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既有廠房設(shè)備深基坑支護案例分析

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既有廠房設(shè)備深基坑支護案例分析

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。勘察期間初見水位為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)定及標準的有關(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?;颖眰?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。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,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

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