李海龙
河南省第一建筑工程集团有限责任公司(450014)
某厂锅炉房烟囱建于1980年,原高度为45m,其基础采用圆形钢筋混凝土承台,承台砌置深度约为2 m,承台持力层为褐黄色粉质粘土。2002年1月对现烟囱进行倾斜观测,发现烟囱的顶部向南、向东仍分别倾斜了436mm和48 mm,总倾斜值为438.6mm,倾斜率达到13.7‰,远超过规范规定的高耸建筑物容许倾斜率6‰的规定。现拟在该烟囱北侧约5m外建1幢地下1层、地上3~5层实验楼。在事先未查明该厂烟囱为濒危烟囱的情况下,原设计实验楼基础采用350mm×350mm×31m预制方桩加地梁承台,工程桩总数为196根。基坑围护结构采用Φ700mm×l2m水泥土搅拌桩挡墙。基坑开挖深3m,局部达到4m。施工前夕在得知该烟囱为濒危烟囱,如何在确保濒危烟囱安全的前提下,仍然采用原设计的预制混凝土方桩基础方案就显得十分重要了。
当该工程基础仍然采用预制混凝土方桩加地梁承台,基坑围护结构仍然采用水泥土搅拌桩挡墙时,对施工时影响实验楼南侧濒危烟囱安全的因素采用的防护措施有:
1)为尽可能消除压桩施工和搅拌桩喷浆产生的侧向挤土作用,首先在烟囱北侧埋设了一排孔隙水压力释放砂桩,砂桩呈三角形交错布置,间距1.0m,桩长15.5m。
2)合理安排压桩流水,严格控制压桩和搅拌桩施工速率,以便使压桩和搅拌桩施工过程中产生的超孔隙水压力能够得到均匀和及时释放。
3)在邻近濒危烟囱的基坑南侧水泥土搅拌桩挡墙中加插工字钢肋骨和工字钢斜撑,以减少基坑开挖时围护结构墙体的侧向位移变形和烟囱基础下深层土体失稳。
4)在烟囱周边事先建立了一个完整的四维空间监测预警系统,以便对施工过程进行全面监控,对可能出现的险情进行预测预报,以便及时指导和调整上述各类防护措施的实施。
按照上述防护对策方案,在实际施工过程中,先后于2003年3月~5月相继完成孔隙水压力释放砂桩、工程压桩、基坑围护结构搅拌桩、围护墙支撑及基坑开挖与地下室结构施工。施工过程中实行了严密监控和防护措施调整,监测结果表明:
1)在孔隙水压力释放砂桩施工期间,由于采取严格控制砂桩施工速度,并采用隔桩跳打方式,烟囱基础周边的垂直位移累变量一般均严格控制在-2~-1mm之内,其南北方向的差异沉降也均未超过-1 mm,并略向偏安全的北方倾斜变化3mm以上。
2)在工程桩压桩施工期间,由于采取时远时近分散压桩的的压桩流水并严格控制压桩速率,保持距烟囱1倍桩长范围内的压桩速率每天1~2根,使基坑南侧(烟囱北侧)砂桩对压桩挤土引起的超孔隙水压力得到及时释放。
3)在基坑围炉结构水泥土搅拌桩施工期间,由于施工时同样采取隔桩跳打的方法成桩,位于烟囱基础北侧10m深度的土层孔隙水压力虽略有升高,但消散时间极为短暂,一般只有30 h左右,表明搅拌桩施工时注浆引起的超孔隙水压力,不仅幅值较小,而且影响范围也相对局限。与此同时,位于烟囱北侧的CX1孔深层土体在注浆挤土作用下,处于5~15m深度间的深层土体虽继续向南水平位移,其最大水平位移累变量虽也一度最高达-33mm左右,但后期当孔隙水压力得到消散后,又很快回弹到-22mm左右。而该孔5m 深度以上的浅层土体由于烟囱基础的顶限作用,其水平位移累变量最大时曾一度达到-10mm左右,但后期一般都均回弹到原有的平衡位置。致于位于烟囱基础西北侧的CX2孔,在搅拌桩注浆挤土作用下,处于4~12m深度间的深层土体在施工中期其最大向南方向水平位移累变量虽也一度高达-23 mm,但在后期随注浆超孔隙水压力的消散也均有明显回弹。正因为如此,在此阶段,烟囱基础的垂直位移变形,实际上并未表现为明显的上隆,反而出现最大-5 mm的沉降,且北侧沉降略大于南侧。与此同时,烟囱也相应向北回倾10mm左右。也就是说,在此阶段后期,该烟囱实际上不仅没有继续向南倾斜变化,反而开始逐步向北回倾。
4)在基坑开挖和地下室结构施工期间,由于基坑挖土的侧向卸荷作用,位于烟囱北侧CXl、CX2孔处的深层土体随即出现明显的向北回弹,其最大回弹幅度可分别高达5mm和10mm 左右。与此同时烟囱基础也相应出现明显的沉降变形,其南北两侧的最大沉降位移累变量最终可分别高达-6 mm和-12mm,南北差异沉降量也可高达-5mm左右。这样烟囱向北倾斜回弹幅度最终也可达-21mm左右。表明施工结束后,烟囱的倾斜值较施工前不仅未加大,而且反而向安全方向略有回弹。
综上所述,在本工程基础施工过程中采用合理防护措施,对施工过程进行严密监控,严格实行信息化监测施工,不仅有效地确保某厂濒危烟囱仍然处于原有的变形状态,而且还使该烟囱向东南方向的倾斜变形略有减小,并重新处于新的相对稳定状态。同时在确保实验楼施工能够按原定计划完成的基础上,取得了良好的经济技术效益。