王 蕾 （安徽省公路橋梁工程有限公司，安徽 合肥 230000）

1 引言

隨著電子集成工業(yè)化水平的不斷發(fā)展，一些特大電子集成項(xiàng)目陸續(xù)投入建設(shè)，同時(shí)也面臨著前期項(xiàng)目的生產(chǎn)工藝改造轉(zhuǎn)型和在既有周邊建筑物條件下施工新建附加廠房的施工需求。由于電子集成生產(chǎn)的特殊性，廠區(qū)施工的周邊環(huán)境也逐漸變得更加復(fù)雜，因此也對施工工藝及施工安全提出了更高要求。

鋼板樁可以通過鎖扣或鉗口互相連接咬合，組成具有擋土和擋水的連續(xù)鋼板樁墻。其施工占用空間小，可以與基坑內(nèi)鋼支撐和立柱支撐組成合理的傳力體系，有效抵抗水、土壓力以減小基坑施工對周邊及既有建構(gòu)筑物的影響，并保持周邊地層穩(wěn)定，無須放坡施工，確保在周邊既有建筑物存在的條件下安全施工基坑工程[1]。

本文以舒城縣杭埠鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)精卓光顯技術(shù)有限公司二期項(xiàng)目廠區(qū)為例，在廠區(qū)內(nèi)存在既有生產(chǎn)電子廠房的條件下，利用鋼板樁施工新廠房基坑工程，對鋼板樁進(jìn)行內(nèi)力分析，并計(jì)算基坑周邊沉降。通過對基坑施工進(jìn)行沉降檢測，驗(yàn)證鋼板樁與基坑內(nèi)支撐相互配合可在既有周邊建構(gòu)筑物條件下取得良好的施工效果，詳細(xì)說明該工況下基坑施工方案的主要內(nèi)容，可為類似基坑施工提供一定的參考價(jià)值。

2 工程概況

擬施工基坑位于六安市舒城縣杭埠鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)精卓光顯項(xiàng)目二期廠區(qū)內(nèi)，由于生產(chǎn)工藝變更，廠區(qū)內(nèi)需新建一座污水處理站。污水處理站基坑面積約3600m2，延米周長約340m，計(jì)算挖深5.80m，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)安全等級為二級。擬建場地為空地，左側(cè)為化學(xué)品倉庫，后方為生產(chǎn)廠房。根據(jù)基坑周邊環(huán)境條件，同時(shí)考慮基坑施工過程中施工機(jī)械的行走線路，通過計(jì)算土方車輛、混凝土罐車、裝載機(jī)和反鏟挖機(jī)等常用機(jī)械的等效荷載以及鋼筋、砂、碎石等建筑材料堆放的等效荷載，并考慮各種荷載的組合效應(yīng)，確定基坑超載按均布20kPa計(jì)。

圖1 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)平面布置圖

3 支護(hù)施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 鋼板樁施工技術(shù)要求

進(jìn)場使用前應(yīng)對鋼板樁應(yīng)進(jìn)行外觀和材質(zhì)檢驗(yàn)，并對樁身垂直度進(jìn)行檢查，經(jīng)檢驗(yàn)合格的鋼板樁方可投入使用，鋼板樁在存放時(shí)應(yīng)采取有效的防護(hù)措施，防止鋼板樁碰撞。錘擊法沉樁時(shí)，應(yīng)采用重錘低擊并設(shè)置樁帽樁墊，鋼板樁平面轉(zhuǎn)角處應(yīng)加強(qiáng)處理，施工前應(yīng)對鋼板樁的垂直度進(jìn)行復(fù)核。定位樁應(yīng)先行施工，對導(dǎo)向型鋼進(jìn)行固定，采用屏風(fēng)沉樁法對鋼板樁的收尾閉合處進(jìn)行封閉，防止鋼板樁接縫處滲漏。可以在開口處打設(shè)附加樁，確保其緊貼主樁，有效防止收口處無法咬合，并可以形成有效閉口。定位樁定位偏差不得超過5cm，成樁垂直度偏差不超過1/100[2]。插入前應(yīng)在鋼板樁表面涂抹減摩劑，減小與土體間的摩阻力，鋼板樁在坑內(nèi)應(yīng)采用油毛氈將其與坑內(nèi)結(jié)構(gòu)隔離。同時(shí)需考慮拔除鋼板樁對周邊的管線、道路及建構(gòu)筑物等的不利影響。

3.2 鋼支撐施工技術(shù)要求

鋼支撐施工前必須詳細(xì)閱讀節(jié)點(diǎn)構(gòu)造圖，支撐安裝應(yīng)采用開槽架設(shè)。在基坑圍檁支撐點(diǎn)附近進(jìn)行鋼圍檁的現(xiàn)場拼接，以減少拼接變形。確保圍檁的分段預(yù)制長度不大于支撐間距的2 倍；鋼支撐與鋼圍檁采用焊接連接。對所有鋼構(gòu)件的外觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，對于外觀有缺陷的構(gòu)件進(jìn)行更換，確保構(gòu)件挺直、平整。支撐構(gòu)件安裝完畢后，對構(gòu)件各節(jié)點(diǎn)的連接狀況進(jìn)行復(fù)核檢查。鋼支撐安裝經(jīng)驗(yàn)收合格后方可開挖下一層土。

圖2 基坑維護(hù)結(jié)構(gòu)立面圖

4 基坑支護(hù)方案

綜合考慮本工程的工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、基坑開挖深度及面積、基坑周邊環(huán)境對基坑變形的承受能力及支護(hù)結(jié)構(gòu)失效的后果、支護(hù)結(jié)構(gòu)施工工藝的可行性、施工場地條件及季節(jié)條件、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、環(huán)保性能和施工工期等因素，并結(jié)合國內(nèi)類似項(xiàng)目的大量深基坑工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，本工程基坑采用鋼板樁支護(hù)，內(nèi)設(shè)置型鋼支撐[3]?；觾?nèi)均布置降水管井，降水井采用Φ360 成品混凝土管井，井深12～14m。鋼板樁采用熱軋U 型SP-U400×170×15.5 鋼板樁，鋼板樁長15.0m，支撐采用雙拼HW400×400×13×21 型鋼支撐，立柱采用H400×400×13×21 型鋼立柱樁，型鋼牌號均為Q235B。

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)施工順序?yàn)殇摪鍢都颁撝问┕ぁ_挖鋼板樁維護(hù)范圍內(nèi)土方至坑底→及時(shí)施作墊層、底板→施工地下室側(cè)墻→切割鋼支撐→地下室外墻與鋼板樁間土方回填壓實(shí)后拔出鋼板樁→拔出空隙注漿填充[4]。

表1 工況信息表

4.1 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件

擬建場地地下水類型為上層滯水和潛水。上層滯水主要賦存于①層耕填土層中，無自由穩(wěn)定水面，主要補(bǔ)給來源為大氣降水，地下水位隨季節(jié)變化，主要以蒸發(fā)方式排泄，并受地表水徑流影響。潛水主要賦存于②層粉質(zhì)黏土、③層粉土夾粉細(xì)砂、④層粉細(xì)砂、⑤層中粗砂夾礫石層中，主要以側(cè)向徑流方式補(bǔ)給和排泄?？碧狡陂g測得混合地下水位（靜止）埋深為0.30～1.60m，靜止水位標(biāo)高為7.67～8.14m。

表2 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)一覽表

本基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)安全等級為二級，γ0＝1.0。

土壓力計(jì)算，按朗肯土壓力計(jì)算理論作為土側(cè)向壓力設(shè)計(jì)計(jì)算的依據(jù)，即：

主動土壓力系數(shù)ka＝tg2（45°-φ/2），被動土壓力系數(shù)kp＝tg2（45°+φ/2）。

主動土在開挖面之下水土合算取三角形壓力，計(jì)算中不考慮樁土間的摩擦力。

4.2 內(nèi)力計(jì)算

基坑側(cè)壁安全等級為二級，基坑重要性系數(shù)為1.0?？油獾孛鏄?biāo)高-3.00m，承臺墊層底標(biāo)高為-8.70m，計(jì)算挖深為5.70m，采用鋼板樁加一道型鋼支撐支護(hù)。地面外附加荷載q0=20kPa。施工工況如圖3所示。

圖3 基坑工況施工順序圖

圖4 基坑穩(wěn)定計(jì)算示意圖

圖5 工況1內(nèi)力位移包絡(luò)圖

圖6 工況2內(nèi)力位移包絡(luò)圖

圖7 工況3內(nèi)力位移包絡(luò)圖

圖8 工況4內(nèi)力位移包絡(luò)圖

圖9 基坑監(jiān)測曲線圖

①截面驗(yàn)算

基坑內(nèi)側(cè)抗彎驗(yàn)算（不考慮軸力）：

基坑外側(cè)抗彎驗(yàn)算（不考慮軸力）：

式中：σwai—基坑外側(cè)最大彎矩處的正應(yīng)力（MPa）；σnei—基坑內(nèi)側(cè)最大彎矩處的正應(yīng)力（MPa）；Mw—基坑外側(cè)最大彎矩設(shè)計(jì)值（kN·m）；Mn—基坑內(nèi)側(cè)最大彎矩設(shè)計(jì)值（kN·m）；Wx—鋼材對x 軸的凈截面模量（m3）；f—鋼材的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（MPa）。

基坑穩(wěn)定性計(jì)算方法為瑞典條分法，應(yīng)力狀態(tài)為總應(yīng)力法，條分法中的土條寬度為1.00m。

②滑裂面數(shù)據(jù)

圓弧半徑R=11.916m、圓心坐標(biāo)X=-1.514m、圓心坐標(biāo)Y=5.462m，整體穩(wěn)定安全系數(shù)Ks=2.266＞1.30，滿足規(guī)范要求。

③抗傾覆（踢腳破壞）穩(wěn)定性驗(yàn)算

式中：∑MEp—被動區(qū)抗傾覆作用力矩總和（kN·m/m）；∑MEa—主動區(qū)傾覆作用力矩總和（kN·m/m）；Kt—帶支撐樁、墻式支護(hù)抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)，取Kt≥1.200。

工況1：此工況不進(jìn)行抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算。

工況2：Kt=21720.101/6491.222=3.346＞1.200，滿足規(guī)范要求。

工況3：Kt=8140.599/6491.222=1.254＞1.200，滿足規(guī)范要求。

工況4：已存在剛性鉸，此后工況均不進(jìn)行抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算。

安全系數(shù)最小的工況號為工況3。最小安全Kt=1.254＞1.200，滿足規(guī)范抗傾覆要求。

5 基坑監(jiān)測

該基坑開挖過程中需持續(xù)對開挖影響范圍內(nèi)的建構(gòu)筑物以及基坑內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行沉降和位移監(jiān)測。具體監(jiān)測內(nèi)容見表3，并按照基坑監(jiān)測方案布置相關(guān)檢測設(shè)備及電子信號傳輸設(shè)備。原始水準(zhǔn)點(diǎn)及坐標(biāo)點(diǎn)布置于可長期保存的堅(jiān)固位置，以便于對基坑進(jìn)行長期持續(xù)的變形檢測，保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

表3 基坑支護(hù)監(jiān)測內(nèi)容

按照基坑檢測方案要求，在每一個(gè)測區(qū)布置不少于3 個(gè)監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)[5]。對各測試項(xiàng)目在基坑土方開挖前，持續(xù)采集3 次初始數(shù)據(jù)，并取其平均值以保證初始數(shù)據(jù)科學(xué)準(zhǔn)確。監(jiān)測報(bào)警界限見表4。

表4 基坑監(jiān)測報(bào)警界限值

由監(jiān)測沉降曲線圖可以看出，各個(gè)工況下鋼板樁變形均較小。實(shí)測值與理論值基本相符，沉降最大出現(xiàn)在基坑最近處（即鋼板樁頂部）。最大沉降量滿足規(guī)范要求，基坑沉降變形在安全范圍以內(nèi)。

6 結(jié)論

本文結(jié)合工程實(shí)例，實(shí)踐了鋼板樁及型鋼內(nèi)支撐支護(hù)技術(shù)在周邊存在既有建筑物施工條件下，施工基坑工程能取得良好的支護(hù)效果。由于該基坑施工情況復(fù)雜，周邊存在較多影響施工安全的因素，尤其是在周圍既有建筑正在使用的限制條件之下，任何因素疊加起來都會對該基坑的安全施工造成嚴(yán)重的影響。該基坑工程利用鋼板樁維護(hù)施工速度快、對周邊環(huán)境影響小、強(qiáng)度高、占地空間小、可重復(fù)利用的優(yōu)點(diǎn)，成功在既有建筑物周邊進(jìn)行了新建基坑施工并且保證了基坑開挖及地下建構(gòu)筑物施工的安全。對于施工條件復(fù)雜、開挖深度超過5m 的深基坑，結(jié)合基坑內(nèi)井點(diǎn)降水，通過在基坑開挖過程中持續(xù)降水，保持基坑內(nèi)側(cè)水位始終低于基坑底面以下1.0 m，并通過鋼板樁＋鋼圍檁＋內(nèi)支撐三種支撐相互結(jié)合的支護(hù)方式，利用持續(xù)基坑變形及位移監(jiān)測，確保基坑及地下建構(gòu)筑物在施工期間的安全，同時(shí)該方案的造價(jià)合理且順利通過專家論證，該方案具有一定的參考價(jià)值。