孫 艷
山東華魯恒升化工股份有限公司 山東德州 253024
某化工廠新上50萬t/a乙二醇項(xiàng)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(gè)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。基坑北側(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?;幽蟼?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。基坑西側(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
在項(xiàng)目實(shí)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(diǎn),找出施工重點(diǎn)和難點(diǎn),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(jì)算確定合理支撐結(jié)構(gòu)布置。
(2)工程計(jì)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(shí),雨水下滲容易引起基坑變形,加大了施工風(fēng)險(xiǎn)。因此,施工時(shí)應(yīng)加快進(jìn)度,縮短項(xiàng)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。
鋼板樁支護(hù)設(shè)計(jì)方案采用15m長拉森鋼板樁加兩層圍檁支撐,方案實(shí)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(jì)方案,加快施工進(jìn)度,經(jīng)與設(shè)計(jì)及總包單位溝通,將本工程鋼板樁支護(hù)設(shè)計(jì)和施工單獨(dú)招標(biāo),選定設(shè)計(jì)施工聯(lián)合體中標(biāo)單位,并將原招標(biāo)價(jià)由90.3萬元調(diào)整至83.8萬元,節(jié)省了項(xiàng)目投資。
圖2 鋼板樁支護(hù)模型
項(xiàng)目實(shí)施前期組織鋼板樁設(shè)計(jì)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(jì)算分析和方案比較,將原基坑設(shè)計(jì)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。
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(yàn)合格后采用長臂挖掘機(jī)液壓振動(dòng)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
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(shí)間不應(yīng)少于7d。
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(shí)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。
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(diǎn)構(gòu)造圖,經(jīng)設(shè)計(jì)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。
因該項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)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(xiàng)目鋼板樁打拔采用振動(dòng)法施工,地表振動(dòng)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(xiàng)目實(shí)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。
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(jì)方案,將原設(shè)計(jì)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(yàn)確定施工方案?;靥顣r(shí),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(dòng)棒震動(dòng),以保證密實(shí)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。
圍堰內(nèi)支撐拆除完成并回填壓實(shí)后,進(jìn)行拔樁施工。鋼板樁拔出時(shí)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(shí)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。
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(xiàng)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(jì)、施工單位;改進(jìn)設(shè)計(jì)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(diǎn),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(dòng)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(diǎn),進(jìn)行施工工藝改進(jìn)和創(chuàng)新。