輕型井點分層降水，井點管沿坑周布設(shè)。
3．5項目實施效果
目前該深基坑已開挖至第二道支撐梁下，即將安裝第三道支撐梁，現(xiàn)場如圖5所示。目前，支護結(jié)構(gòu)頂部位移最大值6mm，深層水平位移最大值8mm，滿足基坑安全要求。
4結(jié)論
1)既有廠房內(nèi)部小尺寸超深基坑因受廠房凈高限制，另外需不影響廠房運營，支護方案選型受到一定限制，采用排樁+內(nèi)支撐支護結(jié)構(gòu)形式可以有效控制支護結(jié)構(gòu)變形，確保支護結(jié)構(gòu)安全。2)鉆孔灌注樁、高壓旋噴樁等施工機械相對較小，可滿足小凈空場地施工要求。3)支護樁冠梁、圍檁水平側(cè)向剛度，以及支撐支錨剛度、材料抗力等參數(shù)取值對支護結(jié)構(gòu)受力計算結(jié)果影響較大，小尺寸基坑上述參數(shù)較大，可有效降低支護結(jié)構(gòu)變形及內(nèi)力，增強支護結(jié)構(gòu)抵抗傾覆穩(wěn)定性。
參考文獻:
［1］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部．建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程:JGJ120—2012［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2012．
［2］中國土木工程學(xué)會土力學(xué)及巖土工程分會．深基坑支護技術(shù)指南［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2012．
［3］劉國彬，王衛(wèi)東．基坑工程手冊［M］．2版．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2009．
［4］王衛(wèi)東，徐中華．基坑工程技術(shù)新進展與展望［J］．施工技術(shù)，2018，48(6):63－65．
作者：許亞東 單位：鎮(zhèn)江市建設(shè)工程施工圖審查中心