既有廠房設備基礎深基坑支護案例探討

許亞東

(鎮江市建設工程施工圖審查中心，江蘇 鎮江 212000)

1 工程概況

某投產運營廠房項目為進一步滿足產能擴容需要，決定廢棄38軸與C軸線交叉位置附近原有設備C，在38～40軸與C～D軸原廠房地坪位置新建設備A、B及D，設備D為新建鑄造機，鑄造機基礎基坑位于廠房C～D軸與39～40軸位置，基坑平面布置見圖1。

圖1 基坑平面布置圖

本項目室內地坪為建筑標高±0.000。新建設備A、B基坑深度為5.0 m，設備D新建鑄造機基礎底板墊層底標高-15.10 m，長約20 m，寬約10 m，基坑周長約60 m，基坑面積約200 m2。新建設備基礎施工期間，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，承臺采用預制方樁基礎，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 場地工程地質條件

2.1 場地巖土工程地質特征

根據巖土工程勘察報告資料，基坑處于ZK125孔位置，對應地勘孔如圖2所示。

圖2 基坑位置地質剖面

開挖涉及土層描述如下。①素填土層：黃褐色、灰褐色，主要由粉質黏土組成，為新近回填，呈稍濕、松散～稍密狀態。②1粉質黏土：灰褐色、灰黃色，局部夾粉土，具輕微搖振反應，稍有光澤反應，干強度中等，韌性中等。呈濕～飽和、可塑狀態，局部為軟塑狀態。②2粉質黏土：灰色、灰黑色，含有機質及腐殖質，略具臭味，局部夾粉土，有搖振反應，稍有光澤反應，干強度中等偏低，韌性差。呈飽和、流塑～軟塑狀態。③粉質黏土：黃褐色、褐黃色，含鐵錳質氧化物結核及灰白色高嶺土團塊，無搖振反應，切面光滑，干強度及韌性中等偏高。呈濕～飽和、可塑狀態。④粉質黏土：褐黃色、青灰色，含鐵錳質氧化物結核及灰白色高嶺土團塊，無搖振反應，切面光滑，干強度及韌性高。呈濕～飽和、硬塑狀態。

坑底主要位于②2粉質黏土層和③粉質黏土層。

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1.00～2.50 m，24 h測得穩定水位為1.0～1.70 m。基坑支護設計按地表下1.0 m考慮地下水位埋深。

2.3 相關巖土參數

根據勘察報告，基坑支護設計相關土層計算參數如表1所示。

表1 土層物理力學參數

3 基坑支護方案設計

3.1 本基坑工程特點

1)基坑規模較小，面積約200 m2，但開挖深度較大，達到15.10 m。

2)場地地質條件較復雜，上部存在較厚填土層，厚度約4 m，開挖邊坡易失穩。另外，本基坑處于古沖溝位置，坑底附近存在②2粉質黏土層，局部夾粉土，流塑～軟塑狀態，且含有機質及腐殖質，該層物理力學性質較差，基坑開挖后易導致周邊較大變形，坑底土層隆起破壞等現象。

3)周邊環境相對較復雜，基坑在已建廠房內部施工，需考慮對臨近承臺的保護，既有承臺工程樁為預制方樁，若基坑開挖導致周邊較大變形，工程樁易斷裂，危及廠房安全。

4)設備基礎地下結構非常規，需要較大的凈空間，層高較大，若采取支撐結構體系，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境的要求，在滿足地下結構土建施工及確保周圍環境安全可靠的前提下，盡量達到既經濟合理，又方便施工并提高施工質量。

此次基坑支護設計遵循的主要原則如下。

1)根據本工程的實際情況和周圍環境條件，在充分分析、研究擬建場地周圍工程地質資料的基礎上，結合本工程的具體特點和類似工程經驗，按照現行有效規范、規程、規定及標準的有關條文要求，精心設計，力求科學、經濟、合理。

2)保證圍護結構及周邊環境的安全。

3)在保證安全的前提下，重點突出圍護結構快(縮短工期)、省(節約造價)、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的平衡點。

3.3 支護方案選型

常用支護結構形式主要有自然放坡掛網噴漿、土釘墻、鉆孔灌注樁加支撐、鋼板樁+支撐支護等[1-3]。結合本基坑工程特點，對上述支護結構用于本項目的安全性、經濟性及施工便捷等方面分析如下。

1)SMW工法+內支撐。SMW工法亦稱勁性水泥土攪拌樁法，即在水泥土樁內插入H型鋼等，將承受荷載與防滲擋水結合起來，使之成為同時具有受力與抗滲兩種功能的支護結構的圍護墻。本工程由于在已建廠房內部施工，對凈空要求較高，SMW工法施工設備三軸深攪及型鋼吊裝缺乏施工空間，難以實施。

2)地下連續墻。地下連續墻剛度大，止水效果好，是支護結構中最強的支護型式，適用于地質條件差和復雜，基坑深度大，周邊環境要求較高的基坑，但是造價較高，施工要求專用設備[4]。本基坑支護采用地下連續墻費用要相對較高，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構形式，可考慮頂部適當放坡，底部采用鉆孔灌注樁+一道混凝土支撐支護+兩道型鋼支撐，地下結構底板澆筑至支護結構邊，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護時間，縮短工期。工程造價較SMW工法略高，比地下連續墻便宜。

綜上所述，本次設計確定主要采用鉆孔灌注樁+內支撐形式。

3.4 支護設計方案

通過理正深基坑設計軟件計算，最終確定采用如下支護形式。

基坑北側及東側按挖深15.10 m設計，頂部5 m范圍二級放坡卸土，坡面掛網噴漿處理；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。

基坑南側及西側考慮臨近設備基礎施工，先大面積卸土至-5.0 m，按挖深10.10 m設計，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部施工，受限于施工高度，本次基坑設計采用高壓旋噴樁樁止水，止水帷幕進行③層土不小于1 m，形成封閉止水。

降排水措施：坡腳設置明溝+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，必要時沖溝區增設輕型井點分層降水，井點管沿坑周布設。

支護結構平面布置及典型剖面分別如圖3～4所示。

圖3 支護結構平面布置圖

圖4 支護結構典型剖面

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，現場如圖5所示。目前，支護結構頂部位移最大值6 mm，深層水平位移最大值8 mm，滿足基坑安全要求。

圖5 深基坑開挖現場

4 結 論

1)既有廠房內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+內支撐支護結構形式可以有效控制支護結構變形，確保支護結構安全。

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、圍檁水平側向剛度，以及支撐支錨剛度、材料抗力等參數取值對支護結構受力計算結果影響較大，小尺寸基坑上述參數較大，可有效降低支護結構變形及內力，增強支護結構抵抗傾覆穩定性。

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