厂房内超大超深设备基础基坑支护施工技术-机械论文发表

厂房内超大超深设备基础基坑支护施工技术
吕先宏
摘要：某汽车制造厂联合厂房冲压车间大型设备基础施工时，为确保焊接车间正常的生产和厂房的整体稳定性，根据土质及基坑离柱的不同距离，采用了钻孔桩、预应力锚杆以及木麻黄桩支护等三种不同形式的基坑支护措施，加快了施工工期，节约了施工成本，取得了良好的社会效益和经济效益，本文重点从施工角度阐述上面三种支护方法，在超大超深设备基础深基坑支护技术中的合理组合使用。
关键词：基坑支护、钻孔桩、预应力锚杆、木麻黄、深基坑、设备基础

1、工程概况

1.1 工程概况
某汽车制造厂二期联合厂房由冲压车间和焊接车间组成，冲压车间设备基础长96.743m，宽度从5.5～12.88m不等，面积约1500m2，基坑深度-9.1m～-6.7m不等。设备基础底板厚2m，剪力墙厚度2m，砼量4300m2，钢筋量400T，基坑支护总长度308m，基础持力层为④层天然地基。设备基础边3m为已建厂房的柱基础，基础埋深从-2.70～-8.30m不等，设备基础开挖深度与厂房柱基础最大高差4m。北面10m为焊接车间机器人生产线，生产线要求直线度误差为L/100mm，设备高低差L/100mm。
1.2 场地水文地质情况分析
场地原始地貌属海积三级阶地，根据钻探报告，场地地层主要有人工填土层（人工填土①），第四系全新统海陆交互相沉积层（粉砂②），第四系下更新统海陆交互相秀英组地层（粉质粘土③、细砂④、粘土⑤、砾砂⑥），第三系上新统海相沉积层（粘土⑦）。地下水主要靠大气降水补给，含在粗砂②和细砂④中，粗砂②的渗透系数为5.02m/d，细砂④的渗透系数为5.39m/d。
根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001），抗震设防裂度8度区，设计基本地震加速度值为0.30g。拟建场地土类型属中软场地土，建筑物场地类别属Ⅱ类，基坑支护设计参数采用下表1值（表1）

地层 层厚度 天然重度
r（KN/m3） 内磨擦角
φ（度） 凝聚力
（KPa） 渗透系数
K
Ccm/sec 土体与锚固体极限侧阴力标准值9sik（Kpa）
人工填土① 3 20.3 12 10 5.0×10-3 —
粗砂② 2 20.5 26 5 1.0×10-2 30
粉质粘土③ 4 19.1 20 20 2.0×10-3 80
细砂④ 2.5 20.2 25 8 1.0×10-2 35
粘土⑤ 5 18.0 7 25 6.0×10-6 60

1.3 工程施工难点
1.3.1 要求在施工中振动荷载不能太大，否则会影响焊接车间机器人生产线的正常生产；同时要求基坑护壁的变形较小，否则有可能导致冲压车间厂房桩基的不均匀沉降。
1.3.2 场地土局部有一小沟，淤泥质土厚度3～4m，原厂房基础施工中回填的粗砂可能导致流砂，也是施工中一难点。
1.3.3 每年7～8月份是雨季，强暴雨强台风较多，施工中排水及基坑局部渗漏也是一难点。
1.3.4 因厂房高度的限制，施工中不可能使用高大的设备。

2、基坑边坡支护设计及方案选择

2.1 支护方案选择
针对本工程的特点及难点，以及基坑开挖可能导致相邻车间生产线的影响和与其相邻的独立桩基的影响。根据水文地质情况及对周围建筑物的影响，本着一切为业主考虑的原则，对原内支撑设计方案进行了改进，综合采用了不同的支护形式，有利于施工快速高效、又降低了成本，主机基坑-9.1m开挖面距厂房基础大于9.1m以及-7.7m基坑远离基础（C-C剖面），不考虑厂房基础对基坑侧壁的影响，对于-6.8m坑按厂房单独桩基取P0=120Kpa考虑影响（A-A剖面、B-B剖面），厂房地基坑支护根据不同的开挖深度和不同的部位采用不同的支护形式。采用钻孔桩，预应力锚杆、木麻黄桩以及挂网砼支护等。
经设计计算工程A-A剖面采用φ600，桩心距离@1200mm，有效桩长为15m，B-B剖面处设计桩经φ600，桩心距离@1200mm，有效桩长为13m，总长13.4m，钢筋笼直径φ400mm，保护层厚度100mm，配筋、主筋10φ18，加密区2m，箍筋φ8@200，加强箍筋φ14@2000，C25水下砼。为了增加护坡桩的整体稳定性，在护坡桩顶部设置一道圈梁，规格400×600mm，主筋6φ16，箍筋φ8@200，C25砼。
2.2 A-A剖面支护
自A-A剖面桩项2.4m处向下设第一排预应力锚索，横向间距3.6m（3桩一根），锚杆孔直径φ127mm，2φ7×5钢绞线，孔内浇注水泥浆，水灰比1：0.45，锚杆端部用CD锚件锚固张拉，锚固张拉在26a槽钢上。第一排锚索长度为22m；第二排自桩顶4.6m处向下设计预应力锚杆，横向间距3.6m，锚杆孔直径φ127mm，2φ7×5钢绞线，孔内灌注水泥浆，锚固端部用CD锚件锚固张拉，锚固张拉在20a槽钢上。锚索长度为18m；第三排自桩顶6.8m处向下设计预应力锚杆，横向间距为3.6m，锚杆孔直径φ127mm，2φ7×5钢绞线，孔内浇注水泥浆，锚杆端部用CD锚件锚固张拉，锚固张拉在16a槽钢上，锚索长度为16m。如钻孔桩夹缝之间遇到流砂时不能处理，在流砂部位采用桩缝挂钢筋网φ6@200×200，钢筋焊在钻孔桩内主筋上，喷C25细石砼。厚度为60～100mm（A-A剖面图）。

 

2.3 B-B剖面支护
B-B剖面桩顶向下3.0m处设计一排预应力锚杆，横向间距3.6m，锚索长度为18m，锚孔直径φ127mm，2φ7×5钢绞线，孔内浇注水泥浆，锚杆端部用CD锚件锚固张拉，锚固张拉在16a槽钢上。因此处离厂房基础3.0m，如施工中不能施工预应力锚杆，为了支护的稳定性，那必须支护桩加深，根据计算，支护桩有效桩长为17m，桩心间距改为800mm。
2.4 C-C剖面支护
因为C-C剖面施工工作面较大，有大放坡的空间。为了节省造价，此处支护采用自然放坡并用木麻黄桩加固，上挂钢筋砼，即CSC2法支护。在坡顶上插筋φ12@1000mm，坡顶面纵向间距为0.8m，横向间距为2.0m。自然坡顶向下，布三排木麻黄桩，纵向间距为1.5m，横向间距为1.5m，木麻黄桩长4m，直径70-150mm，（在机械压木桩时，能压入木桩4m就压木桩4m，如不能压入4m时，根据地质情况能压几米就压几米）。坡面挂钢筋网φ6@300×300，喷C25细石砼，厚度为60～100mm。

3、深基坑支护施工

施工顺序：放轴线－－放钻孔桩桩位、降水井桩位－－施工钻孔桩、降水井－－圈套梁制作－－土方分层分段开控－－土方第一次开挖－－施工第一排锚杆及槽钢联梁－－锚固张拉锚杆－－土方二次开挖－－施工二排锚杆及槽钢联梁－－锚固张拉锚杆－－土方三次开挖施工－－施工第三排锚杆及槽钢联梁－－锚固张拉锚杆－－土方四次开挖至设计标高－－修筑排水沟集水井。
3.1 因钻孔桩施工在深基坑支护中较常见，具体的施工方法本文不深述。
3.2 降水
基坑顶部每隔15m设置- 600降水井，井深15m，共设12个降水井滤水管8φ14的钢筋笼，外包一层25目尼龙纱网和一层竹片。坑底施工6-10口集水井兼做沉砂池，上下部位集水井对称布置，按的水径集水井压统一排入市政管网。抽水时应同时进行，使水位差控制在1m内。
3.3 土方开挖
土方开挖与锚杆施工自上而下交替进行，每层挖土深度由锚杆间距确定，每段长度20m，机械开挖好后，人工修整坡面，土方的表面平整度±30mm，开挖土方线路按出土方向逐级执行。
3.4 锚杆成孔、安设
成孔采用水作业钻进法。施工时在钻杆外设有套管，钻出的沉渣用水冲刷出孔，至水流不浑浊时为止。钻好的孔应做好编号、记录。锚杆采用2φ7×5钢绞线由专人制作，要求顺直。钻孔后尽快安设锚杆，以防止钻孔坍陷，施工中为保证锚杆有足够厚度的水泥浆保护层，在锚杆表面上设置了定位器，定位器的间距在锚固段1m左右，非锚固段2m，锚杆插入时与灌浆管绑在一起，插入前拔出套管。为保证插入钻孔时不致于从孔壁带入大量的土体至孔底，在锚杆尾端放置圆形锚靴。
3.5 注浆
注浆采用高压注浆泵，纯水泥浆，配合比为42.5R普通水泥：水：UNF-2型减水剂=1：0.45：0.0075。锚杆安设前拔出护壁套管后，立即插入带有注浆枪内的注浆管进行一次常压灌浆。二次高压注浆是在一次常压灌浆后12h进行，利用注浆套管和注浆枪对锚固段分段注入浆液，注浆压力在1.8Mpa左右，以便能冲开一次常压注浆所形成的具有一定强度的锚固体。（附图）高压灌浆锚杆结构构造。
3.6 张拉
待注浆养护7天后，同一孔中2φ7×5钢绞线同时张拉，分级加载，每级加载后3min记录伸长值。张拉到设计强度150KN/根时，恒载10min，再无变化拧紧螺母，完成锚碇工作。张拉在水泥浆强度达到15Mpa以上时，用千斤顶对锚杆进行预应力张拉，张拉保证钢绞线受力均匀。为防止预应力损失过大，在张拉3d后进行再次张拉，以改善锚杆的长期工作性能。施工中采用了跳跃式张拉方法，保证钢绞线与横梁受力均匀，同时避免了相邻锚杆的应力损失。
3.7 木麻黄桩及挂网面层砼的施工
3.7.1 木麻黄桩先用人工加工，桩头尖而小，有效减少摩阻力，利于进入土中。压桩时采用正铲挖土机梅花型压法，保证挤土严密，效果明显，局部松软部位桩位加密，桩长加长。对压不下去的木桩用锯子锯掉，高低差控制在30mm之内。
3.7.2木麻黄桩及坡面修整好后，挂φ300×300钢筋网片，钢筋网片与φ12@1000插筋之间采用点焊固定，焊接时注意挂网的保护层必要时用砂浆垫块。坡面喷C25细石砼60～100mm，自上而下喷射，喷射的砼应均匀密实，不得有漏喷少喷现象。喷好的砼终凝后洒水养护。

4、监测结果及评价

4.1 在基坑开挖期间，每开挖一层土方观测一次位移和沉降。该基坑开挖较深，在厂房柱子上，焊接车间地坪上及周边道路上设置水平位移和沉降观测点共10个，支护完成后，每4天观测一次，遇有台风暴雨等自然灾害，加密观测次数。施工完成近三个月来，监测显示厂房柱子位移3mm，沉降4mm，周围道路，和冲压车间地坪位移和沉降几乎为零。
4.2 锚杆作为一种新型的受拉杆件，它利用地层的锚固力维持结构物的稳定。设计土锚前，应进行场地调查及工程地质勘察，查明附近建筑物、地下公用设施的位置，周围道路，以免在施工中发生意外事故。
4.3 深基坑开挖风险大，又没有什么现成的理论，实践性很强。本工程将锚杆技术代替原内支撑方案，并综合采用不同的支护形式，共节约工期12天，节约成本15万元。
4.4 深基坑支护作为一门新兴的学问，涉及面广，基坑开挖中，土体性状和支护结构的受力都在不断变化，利用信息化手段不断调整设计参数，以保护基坑的安全，提高经济效益成为研究的对象。
 

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