大型鋼廠連退機組深基坑支護施工技術

劉寶生 韓香宏 朱忠來

(天津二十冶建設有限公司，天津 300301)

0 引言

隨著科學技術的飛速發展，建筑業施工技術水平的不斷提高，建(構)筑物在向高、深發展。多層建筑物及高層建筑物的地下室、地下車庫、地鐵車站等工程施工，都會面臨著深基坑工程。尤其是深基坑周邊緊鄰道路、地下管線、建(構)筑物時，深基坑支護對保護周邊環境的穩定性顯得尤為重要。本文就天津天鐵連退機組深基坑支護施工技術進行總結。

1 工程概況

1)天津天鐵連退生產線工程，位于一期熱鍍鋅主廠房的南側，南北兩側緊鄰廠區道路冷軋南一路和冷軋南二路。基坑邊距馬路路緣石最近處為3.2 m，距一期熱鍍鋅廠房最近處為13.7 m。連退機組設備基礎中出口活套、中間活套和入口活套，基礎埋深均較深，其中出口活套最深處為－12.5 m，主廠房柱基礎埋深達－8.2 m。基坑開挖面積大，跨度大，支護難度大;基坑開挖深度深，土方量大，基坑開挖難度大;南側緊鄰廠區道路，北側緊鄰一期生產廠房，已有建(構)筑物對土體位移敏感程度較高，屬一級基坑。

2)工程所在地，歷史上屬于退海之地，屬于華北平原東部濱海平原地貌，屬海相與陸相交互沉積地層，屬典型的濱海軟土地基。基坑開挖土體以淤泥質粘土為主，土體含水率高，透水性能差，給基坑降水和基坑支護帶來很大難度。選取基坑內某鉆孔固結排水剪試驗揭示各層巖土物理力學指標如表1所示，作為基坑支護模型驗算的重要參數。

表1 巖土物理力學指標

2 深基坑支護方案的選型

1)根據基坑開挖深度和周邊環境限制，結合一期廠房深基坑施工經驗，本著安全穩定，經濟合理的原則，采取了組合式支護方式，是連退機組深基坑支護的一大特點。

2)連退機組深基坑支護，采用灌注樁作為基坑圍護樁，灌注樁外采用水泥土攪拌樁做止水帷幕，灌注樁頂設置鋼筋混凝土冠梁，增強單排懸臂灌注樁的整體穩定性;三個活套坑最深，采取了坑中坑的支護方式:灌注樁做圍護樁，水泥土攪拌樁做止水帷幕，鋼環梁加對頂鋼支撐構成支撐體系;基礎標高存在高差的基坑采用水泥土重力式擋土墻進行維護，局部無法灌注樁施工的部位采用了鋼板樁拉錨支護的形式。

3)連退機組深基坑具體支護形式為:基坑北側為了保護冷軋南一路和一期熱鍍鋅主廠房及附屬構筑物，支護體系采用了灌注樁(上加鋼筋混凝土冠梁)+止水帷幕+水泥土攪拌樁暗墩的形式;基坑南側，為了保護冷軋南二路，支護體系采用了水泥土重力式擋土墻+水泥土攪拌樁(暗墩)的支護形式;三個活套(出口活套、中間活套、入口活套)基坑支護體系采用了灌注樁+對頂鋼支撐+止水帷幕的支護形式;電氣室南側支護體系采用了灌注樁(上加鋼筋混凝土冠梁)+止水帷幕的支護形式;入口步進梁西側支護采用了工字鋼樁拉錨支護形式。

4)基坑降水的目的是為了保證基坑開挖時，基坑內有一個良好的施工環境，便于機械作業，更重要的是保證基坑支護體系的穩定。連退機組深基坑工程中，采取了基坑內管井降水的方法，根據基坑底控制水位標高和土體滲透系數等設計降水井的深度和數量。圍護樁周邊設置止水帷幕，其目的是將基坑外側的地下水擋在基坑外側，避免因基坑大面積降水造成基坑周邊地面的沉降，要求水泥土攪拌樁的深度能起到阻止基坑外側地下水進入基坑內側。

3 深基坑支護技術的主要施工方法

3.1 灌注樁(上加混凝土冠梁)+止水帷幕+攪拌樁暗墩的施工技術與方法

1)連退生產線主廠房柱基礎，基礎底標高－6.6 m，緊鄰廠區道路，無法進行放坡施工，采用了泥漿護壁鉆孔灌注樁做圍護結構，灌注樁樁徑1 m，樁頂面標高－2.0 m，樁間距1.2 m，1.3 m和1.4 m，間距不等，樁長18 m;灌注樁上做鋼筋混凝土冠梁，截面積為1 m×0.8 m;灌注樁外側用φ700水泥土攪拌樁做止水帷幕，樁間咬合200 mm，樁頂標高為－0.5 m，底標高為－15 m。

2)樁配筋:灌注樁主筋采用32φ25螺紋鋼，箍筋φ8@200，加強筋φ20@2 000，上部鋼筋錨入冠梁750 mm。冠梁混凝土強度等級為C30，灌注樁混凝土強度等級為C25。冠梁兩側各配置主筋7φ25螺紋鋼，上下各配置主筋9φ25螺紋鋼，箍筋均為φ8@200，均為四肢箍，鋼筋保護層厚度為50 mm。

3)考慮深基坑北側為一期主廠房，為控制支護樁的位移量，降低對北側道路和一期主廠房的影響，在基坑內側沿支護樁設置水泥攪拌樁暗墩對被動區土體進行加固，暗墩的攪拌樁直徑0.7 m，樁頂標高為－5 m，加固深度9 m;水泥土攪拌樁采用普通硅酸鹽32.5水泥，水泥摻量為14%(266 kg/m3)。

3.2 灌注樁+對撐鋼支撐+止水帷幕的施工技術與方法

1)連退機組，施工難度最大的是三個活套(其中出口活套最深處為－12.5 m)，基坑形狀不規則，坑底標高較多，基坑圍護結構采用了灌注樁做支護樁，H型鋼做鋼環梁，螺旋焊管做對頂支撐，基坑外側用水泥土攪拌樁做止水帷幕的支護形式。灌注樁的施工質量，鋼環梁以及對頂支撐的焊接質量等是施工質量控制的關鍵點。施工現場焊接鋼支撐見圖1。

圖1 施工現場焊接鋼支撐

2)三個活套基坑圍護樁采用泥漿護壁鉆孔灌注樁+對頂鋼支撐+止水帷幕，灌注樁樁徑為0.8 m，間距1 m，樁長為19.3 m，樁頂標高為－5.7 m，灌注樁超灌量為500 mm;對頂鋼支撐體系采用了400×400×13×21的H型鋼做環梁，φ503×10的螺旋焊管做對頂支撐，鋼管間距4 m，焊管中心標高－6 m。灌注樁主筋16φ25螺紋鋼，箍筋φ8@200，加強筋φ20@2 000，鋼筋保護層厚度為50 mm。

3)在施工灌注樁時，在鋼筋籠－6.0 m～－6.8 m處提前設置0.2 m×0.8 m的埋件。鋼支撐焊接前人工將埋件表面混凝土鑿掉，埋件上焊接托架，托架采用［20槽鋼加工制作，托架頂面標高－6.4 m;托架上安放400×400×13×21的H型鋼做環梁，環梁要保持水平，要與灌注樁靠牢，為解決灌注樁施工位置存在偏差，在施工時環梁與灌注樁之間存在縫隙較大的部位焊接了T形鋼;環梁焊好后，焊接對頂支撐和角支撐，對頂支撐桿件采用φ503× 10的螺旋焊管，角支撐采用400×400×13×21的H型鋼，支撐桿件兩端與環梁靠牢焊接在一起，同時在支撐桿件每端加焊4塊14 mm的鋼板加工成的200 mm×300 mm的加強肋板。

3.3 工字鋼樁拉錨支護施工技術與方法

1)入口步進梁基礎西側采用了工字鋼樁拉錨支護的方式。支護樁為Ⅰ40c×12 m工字鋼，樁間距為500 mm，樁頂標高為－0.5 m;在基坑側支護樁上每隔3 m焊接一個500 mm長的托架，托架頂面標高為 －1.0 m，托架由［20槽鋼加工制作，長500 mm;托架上焊接連梁，連梁采用H400×300型鋼，連梁要與支護樁靠牢，縫隙大的區域用鋼筋頭或鋼板塞住焊牢，連梁要保持水平;為了防止連梁產生側翻，每隔3 m在連梁上與支護樁之間焊接一夾板，夾板采用10 mm鋼板加工制作。

2)錨樁為Ⅰ40c×12 m工字鋼，樁間距為1.5 m，樁頂標高為－0.5 m;其他結構及焊接要求均同前排支護樁。

3)拉桿采用H200×200型鋼，拉桿長度為18.6 m和23.2 m，拉桿間距3.5 m。拉桿兩端與連梁焊接在一起，拉桿中心與連梁中心相平，兩側翼緣板與連梁翼緣板之間加焊加強肋板，加強肋板尺寸為350 mm×350 mm，板厚10 mm;拉桿連接處在兩翼緣板及腹板加焊10 mm厚的連接鋼板，連接板與H型鋼連接處滿焊。

3.4 水泥土重力式擋墻支護施工技術與方法

1)7B列柱基礎承臺底標高－6.6 m和－7.1 m，柱基礎承臺南側為連退電氣室和公輔設施基礎，柱基礎承臺和連退電氣室以及公輔設施基礎施工存在先后順序，故7B列柱基礎承臺采用了水泥土重力式擋墻做圍護結構。

2)水泥土重力式擋土墻施工中采用8排直徑700 mm的攪拌樁相互搭接攪拌，呈格構狀，墻寬4.2 m，樁間相互咬合200 mm，樁頂標高－2.5 m，樁底標高－16.5 m。水泥采用普通硅酸鹽水泥32.5，水泥摻量14%(266 kg/m3)。

4 基坑降水施工技術

1)天津市濱海地區，地下水位高，土體含水量大，降水施工往往決定著深基坑施工能否順利進行。在天津天鐵連退機組深基坑施工中，我們把基坑降水放到了很重要的位置。根據地質勘探資料，施工區域地下土體大部分為飽和土，土體滲透系數較小，經方案比選，采用了管井降水方式。管井具有易于施工，對現場條件要求低，施工周期短，投入少，機具易于組織施工的特點。管井內徑500 mm，井深18 m。管井布置:分別在基坑內布置35口管井，在入口、中間活套內布置2口管井，在出口活套內布置1口管井，總計40口管井。

2)在基坑降水施工中，一部分管井，與支護樁(灌注樁、水泥土攪拌樁)施工不發生沖突的，和支護樁施工同時進行，個別管井在支護樁施工完后進行施工。支護樁施工完后，開始管井降水，根據該地區土體滲透系數小的特點，降水施工在基坑開挖前1個月進行。管井降水，施工班組每天做好觀測記錄，同時注意降水對周邊環境的影響。

3)基坑降水方案的實施，起到了基坑降水的作用和目的。隨著地下水位的不斷下降，土體固結，提高了基坑內地基承載力，對支護樁的位移起到了很好的抑制作用。

5 基坑監測

1)連退生產線深基坑工程，周邊環境復雜，周邊建(構)筑物對土體位移和沉降變化敏感，基坑監測工作顯得尤為重要。

2)基坑監測觀測區為薄板廠7區連退生產線工程基坑周邊，主要為了觀測在施工過程中，由于土方開挖及降水等引起局部沉降和位移，并為其提供預警。根據要求，設定監測報警值:水塔垂直度為筒高萬分之五，建筑物垂直度為總高千分之五;道路沉降量20 mm，樁頂位移量30 mm，變化速率大于3 mm/d。監測采用的是相對坐標系，已知控制點為H01，H02，H03，H04及甲方辦公樓前的高程控制點A01。根據工程特點及要求等條件，變形監測的等級為二級。

3)基坑監測共設置25個沉降觀測點和27個位移觀測點，在冷軋南一路的南側布置8個道路沉降觀測點W1～W8，在冷軋南二路的北側布置7個道路沉降觀測點W9～W15，在熱鍍鋅工程附屬建筑物上布置10個建筑物觀測點B1～B10，在7A圍護結構的冠梁上布置9個樁身水平位移觀測點X1～X9，在三個活套圍護樁頂上布置12個樁身水平位移觀測點X10～X21，在7B列水泥土攪拌樁擋墻上布置6個位移觀測點X22～X27。測量數據初始值應連續進行兩次獨立測量，并取兩次觀測平均值作為變形測量初始值。在進行觀測時，一個觀測周期應在短時間內完成。不同的觀測周期采用相同的觀測方法、相同的觀測路線、相同的觀測網形等。

6 結語

1)天津天鐵連退機組深基坑工程較以往基坑有其復雜性:連退生產線呈狹長狀，周邊是一期建(構)筑物，基坑重要性為一級，基坑圍護結構不但要起到擋土的作用，還要起到對周邊建(構)筑物的保護作用。

2)天津天鐵連退機組深基坑支護，根據基礎的部位及埋深選擇了不同的支護類型。制定本施工方案時，從技術角度、安全角度、施工工期角度、經濟角度四個方面進行了論證，最終決定采用上述支護結構體系作為連退機組深基坑的圍護結構，同時采用了中國科學研究院研發的PKPM軟件對支護結構進行了多次驗算，為結構的選型找到了科學依據。實踐證明，天津天鐵連退機組深基坑支護施工方案的可行性，也為今后類似工程施工總結了很好的施工經驗。

［1］ 高大釗.深基坑工程［M］.第2版.北京:機械工業出版社，1999.

［2］ 趙志縉.簡明深基坑工程設計施工手冊［M］.北京:中國建筑工業出版社，2000.

［3］ JGJ 120-99，建筑基坑支護技術規程［S］.

［4］ GB 50330-2002，建筑邊坡工程技術規范［S］.