狹窄空間深基坑施工在工業(yè)廠房中應(yīng)用實(shí)例

何 潘

(昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院股份公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

昭通某水電鋁項(xiàng)目鑄造深井液壓油缸成孔，采用沖擊鉆孔與鋼護(hù)筒相結(jié)合，土石方開(kāi)挖采用水磨鉆鉆孔劈裂施工技術(shù)替代傳統(tǒng)爆破技術(shù)，支護(hù)結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土護(hù)壁，成功解決了在鑄造車間內(nèi)施工受限制的問(wèn)題，并在保證進(jìn)度、安全、質(zhì)量的前提下圓滿完成施工任務(wù)。

1 工程概況

昭通某水電鋁項(xiàng)目是國(guó)務(wù)院支持魯?shù)榈卣馂?zāi)后恢復(fù)重建的一個(gè)重點(diǎn)扶持項(xiàng)目，需要保證投產(chǎn)完成生產(chǎn)營(yíng)收。

項(xiàng)目鑄造車間為鋼排架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)、鋼柱屋架及鑄造深井范圍外地坪均已施工完畢，鑄造深井位于鑄造車間內(nèi)，液壓深井基礎(chǔ)深31.06 m，0.8～-16.78 m范圍內(nèi)為7 410 mm×3 820 mm的方井，-16.78～31.06 m段為直徑1.94 m的液壓油缸；主鑄井底板封頂標(biāo)高為-15.38 m，底板厚為1 400 mm，副鑄井底板封頂標(biāo)高為-15.38 m，底板厚為1 400 mm，鑄造井內(nèi)部設(shè)置部分鋼筋混凝土隔墻。鑄造井下部為直徑液壓油缸，液壓油缸內(nèi)徑1 140 mm，壁厚400 mm，底標(biāo)高為-31.06 m。液壓深井鑄造基礎(chǔ)位置平面圖見(jiàn)圖1。

圖1 液壓深井鑄造基礎(chǔ)位置平面圖Fig.1 Foundation locations of deep hydraulic well casting

場(chǎng)地地質(zhì)條件相對(duì)較好，主要為中風(fēng)化泥質(zhì)白云巖和中風(fēng)化砂質(zhì)巖，廠房D軸線獨(dú)立杯基埋深淺且離深井邊較近，采用爆破對(duì)廠房結(jié)構(gòu)振動(dòng)大且爆破手續(xù)難辦理；深井開(kāi)挖面積小、深度深，機(jī)械難以開(kāi)挖，無(wú)法發(fā)揮大型機(jī)械設(shè)備作業(yè)的優(yōu)勢(shì)。

鑄造深井副井-16.78～31.06 m液壓油缸井直徑1 914 mm，采用人孔挖孔成孔施工速度慢，安全風(fēng)險(xiǎn)較大，需要采取安全、經(jīng)濟(jì)可靠的成孔方式進(jìn)行組織施工。

鑄造深井施工時(shí)鑄造車間廠房?jī)?nèi)已經(jīng)有2臺(tái)設(shè)備投產(chǎn)生產(chǎn)鋁錠，為了不影響廠房?jī)?nèi)的生產(chǎn)，必須控制好施工過(guò)程的噪聲及揚(yáng)塵。

2 施工特點(diǎn)

采用沖擊鉆孔與鋼護(hù)筒結(jié)合的成孔方式替代人工挖孔成孔、旋挖鉆孔，可在狹窄場(chǎng)地實(shí)施，并能保證施工安全。

石方采用水磨鉆鉆孔劈裂技術(shù)，能避免傳統(tǒng)爆破開(kāi)挖所產(chǎn)生的震動(dòng)、沖擊波、和揚(yáng)塵，有效的保護(hù)臨近建筑。

鋼筋混凝土護(hù)壁與土石方開(kāi)挖同步施工，能有效解決狹窄空間內(nèi)不能進(jìn)行地下連續(xù)墻、支護(hù)樁施工的難題。

3 適用范圍

適用于施工場(chǎng)地受限，無(wú)法使用大型機(jī)械、爆破技術(shù)的深基坑施工。

4 工藝原理

4.1 沖擊鉆孔與鋼護(hù)筒結(jié)合的成孔方式

液壓油缸采用沖擊鉆孔方式成孔，成孔2.2 m，深度為0.5～-33.16 m。-16.78～-32.78 m成孔段安裝16.0 m×φ2 000 mm×14 mm外鋼護(hù)筒，鋼護(hù)筒底部澆筑1.5 m深C35水下混凝土進(jìn)行底部封底，外護(hù)筒頂部采用20 mm厚鋼蓋板并用50角鋼縱橫向各3道設(shè)置加勁肋制作封蓋，然后對(duì)上部負(fù)空段土方回填至自然地面標(biāo)高，后進(jìn)行豎井土石方開(kāi)挖。。

4.2 水磨鉆鉆孔劈裂技術(shù)

水磨鉆筒外徑為16 cm，內(nèi)徑為14 cm，壁厚度為1 cm，高度為62 cm，1個(gè)循環(huán)可鉆60 cm，施工時(shí)采用水磨鉆機(jī)在基坑周邊開(kāi)挖線鉆孔取芯，形成一外周臨空面，使基坑周圍形成空心槽，然后對(duì)剩余的中心部分進(jìn)行分塊。分塊采用液壓劈裂分裂，在中心巖石上按600 mm×600 mm間距用水磨鉆鉆出劈裂孔，然后插入劈裂棒，在孔內(nèi)產(chǎn)生向臨空面方向的推力，當(dāng)擠壓力大于極限抗拉力和極限抗剪力之和時(shí)，巖石被拉裂并從底部發(fā)生剪切破裂，然后取出分裂的巖石。依次按照分層取芯、劈裂、取巖塊的循環(huán)工序作業(yè)，最終達(dá)到開(kāi)挖基底標(biāo)高。

5 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

5.1 工藝流程

工藝流程圖見(jiàn)圖2。

圖2 工藝流程圖Fig.2 The flowsheet

5.2 操作要點(diǎn)

5.2.1 液壓油缸成孔

液壓油缸采用沖擊鉆孔方式成孔，成孔2.2 m，鉆孔深度0.500～-33.650 m，沖孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，停鉆后開(kāi)始調(diào)整孔內(nèi)的泥漿指標(biāo)，及時(shí)吊裝油缸外護(hù)筒以及澆筑混凝土。

安裝外護(hù)筒：為防止抽取泥漿導(dǎo)致鑄造車間基礎(chǔ)下沉和樁孔塌孔，沖孔完成后保留泥漿，后制作1個(gè)16.5 m×φ2 000 mm×14 mm鋼護(hù)筒埋入地下油缸段成孔位置，鋼護(hù)筒重11.39 t，吊裝采用2臺(tái)25 t汽車吊進(jìn)行吊裝，后整體開(kāi)挖深井基礎(chǔ)。

水下混凝土澆筑：鋼護(hù)筒安裝完畢后進(jìn)行水下混凝土澆筑，澆筑高度為1.5 m，主要用于鋼護(hù)筒封底。

鋼護(hù)筒上部蓋板吊裝：泥漿抽出后進(jìn)行鋼護(hù)筒上部鋼蓋板的吊裝，鋼蓋板用20 mm鋼板加工成直徑2 100 mm，并用50角鋼縱橫向各3道。

上部負(fù)空段土方回填：鋼蓋板吊裝完成，上部負(fù)空段先回填1 m深粘性土或粒徑小的土，然后才可以回填大粒徑的土石方回填至0.5 m。

5.2.2 豎井土石方開(kāi)挖

豎井石方開(kāi)挖順序：測(cè)量放線確定圍擋安裝位置及基坑開(kāi)挖邊線→0.50～-3.10 m段挖掘機(jī)放坡破碎開(kāi)挖→-3.10～-4.10 m段水磨鉆劈裂開(kāi)挖→鎖口及-3.10～-4.10 m護(hù)壁施工→-4.1～-16.88 m石方開(kāi)挖及護(hù)壁施工。

水磨鉆施工工藝：水磨鉆筒外徑為16 cm，內(nèi)徑為14 cm，壁厚度為1 cm，高度為62 cm，一個(gè)循環(huán)可鉆60 cm，施工時(shí)采用水磨鉆機(jī)在基坑周邊開(kāi)挖線鉆孔取芯，形成一外周臨空面，使基坑周圍形成空心槽，然后對(duì)剩余的中心部分進(jìn)行分塊。分塊采用液壓劈裂分裂，在中心巖石上按600 mm×600 mm間距用水磨鉆鉆出劈裂孔，然后插入劈裂棒，在孔內(nèi)產(chǎn)生向臨空面方向的推力，當(dāng)擠壓力>極限抗拉力和極限抗剪力之和時(shí)，巖石被拉裂并從底部發(fā)生剪切破裂，然后取出分裂的巖石。依次按照分層取芯、劈裂、取巖塊的循環(huán)工序作業(yè)，最終達(dá)到開(kāi)挖基底標(biāo)高。

除渣：在1、4號(hào)深井靠近C軸線護(hù)壁外側(cè)中部搭設(shè)拔桿吊操作平臺(tái)，在2、3號(hào)深井靠近C軸線護(hù)壁外側(cè)兩端距離長(zhǎng)度的1/4處分別搭設(shè)一個(gè)拔桿吊操作平臺(tái)。深井開(kāi)挖一次單循環(huán)施工作用后，將水鉆鉆出的巖芯進(jìn)行依次出渣，出渣從深井的一側(cè)進(jìn)行，開(kāi)挖出的石方等棄渣裝入吊桶，吊桶采用5 mm厚鋼板制作，用電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)提升至地面臨時(shí)存渣場(chǎng)，每天下班后再采用挖掘機(jī)裝車運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)的棄渣點(diǎn)。

局部垂直度局部達(dá)不到要求時(shí)，需要人工采用風(fēng)鎬進(jìn)行立面鑿除修直。

5.2.3 護(hù)壁施工

深井現(xiàn)澆鋼筋砼護(hù)壁采用C30砼，護(hù)壁厚度為300 mm，護(hù)壁水平縱向受力鋼筋為雙層18@200，豎向鋼筋為雙層18@200，頂部設(shè)置300×800暗梁鎖口，拉筋為φ6@200，梅花形布置，2#、3#鑄井同時(shí)施工。護(hù)壁每節(jié)高度2 m。

模板使用15 mm后膠合板支設(shè)單邊模，內(nèi)龍骨間距200 mm，內(nèi)龍骨采用50 mm×100 mm木方，外龍骨采用雙鋼管48 mm×3.0 mm，模板支撐底部以上200 mm處開(kāi)始每隔400 mm設(shè)置1道鋼管對(duì)撐加固，2個(gè)橫向的護(hù)壁模板采取斜撐加固?；炷敛捎蒙唐坊炷粒\(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)后放料至混凝土料斗內(nèi)，然后采用汽車吊將料斗吊至澆筑位置采用自制溜槽進(jìn)行放料澆筑，插入式振搗棒搗固。砼強(qiáng)度達(dá)到2.5 Mpa時(shí)拆除側(cè)模。

6 材料與設(shè)備

6.1 根據(jù)桁架吊裝單元的重量，選擇合適的吊車和吊點(diǎn)進(jìn)行吊升

其中考慮吊車的使用經(jīng)濟(jì)和方便，考慮在內(nèi)場(chǎng)使用260 t履帶吊進(jìn)行主桁架的安裝。

6.2 主要施工機(jī)械

主要施工機(jī)械設(shè)備見(jiàn)表1。

表1 機(jī)械設(shè)備表Tab.1 List of equipment

6.3 主要材料

主要材料見(jiàn)表2。

表2 材料表Tab.2 List of materials

7 質(zhì)量控制

7.1 采用的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)

(1)《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》GB 50497—

2009；

(2)《建筑深基坑工程施工安全技術(shù)規(guī)范》JGJ 311—2013；

(3)《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB 50202—2018。

7.2 設(shè)置基礎(chǔ)開(kāi)挖臨時(shí)控制點(diǎn)

基礎(chǔ)開(kāi)挖前跟據(jù)軸線控制點(diǎn)設(shè)置基礎(chǔ)開(kāi)挖臨時(shí)控制點(diǎn)，隨時(shí)檢查基坑平面位置、水平標(biāo)高及坡度。每層開(kāi)挖后根據(jù)臨時(shí)控制點(diǎn)重新放線，確保開(kāi)挖尺寸誤差達(dá)到相關(guān)規(guī)范要求。

7.3 護(hù)壁混凝土工程質(zhì)量要求

(1)內(nèi)實(shí)外光，無(wú)蜂窩、空洞、露筋脹模等質(zhì)量通病，強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求；

(2)實(shí)測(cè)合格率控制在98 %以內(nèi)。

8 安全措施

8.1 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

(1)《建筑施工高處作業(yè)安全技術(shù)規(guī)程》JGJ80；

(2)《建筑施工安全檢查標(biāo)準(zhǔn)》JGJ59；

(3)《施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電安全技術(shù)規(guī)范》JGJ46；

(4)《建筑機(jī)械使用安全技術(shù)規(guī)程》JGJ33；

(5)《建筑施工土石方工程安全技術(shù)規(guī)范》

JGJ180；

(6)《建筑施工安全技術(shù)統(tǒng)一規(guī)范》GB50870；

(7)《建設(shè)工程施工現(xiàn)場(chǎng)消防安全技術(shù)規(guī)范》

GB50720；

(8)《建筑施工起重吊裝工程安全技術(shù)規(guī)范》

JGJ276。

8.2 其他需要注意的安全事項(xiàng)

(1)井內(nèi)操作工人上下使用軟爬梯以及防墜器，軟爬梯和防墜器分別固定在鎖口位置埋設(shè)的錨環(huán)上。

(2)出渣吊桶吊運(yùn)過(guò)程中下部人員退至邊角處并時(shí)刻關(guān)注吊運(yùn)過(guò)程，以防石渣掉落傷人，桶內(nèi)石渣高度不能超過(guò)桶口。

(3)每天上班前檢查卷?yè)P(yáng)機(jī)、鋼絲繩，定期對(duì)卷?yè)P(yáng)機(jī)、鋼絲繩進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，如發(fā)現(xiàn)鋼絲繩有斷絲情況要及時(shí)更新。

(4)挖井至4 m以下時(shí)，需用可燃?xì)怏w測(cè)定儀，檢查孔內(nèi)作業(yè)面是否有有毒氣體，若發(fā)現(xiàn)有有毒氣體應(yīng)妥善處理后方可作業(yè)。

9 文明施工及環(huán)保措施

(1)加強(qiáng)對(duì)施工平面圖實(shí)施管理，嚴(yán)格按照施工平面圖進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)臨設(shè)工程建設(shè)和施工機(jī)具布置，保持場(chǎng)容場(chǎng)貌的整潔。

(2)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置標(biāo)志牌，并做好保護(hù)工作，現(xiàn)場(chǎng)施工管理人員必須佩戴證明身份的證卡。

(3)現(xiàn)場(chǎng)采取有效措施防止環(huán)境污染，現(xiàn)場(chǎng)施工垃圾及時(shí)清理出場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)禁止焚燒有機(jī)物質(zhì)。

(4)嚴(yán)格按照施工程序和施工順序安排作業(yè)，在施工中加強(qiáng)對(duì)施工進(jìn)度、質(zhì)量控制、項(xiàng)目成本、勞動(dòng)力使用、原材料和半成品使用、施工機(jī)具使用等方面的計(jì)劃管理，及時(shí)調(diào)整各生產(chǎn)要素的投入和調(diào)出，減少資源浪費(fèi)。

10 效益分析

(1)該工法的應(yīng)用，可在不影響主體結(jié)構(gòu)安全和工業(yè)生產(chǎn)的前提下進(jìn)行施工，不受施工現(xiàn)場(chǎng)及周圍環(huán)境的影響，突破了傳統(tǒng)施工工藝及工序，最大限度的實(shí)現(xiàn)了施工與生產(chǎn)互不影響。

(2)采用水磨鉆鉆孔劈裂施工，減少了土石方開(kāi)挖與回填的工程量，加快施工進(jìn)度，節(jié)約了人力、材料、設(shè)備的投入量。

(3)液壓油缸成孔采用沖擊鉆孔與鋼護(hù)筒相結(jié)合，解決了大型鉆孔機(jī)械不能進(jìn)入室內(nèi)施工的問(wèn)題，并且與人工挖孔樁相比，縮短了施工時(shí)間，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

(4)鑄造深井作為鑄造車間提產(chǎn)升級(jí)的項(xiàng)目，能在不影響主體結(jié)構(gòu)安全和工業(yè)生產(chǎn)的前提下進(jìn)行施工，不受施工現(xiàn)場(chǎng)及周圍環(huán)境的影響，突破了傳統(tǒng)施工工藝及工序，最大限度地實(shí)現(xiàn)了施工與生產(chǎn)互不影響；采用水磨鉆鉆孔劈裂施工，減少了土石方開(kāi)挖與回填的工程量，加快施工進(jìn)度，節(jié)約了人力、材料、設(shè)備的投入量，同時(shí)施工場(chǎng)地得到充分利用，提高了土地的利用率。充分將綠色施工理念貫徹于整個(gè)施工過(guò)程，符合綠色施工的發(fā)展要求。

11 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)整個(gè)項(xiàng)目深基坑工程的技術(shù)策劃，以及BIM技術(shù)對(duì)施工的指導(dǎo)，保證了整個(gè)施工工程安全可靠。為今后類似工程的施工積累了寶貴的工程施工經(jīng)驗(yàn)。在實(shí)現(xiàn)工程順利進(jìn)行的同時(shí)，達(dá)到了確保工程質(zhì)量安全、提高施工效率、促進(jìn)施工速度、節(jié)約經(jīng)濟(jì)及綠色施工的效果。