復(fù)雜異形深基坑支護(hù)技術(shù)管理初探

孫 艷

山東華魯恒升化工股份有限公司 山東德州 253024

1 工程概況

某化工廠新上50萬t/a乙二醇項目，需配套建設(shè)相應(yīng)地下事故池及生產(chǎn)廢水池。為節(jié)約廠區(qū)土地，將事故池和廢水池合二為一，中間由一道混凝土墻間隔。受周邊建筑物影響，水池主體結(jié)構(gòu)為一個地下不規(guī)則七邊形箱型結(jié)構(gòu)，高6m，東西方向?qū)?3.2m，南北方向長49.8m。

水池壁及內(nèi)墻厚度均為40cm，頂板厚30cm，頂板頂標(biāo)高位于地下1.4m處。水池東側(cè)池底設(shè)有集水坑，基礎(chǔ)采用筏板基礎(chǔ)，筏板厚度1m，筏板底為15cm厚砂石墊層，墊層底位于地下7.65m處。根據(jù)水池主體結(jié)構(gòu)特征，基坑整體開挖深度為7.65m，集水坑處加深0.80m，基坑周長202m，面積約2400m2。

基坑范圍內(nèi)無影響基坑開挖的管線，但基坑周邊環(huán)境復(fù)雜，如圖1所示?；颖眰?cè)5m處為待建酯化停車回收液罐，將與水池結(jié)構(gòu)同步施工?；?xùn)|側(cè)地下埋深1.2m處有一條直徑80cm鋼制生產(chǎn)用循環(huán)水管道，距離水池壁2.8m；地上緊鄰廠區(qū)道路和已建管廊，水平距離分別為8.7和23.2m。基坑南側(cè)地下埋深1.5m處有110kV高壓電纜，水池基礎(chǔ)邊距高壓電纜最近的距離約2.8m；地上為廠區(qū)道路，距離18.6m?；游鱾?cè)為已建管廊和罐區(qū)，距離分別為3.6m和10.2m。

圖1 基坑周邊環(huán)境

2 施工前期管理

2.1 施工重點和難點分析

在項目實施前期，組織廠內(nèi)土建部門對本工程進(jìn)行方案會商，詳細(xì)分析工程特點，找出施工重點和難點，并探尋解決方案。

（1）本工程周邊環(huán)境復(fù)雜，不具備放坡開挖條件，需采取支護(hù)開挖。受周邊建筑基礎(chǔ)及地下管線影響，無法進(jìn)行拉錨支護(hù)，只能采用圍護(hù)結(jié)構(gòu)加圍檁支撐的組合支護(hù)形式。而異形基坑支撐受力復(fù)雜，需通過計算確定合理支撐結(jié)構(gòu)布置。

（2）工程計劃4月中旬開工，7月底完工，為雨季施工，土方開挖受降雨影響大。同時，雨水下滲容易引起基坑變形，加大了施工風(fēng)險。因此，施工時應(yīng)加快進(jìn)度，縮短項目周期。

（3）場地內(nèi)存在較厚粉土層，土體透水性較好，含水量豐富，且周邊建筑物處于降水影響范圍內(nèi)。為確?；禹樌_挖，需采取合理的降水方案，既要快速降低基坑開挖范圍內(nèi)地下水位高度，又要防止過度降水引起基坑周邊土體沉降。

（4）基坑周邊環(huán)境復(fù)雜，西側(cè)鄰近管廊框架，東側(cè)及南側(cè)存在多條地下管線，距離水池基礎(chǔ)邊較近，最近距離僅2m左右。為防止基坑開挖對周邊建筑物及地下管線安全產(chǎn)生影響，需加強(qiáng)施工過程中基坑監(jiān)測，確保施工安全。

2.2 方案優(yōu)化

鋼板樁支護(hù)設(shè)計方案采用15m長拉森鋼板樁加兩層圍檁支撐，方案實施前采用BIM對鋼板樁支護(hù)施工全過程進(jìn)行模擬，如圖2所示。但支撐結(jié)構(gòu)會影響土方開挖進(jìn)度，經(jīng)過工期測算，無法滿足工期要求，且在后期對主體結(jié)構(gòu)施工干擾較大。因此，為優(yōu)化設(shè)計方案，加快施工進(jìn)度，經(jīng)與設(shè)計及總包單位溝通，將本工程鋼板樁支護(hù)設(shè)計和施工單獨招標(biāo)，選定設(shè)計施工聯(lián)合體中標(biāo)單位，并將原招標(biāo)價由90.3萬元調(diào)整至83.8萬元，節(jié)省了項目投資。

圖2 鋼板樁支護(hù)模型

項目實施前期組織鋼板樁設(shè)計及施工單位進(jìn)行現(xiàn)場踏勘，考慮基坑形狀、開挖深度、場地周邊環(huán)境、土層條件和工期要求等因素，本著安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行和方便施工的原則，經(jīng)過計算分析和方案比較，將原基坑設(shè)計方案優(yōu)化：為降低基坑垂直開挖深度，采用1∶0.8放坡支護(hù)，將基坑整體下挖1.5m；下部6.15m采用樁長12m拉森鋼板樁支護(hù)，并優(yōu)化支撐布置。

3 施工過程管控

3.1 鋼板樁插打

場地整平后在鋼板樁圍堰四周開挖寬2m、深1.5m的溝槽，便于鋼板樁插打，如圖3所示。進(jìn)場鋼板樁首先進(jìn)行平直度檢查，檢驗合格后采用長臂挖掘機(jī)液壓振動錘式打樁機(jī)，將鋼板樁逐根打入；打樁過程中控制沉樁速度，確保單根鋼板樁垂直偏差小于1/100。由于基坑為異形結(jié)構(gòu)，常規(guī)轉(zhuǎn)角樁無法使用，所以要求施工單位現(xiàn)場加工專用轉(zhuǎn)角樁，確保圍堰順利合攏。

圖3 鋼板樁插打

3.2 第一層土方開挖

鋼板樁插打完成后，將鋼板樁圍堰內(nèi)外土方整體下挖1.5m，邊坡采用掛網(wǎng)噴砼處理，鋼筋網(wǎng)片由插筋固定，鋼筋端部折彎鉤向上嵌入土中固定鋼筋網(wǎng)片。鋼筋網(wǎng)應(yīng)隨開挖分層施工、逐層設(shè)置。噴射混凝土作業(yè)應(yīng)與挖土協(xié)調(diào)，分段進(jìn)行，同一段內(nèi)噴射順序應(yīng)自下而上；噴射混凝土施工24h后，應(yīng)噴水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間不應(yīng)少于7d。

3.3 基坑降水

第一層土方開挖完成后，進(jìn)行基坑內(nèi)降水?；咏邓凑辗忾]止水、按需控制性降水的原則，采用管井降水。降水井布置遵循淺井密布的原則，坑內(nèi)設(shè)置12口降水井，井深14m，其中底板外設(shè)9口，底板內(nèi)設(shè)3口。觀測井基坑內(nèi)布設(shè)1口，基坑外布設(shè)9口，井深同樣為14m，用于觀測降水時坑內(nèi)外地下水位變化，指導(dǎo)挖土及回灌作業(yè)施工。土方開挖過程中，要求施工單位通過調(diào)節(jié)抽水管井?dāng)?shù)量，確保地下水位保持在開挖面下1m左右，不得超降。

3.4 圍堰內(nèi)土方開挖與支撐安裝

按照先撐后挖的原則進(jìn)行鋼板樁圍堰內(nèi)圍檁支撐安裝和土方開挖。因基坑結(jié)構(gòu)形狀不規(guī)則，土方開挖分區(qū)分塊進(jìn)行。異形結(jié)構(gòu)支撐受力復(fù)雜，要求鋼支撐施工單位施工前必須提供詳細(xì)的節(jié)點構(gòu)造圖，經(jīng)設(shè)計認(rèn)可后方可施工；支撐安裝應(yīng)采用開槽架設(shè)。圍檁采用雙拼HN500×200型鋼，型鋼支撐采用φ529×10圓鋼管,長度不足9m支撐采用HW400×400型鋼；型鋼支撐與圍檁滿焊連接，且角部圍檁必須焊接。

3.5 基坑監(jiān)測

因該項目安全風(fēng)險高，經(jīng)公開招標(biāo)，選擇第三方監(jiān)測單位進(jìn)行基坑監(jiān)測。常規(guī)監(jiān)測主要測量基坑開挖過程中基坑水平位移及周邊建筑的沉降情況，通過反饋的監(jiān)測數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工。圖4為基坑變形監(jiān)測現(xiàn)場。

圖4 基坑變形監(jiān)測

本項目鋼板樁打拔采用振動法施工，地表振動易引起周邊建筑物和地下管線變形，因此與常規(guī)基坑監(jiān)測不同，在打樁機(jī)打拔樁過程中即開展基坑監(jiān)測。本基坑為異形結(jié)構(gòu)，拐角多，拐角處受力集中，圍檁易受力開裂，因此在項目實施過程中，要求監(jiān)測單位對拐角處圍檁進(jìn)行受力監(jiān)測，以確保施工安全。監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，鋼板樁最大水平位移僅為6mm，周邊土體沉降和管線變形遠(yuǎn)小于許可值。

3.6 圍堰內(nèi)土方回填與支撐拆除

因設(shè)置支撐結(jié)構(gòu)，水池壁及內(nèi)部隔墻分兩次澆筑，按照先填后拆的原則，池壁澆筑一層，土方回填一層，支撐拆除一層。為減少基坑變形，優(yōu)化回填設(shè)計方案，將原設(shè)計的級配砂石變更為碎石屑回填，和施工單位一起現(xiàn)場試驗確定施工方案?；靥顣r，根據(jù)周邊建筑物及地下管線變形要求回填不同材料，節(jié)約成本。在已建成管廊下回填碎石屑加10%水泥，回填穩(wěn)定后經(jīng)測量沉降值僅為2mm；其余部位回填碎石屑，加水后用振動棒震動，以保證密實度及強(qiáng)度。以上措施大大節(jié)省了回填工期，并減少資金約50萬元。

3.7 鋼板樁拔樁

圍堰內(nèi)支撐拆除完成并回填壓實后，進(jìn)行拔樁施工。鋼板樁拔出時應(yīng)考慮對周邊環(huán)境的影響，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時調(diào)整拔樁速率。拔樁過程中要求施工單位通過高壓旋噴注漿在鋼板樁U型槽內(nèi)回填水泥砂漿，防止拔樁后在樁位處產(chǎn)生孔穴，引起周邊土體沉陷。

4 結(jié)論

事故池及生產(chǎn)廢水池基坑是廠區(qū)內(nèi)首次施工的異形深基坑，周邊環(huán)境復(fù)雜，基坑形狀特殊，開挖深度大，施工工期緊。通過以下施工管理措施，保證了項目施工的順利完成。

（1）從源頭入手，選擇專業(yè)鋼板樁設(shè)計、施工單位；改進(jìn)設(shè)計方案，選擇放坡開挖與鋼板樁支護(hù)相結(jié)合的基坑支護(hù)形式；

(2）針對異形基坑支撐布置難點，引入BIM技術(shù)，優(yōu)化支撐布置形式；

（3）引入第三方監(jiān)測單位，增加對沉拔樁過程振動引起的土體沉降監(jiān)測；

（4）增強(qiáng)鋼板樁支護(hù)施工全過程管控，針對復(fù)雜環(huán)境下異形基坑支護(hù)特點，進(jìn)行施工工藝改進(jìn)和創(chuàng)新。