大型钢厂连退机组深基坑支护施工技术

刘宝生 韩香宏 朱忠来

(天津二十冶建设有限公司，天津 300301)

0 引言

随着科学技术的飞速发展，建筑业施工技术水平的不断提高，建(构)筑物在向高、深发展。多层建筑物及高层建筑物的地下室、地下车库、地铁车站等工程施工，都会面临着深基坑工程。尤其是深基坑周边紧邻道路、地下管线、建(构)筑物时，深基坑支护对保护周边环境的稳定性显得尤为重要。本文就天津天铁连退机组深基坑支护施工技术进行总结。

1 工程概况

1)天津天铁连退生产线工程，位于一期热镀锌主厂房的南侧，南北两侧紧邻厂区道路冷轧南一路和冷轧南二路。基坑边距马路路缘石最近处为3.2 m，距一期热镀锌厂房最近处为13.7 m。连退机组设备基础中出口活套、中间活套和入口活套，基础埋深均较深，其中出口活套最深处为－12.5 m，主厂房柱基础埋深达－8.2 m。基坑开挖面积大，跨度大，支护难度大;基坑开挖深度深，土方量大，基坑开挖难度大;南侧紧邻厂区道路，北侧紧邻一期生产厂房，已有建(构)筑物对土体位移敏感程度较高，属一级基坑。

2)工程所在地，历史上属于退海之地，属于华北平原东部滨海平原地貌，属海相与陆相交互沉积地层，属典型的滨海软土地基。基坑开挖土体以淤泥质粘土为主，土体含水率高，透水性能差，给基坑降水和基坑支护带来很大难度。选取基坑内某钻孔固结排水剪试验揭示各层岩土物理力学指标如表1所示，作为基坑支护模型验算的重要参数。

表1 岩土物理力学指标

2 深基坑支护方案的选型

1)根据基坑开挖深度和周边环境限制，结合一期厂房深基坑施工经验，本着安全稳定，经济合理的原则，采取了组合式支护方式，是连退机组深基坑支护的一大特点。

2)连退机组深基坑支护，采用灌注桩作为基坑围护桩，灌注桩外采用水泥土搅拌桩做止水帷幕，灌注桩顶设置钢筋混凝土冠梁，增强单排悬臂灌注桩的整体稳定性;三个活套坑最深，采取了坑中坑的支护方式:灌注桩做围护桩，水泥土搅拌桩做止水帷幕，钢环梁加对顶钢支撑构成支撑体系;基础标高存在高差的基坑采用水泥土重力式挡土墙进行维护，局部无法灌注桩施工的部位采用了钢板桩拉锚支护的形式。

3)连退机组深基坑具体支护形式为:基坑北侧为了保护冷轧南一路和一期热镀锌主厂房及附属构筑物，支护体系采用了灌注桩(上加钢筋混凝土冠梁)+止水帷幕+水泥土搅拌桩暗墩的形式;基坑南侧，为了保护冷轧南二路，支护体系采用了水泥土重力式挡土墙+水泥土搅拌桩(暗墩)的支护形式;三个活套(出口活套、中间活套、入口活套)基坑支护体系采用了灌注桩+对顶钢支撑+止水帷幕的支护形式;电气室南侧支护体系采用了灌注桩(上加钢筋混凝土冠梁)+止水帷幕的支护形式;入口步进梁西侧支护采用了工字钢桩拉锚支护形式。

4)基坑降水的目的是为了保证基坑开挖时，基坑内有一个良好的施工环境，便于机械作业，更重要的是保证基坑支护体系的稳定。连退机组深基坑工程中，采取了基坑内管井降水的方法，根据基坑底控制水位标高和土体渗透系数等设计降水井的深度和数量。围护桩周边设置止水帷幕，其目的是将基坑外侧的地下水挡在基坑外侧，避免因基坑大面积降水造成基坑周边地面的沉降，要求水泥土搅拌桩的深度能起到阻止基坑外侧地下水进入基坑内侧。

3 深基坑支护技术的主要施工方法

3.1 灌注桩(上加混凝土冠梁)+止水帷幕+搅拌桩暗墩的施工技术与方法

1)连退生产线主厂房柱基础，基础底标高－6.6 m，紧邻厂区道路，无法进行放坡施工，采用了泥浆护壁钻孔灌注桩做围护结构，灌注桩桩径1 m，桩顶面标高－2.0 m，桩间距1.2 m，1.3 m和1.4 m，间距不等，桩长18 m;灌注桩上做钢筋混凝土冠梁，截面积为1 m×0.8 m;灌注桩外侧用φ700水泥土搅拌桩做止水帷幕，桩间咬合200 mm，桩顶标高为－0.5 m，底标高为－15 m。

2)桩配筋:灌注桩主筋采用32φ25螺纹钢，箍筋φ8@200，加强筋φ20@2 000，上部钢筋锚入冠梁750 mm。冠梁混凝土强度等级为C30，灌注桩混凝土强度等级为C25。冠梁两侧各配置主筋7φ25螺纹钢，上下各配置主筋9φ25螺纹钢，箍筋均为φ8@200，均为四肢箍，钢筋保护层厚度为50 mm。

3)考虑深基坑北侧为一期主厂房，为控制支护桩的位移量，降低对北侧道路和一期主厂房的影响，在基坑内侧沿支护桩设置水泥搅拌桩暗墩对被动区土体进行加固，暗墩的搅拌桩直径0.7 m，桩顶标高为－5 m，加固深度9 m;水泥土搅拌桩采用普通硅酸盐32.5水泥，水泥掺量为14%(266 kg/m3)。

3.2 灌注桩+对撑钢支撑+止水帷幕的施工技术与方法

1)连退机组，施工难度最大的是三个活套(其中出口活套最深处为－12.5 m)，基坑形状不规则，坑底标高较多，基坑围护结构采用了灌注桩做支护桩，H型钢做钢环梁，螺旋焊管做对顶支撑，基坑外侧用水泥土搅拌桩做止水帷幕的支护形式。灌注桩的施工质量，钢环梁以及对顶支撑的焊接质量等是施工质量控制的关键点。施工现场焊接钢支撑见图1。

图1 施工现场焊接钢支撑

2)三个活套基坑围护桩采用泥浆护壁钻孔灌注桩+对顶钢支撑+止水帷幕，灌注桩桩径为0.8 m，间距1 m，桩长为19.3 m，桩顶标高为－5.7 m，灌注桩超灌量为500 mm;对顶钢支撑体系采用了400×400×13×21的H型钢做环梁，φ503×10的螺旋焊管做对顶支撑，钢管间距4 m，焊管中心标高－6 m。灌注桩主筋16φ25螺纹钢，箍筋φ8@200，加强筋φ20@2 000，钢筋保护层厚度为50 mm。

3)在施工灌注桩时，在钢筋笼－6.0 m～－6.8 m处提前设置0.2 m×0.8 m的埋件。钢支撑焊接前人工将埋件表面混凝土凿掉，埋件上焊接托架，托架采用［20槽钢加工制作，托架顶面标高－6.4 m;托架上安放400×400×13×21的H型钢做环梁，环梁要保持水平，要与灌注桩靠牢，为解决灌注桩施工位置存在偏差，在施工时环梁与灌注桩之间存在缝隙较大的部位焊接了T形钢;环梁焊好后，焊接对顶支撑和角支撑，对顶支撑杆件采用φ503× 10的螺旋焊管，角支撑采用400×400×13×21的H型钢，支撑杆件两端与环梁靠牢焊接在一起，同时在支撑杆件每端加焊4块14 mm的钢板加工成的200 mm×300 mm的加强肋板。

3.3 工字钢桩拉锚支护施工技术与方法

1)入口步进梁基础西侧采用了工字钢桩拉锚支护的方式。支护桩为Ⅰ40c×12 m工字钢，桩间距为500 mm，桩顶标高为－0.5 m;在基坑侧支护桩上每隔3 m焊接一个500 mm长的托架，托架顶面标高为 －1.0 m，托架由［20槽钢加工制作，长500 mm;托架上焊接连梁，连梁采用H400×300型钢，连梁要与支护桩靠牢，缝隙大的区域用钢筋头或钢板塞住焊牢，连梁要保持水平;为了防止连梁产生侧翻，每隔3 m在连梁上与支护桩之间焊接一夹板，夹板采用10 mm钢板加工制作。

2)锚桩为Ⅰ40c×12 m工字钢，桩间距为1.5 m，桩顶标高为－0.5 m;其他结构及焊接要求均同前排支护桩。

3)拉杆采用H200×200型钢，拉杆长度为18.6 m和23.2 m，拉杆间距3.5 m。拉杆两端与连梁焊接在一起，拉杆中心与连梁中心相平，两侧翼缘板与连梁翼缘板之间加焊加强肋板，加强肋板尺寸为350 mm×350 mm，板厚10 mm;拉杆连接处在两翼缘板及腹板加焊10 mm厚的连接钢板，连接板与H型钢连接处满焊。

3.4 水泥土重力式挡墙支护施工技术与方法

1)7B列柱基础承台底标高－6.6 m和－7.1 m，柱基础承台南侧为连退电气室和公辅设施基础，柱基础承台和连退电气室以及公辅设施基础施工存在先后顺序，故7B列柱基础承台采用了水泥土重力式挡墙做围护结构。

2)水泥土重力式挡土墙施工中采用8排直径700 mm的搅拌桩相互搭接搅拌，呈格构状，墙宽4.2 m，桩间相互咬合200 mm，桩顶标高－2.5 m，桩底标高－16.5 m。水泥采用普通硅酸盐水泥32.5，水泥掺量14%(266 kg/m3)。

4 基坑降水施工技术

1)天津市滨海地区，地下水位高，土体含水量大，降水施工往往决定着深基坑施工能否顺利进行。在天津天铁连退机组深基坑施工中，我们把基坑降水放到了很重要的位置。根据地质勘探资料，施工区域地下土体大部分为饱和土，土体渗透系数较小，经方案比选，采用了管井降水方式。管井具有易于施工，对现场条件要求低，施工周期短，投入少，机具易于组织施工的特点。管井内径500 mm，井深18 m。管井布置:分别在基坑内布置35口管井，在入口、中间活套内布置2口管井，在出口活套内布置1口管井，总计40口管井。

2)在基坑降水施工中，一部分管井，与支护桩(灌注桩、水泥土搅拌桩)施工不发生冲突的，和支护桩施工同时进行，个别管井在支护桩施工完后进行施工。支护桩施工完后，开始管井降水，根据该地区土体渗透系数小的特点，降水施工在基坑开挖前1个月进行。管井降水，施工班组每天做好观测记录，同时注意降水对周边环境的影响。

3)基坑降水方案的实施，起到了基坑降水的作用和目的。随着地下水位的不断下降，土体固结，提高了基坑内地基承载力，对支护桩的位移起到了很好的抑制作用。

5 基坑监测

1)连退生产线深基坑工程，周边环境复杂，周边建(构)筑物对土体位移和沉降变化敏感，基坑监测工作显得尤为重要。

2)基坑监测观测区为薄板厂7区连退生产线工程基坑周边，主要为了观测在施工过程中，由于土方开挖及降水等引起局部沉降和位移，并为其提供预警。根据要求，设定监测报警值:水塔垂直度为筒高万分之五，建筑物垂直度为总高千分之五;道路沉降量20 mm，桩顶位移量30 mm，变化速率大于3 mm/d。监测采用的是相对坐标系，已知控制点为H01，H02，H03，H04及甲方办公楼前的高程控制点A01。根据工程特点及要求等条件，变形监测的等级为二级。

3)基坑监测共设置25个沉降观测点和27个位移观测点，在冷轧南一路的南侧布置8个道路沉降观测点W1～W8，在冷轧南二路的北侧布置7个道路沉降观测点W9～W15，在热镀锌工程附属建筑物上布置10个建筑物观测点B1～B10，在7A围护结构的冠梁上布置9个桩身水平位移观测点X1～X9，在三个活套围护桩顶上布置12个桩身水平位移观测点X10～X21，在7B列水泥土搅拌桩挡墙上布置6个位移观测点X22～X27。测量数据初始值应连续进行两次独立测量，并取两次观测平均值作为变形测量初始值。在进行观测时，一个观测周期应在短时间内完成。不同的观测周期采用相同的观测方法、相同的观测路线、相同的观测网形等。

6 结语

1)天津天铁连退机组深基坑工程较以往基坑有其复杂性:连退生产线呈狭长状，周边是一期建(构)筑物，基坑重要性为一级，基坑围护结构不但要起到挡土的作用，还要起到对周边建(构)筑物的保护作用。

2)天津天铁连退机组深基坑支护，根据基础的部位及埋深选择了不同的支护类型。制定本施工方案时，从技术角度、安全角度、施工工期角度、经济角度四个方面进行了论证，最终决定采用上述支护结构体系作为连退机组深基坑的围护结构，同时采用了中国科学研究院研发的PKPM软件对支护结构进行了多次验算，为结构的选型找到了科学依据。实践证明，天津天铁连退机组深基坑支护施工方案的可行性，也为今后类似工程施工总结了很好的施工经验。

［1］ 高大钊.深基坑工程［M］.第2版.北京:机械工业出版社，1999.

［2］ 赵志缙.简明深基坑工程设计施工手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，2000.

［3］ JGJ 120-99，建筑基坑支护技术规程［S］.

［4］ GB 50330-2002，建筑边坡工程技术规范［S］.