既有廠房設(shè)備深基坑支護(hù)案例分析

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摘要:既有廠房?jī)?nèi)部小尺寸超深基坑因受廠房?jī)舾呦拗疲瑑H允許小型機(jī)械設(shè)備施工;另外需不影響廠房運(yùn)營(yíng)，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形要求高，支護(hù)方案選型受到一定限制，鉆孔灌注樁及高壓旋噴樁施工機(jī)械較小，可滿(mǎn)足施工要求，采用排樁+內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)形式可以有效控制支護(hù)結(jié)構(gòu)變形，確保支護(hù)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(yùn)營(yíng)廠房項(xiàng)目為進(jìn)一步滿(mǎn)足產(chǎn)能擴(kuò)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(jī)，鑄造機(jī)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(jiàn)圖1。本項(xiàng)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(jī)基礎(chǔ)底板墊層底標(biāo)高－15．10m，長(zhǎng)約20m，寬約10m，基坑周長(zhǎng)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(yùn)行，即B/D軸與37～41軸范圍作為施工場(chǎng)地，外圍均不得占用，承臺(tái)采用預(yù)制方樁基礎(chǔ)，基坑開(kāi)挖需考慮對(duì)既有承臺(tái)的保護(hù)，嚴(yán)格控制基坑開(kāi)挖變形。

2場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

2．1場(chǎng)地巖土工程地質(zhì)特征

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告資料，基坑處于ZK125孔位置，對(duì)應(yīng)地勘孔如圖2所示。開(kāi)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(qiáng)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(jī)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(qiáng)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(tuán)塊，無(wú)搖振反應(yīng)，切面光滑，干強(qiáng)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(tuán)塊，無(wú)搖振反應(yīng)，切面光滑，干強(qiáng)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(xiàng)目地貌類(lèi)型屬崗地及古沖溝，基坑位于古沖溝范圍，場(chǎng)地地基土中①、②1、②2層土為弱透水層，③、④層土為相對(duì)隔水層。場(chǎng)地地下水類(lèi)型為孔隙潛水，主要賦存在①、②1、②2層土。勘察期間初見(jiàn)水位為1．00～2．50m，24h測(cè)得穩(wěn)定水位為1．0～1．70m?；又ёo(hù)設(shè)計(jì)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(bào)告，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)相關(guān)土層計(jì)算參數(shù)如表1所示。

3基坑支護(hù)方案設(shè)計(jì)

3．1本基坑工程特點(diǎn)

1)基坑規(guī)模較小，面積約200m2，但開(kāi)挖深度較大，達(dá)到15．10m。2)場(chǎng)地地質(zhì)條件較復(fù)雜，上部存在較厚填土層，厚度約4m，開(kāi)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(jī)質(zhì)及腐殖質(zhì)，該層物理力學(xué)性質(zhì)較差，基坑開(kāi)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(duì)較復(fù)雜，基坑在已建廠房?jī)?nèi)部施工，需考慮對(duì)臨近承臺(tái)的保護(hù)，既有承臺(tái)工程樁為預(yù)制方樁，若基坑開(kāi)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(hù)方案選型原則

基坑支護(hù)方案的選定必須綜合考慮工程本身的特點(diǎn)及周?chē)h(huán)境的要求，在滿(mǎn)足地下結(jié)構(gòu)土建施工及確保周?chē)h(huán)境安全可靠的前提下，盡量達(dá)到既經(jīng)濟(jì)合理，又方便施工并提高施工質(zhì)量。此次基坑支護(hù)設(shè)計(jì)遵循的主要原則如下。1)根據(jù)本工程的實(shí)際情況和周?chē)h(huán)境條件，在充分分析、研究擬建場(chǎng)地周?chē)こ痰刭|(zhì)資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合本工程的具體特點(diǎn)和類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)，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(jì)，力求科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、合理。2)保證圍護(hù)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(diǎn)突出圍護(hù)結(jié)構(gòu)快(縮短工期)、省(節(jié)約造價(jià))、易(方便施工)的特點(diǎn)，在安全、工程造價(jià)和工期之間達(dá)到一個(gè)最優(yōu)的平衡點(diǎn)。

3．3支護(hù)方案選型

常用支護(hù)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(hù)等［1－3］。結(jié)合本基坑工程特點(diǎn)，對(duì)上述支護(hù)結(jié)構(gòu)用于本項(xiàng)目的安全性、經(jīng)濟(jì)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(chēng)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(lái)，使之成為同時(shí)具有受力與抗?jié)B兩種功能的支護(hù)結(jié)構(gòu)的圍護(hù)墻。本工程由于在已建廠房?jī)?nèi)部施工，對(duì)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(shí)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(hù)結(jié)構(gòu)中最強(qiáng)的支護(hù)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(jià)較高，施工要求專(zhuān)用設(shè)備［4］。本基坑支護(hù)采用地下連續(xù)墻費(fèi)用要相對(duì)較高，另外受凈空影響，鋼筋籠吊裝難以實(shí)施。3)鉆孔灌注樁加支撐。采用鉆孔灌注樁加支撐支護(hù)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(hù)+兩道型鋼支撐，地下結(jié)構(gòu)底板澆筑至支護(hù)結(jié)構(gòu)邊，形成底部剛性鉸，計(jì)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(dá)到強(qiáng)度后分層拆除型鋼支撐。采用該方案安全性可靠，施工機(jī)械設(shè)備相對(duì)較小，可滿(mǎn)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?jī)傻啦捎眯弯撝?，一定程度上可消除底部?jī)傻乐蔚酿B(yǎng)護(hù)時(shí)間，縮短工期。工程造價(jià)較SMW工法略高，比地下連續(xù)墻便宜。綜上所述，本次設(shè)計(jì)確定主要采用鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐形式。

3．4支護(hù)設(shè)計(jì)方案

通過(guò)理正深基坑設(shè)計(jì)軟件計(jì)算，最終確定采用如下支護(hù)形式。基坑北側(cè)及東側(cè)按挖深15．10m設(shè)計(jì)，頂部5m范圍二級(jí)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(hù)+兩道型鋼支撐支護(hù)。基坑南側(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(jì)，采用鉆孔灌注樁+一道混凝土支撐支護(hù)+兩道型鋼支撐支護(hù)。止水措施:因本次基坑在廠房?jī)?nèi)部施工，受限于施工高度，本次基坑設(shè)計(jì)采用高壓旋噴樁樁止水，止水帷幕進(jìn)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(jìn)行疏干排水(表層填土潛水)，鑄造機(jī)位置②2層土視開(kāi)挖情況，必要時(shí)沖溝區(qū)增設(shè)輕型井點(diǎn)分層降水，井點(diǎn)管沿坑周布設(shè)。

3．5項(xiàng)目實(shí)施效果

目前該深基坑已開(kāi)挖至第二道支撐梁下，即將安裝第三道支撐梁，現(xiàn)場(chǎng)如圖5所示。目前，支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部位移最大值6mm，深層水平位移最大值8mm，滿(mǎn)足基坑安全要求。

4結(jié)論

1)既有廠房?jī)?nèi)部小尺寸超深基坑因受廠房?jī)舾呦拗疲硗庑璨挥绊憦S房運(yùn)營(yíng)，支護(hù)方案選型受到一定限制，采用排樁+內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)形式可以有效控制支護(hù)結(jié)構(gòu)變形，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)安全。2)鉆孔灌注樁、高壓旋噴樁等施工機(jī)械相對(duì)較小，可滿(mǎn)足小凈空?qǐng)龅厥┕ひ蟆?)支護(hù)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(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)受力計(jì)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(hù)結(jié)構(gòu)變形及內(nèi)力，增強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)抵抗傾覆穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn):

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［4］王衛(wèi)東，徐中華．基坑工程技術(shù)新進(jìn)展與展望［J］．施工技術(shù)，2018，48(6):63－65．

作者：許亞?wèn)| 單位：鎮(zhèn)江市建設(shè)工程施工圖審查中心