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(吉林省地礦勘察設(shè)計研究院,長春 130012)

1 工程概況

外用藥生產(chǎn)基地新建項目用地面積28 504.6 m2,建筑面積58 394.74 m2,由聯(lián)合廠房(地下1層、地上4層)、消防水池(地下1層、地上3層)、污水處理池(地下1層、地上2層)組成,詳見表1。

表1 基坑情況表

本工程基坑開挖深度為4.90～6.30 m,基坑開挖總面積約為16 025 m2,基坑支護結(jié)構(gòu)周長約778延米,屬于開挖深度較深、面積較大的基坑。東側(cè)圍墻外距離基坑邊8 m范圍有市政道路、電力電纜管、有線電視、通信及煤氣管道;北側(cè)有2幢已建4層廠房,對基坑有一定變形控制要求。結(jié)合本工程周邊環(huán)境情況和地質(zhì)條件等情況,基坑開挖深度4.90～6.30 m,基坑安全等級為三級;基坑周邊環(huán)境為三級。

2 基坑地層情況及地質(zhì)條件

2.1 地層情況

表2 基坑支護設(shè)計參數(shù)表

2.2 地下水

根據(jù)巖土工程勘察資料,承壓水最淺埋深為27.09 m,水位埋深約3.0～12.0 m。按最不利水頭埋深3.0 m計算,滿足承壓水抗突涌條件下的臨界挖深為13.00 m。基坑最大開挖深度為6.30 m,小于臨界挖深,因此本基坑開挖不存在承壓水突涌的可能[3]。

3 基坑支護結(jié)構(gòu)選型

本工程基坑開挖深度4.90～6.30 m,基坑安全等級為三級,基坑周邊環(huán)境為三級。結(jié)合本工程地質(zhì)條件、周邊環(huán)境等要素,選擇適合的基坑支護結(jié)構(gòu)形式[6-7]。

3.1 聯(lián)合廠房及消防水池基坑支護施工條件

聯(lián)合廠房地下結(jié)構(gòu)形狀為八邊形,此形狀相對四邊形更有利控制基坑變形。八個邊形成一個“八邊箍”,相互支撐,整體剛度強[9]。消防水池開挖深度較淺(4.9 m),基坑面積較小(約1000 m2),施工周期短,基坑暴露時間少,有利于基坑穩(wěn)定性控制。

聯(lián)合廠房及消防水池基坑部分開挖深度范圍內(nèi)有較厚建筑垃圾及雜填土等,應(yīng)考慮支護結(jié)構(gòu)止水效果,防止施工不當造成滲水[14]。

基坑周邊除東側(cè)臨時圍墻外有地下管線,其余三面均無建(構(gòu))筑物及道路、地下管線,對周邊環(huán)境的安全影響較小。

3.2 污水處理池基坑支護施工條件

污水處理池地下結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)底板為1 m厚的鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ),底板厚、剛度大,有助于基坑支護結(jié)構(gòu)換撐和穩(wěn)定。污水處理池由于基坑開挖深度較深,面積較小,邊長較短,且鄰近用地紅線,施工場地狹小。

本基坑除南面相鄰聯(lián)合廠房其他三面均無建(構(gòu))筑物及道路、地下管線,雖距聯(lián)合廠房距離較近(相距10 m),但是污水處理池基坑施工時,聯(lián)合廠房基坑施工已完成,故污水處理池基坑施工對周邊環(huán)境的安全影響較小。

關(guān)中地區(qū)春季獼猴桃開始嫁接的適宜時間：一是2月中下旬，也就是日平均氣溫0～5℃時；二是4月中上旬，氣溫達到10～15℃時。依照筆者的經(jīng)驗，一年之中，獼猴桃嫁接的最佳時間應(yīng)該是6月中上旬。這個時間段日平均氣溫在20℃左右，是植物生長的最佳溫度。另外，獼猴桃枝條營養(yǎng)從被動吸收 （上一年貯存的營養(yǎng)）轉(zhuǎn)入主動吸收（自己的葉片制造養(yǎng)分），營養(yǎng)條件和生長速度處于最佳狀態(tài)：此期嫁接比較理想。

3.3 基坑支護結(jié)構(gòu)形式選擇

通過以上分析并結(jié)合本項目實際工況,聯(lián)合廠房及消防水池可采用的基坑支護結(jié)構(gòu)形式有:土工法、放坡結(jié)合止水帷幕、雙軸攪拌樁重力壩及板式支護結(jié)合內(nèi)支撐。

3.3.1 聯(lián)合廠房及消防水池基坑支護結(jié)構(gòu)形式

聯(lián)合廠房及消防水池可選擇兩種基坑支護結(jié)構(gòu)形式:第一種是選用“土工法”(水泥攪拌樁內(nèi)插H型鋼)+豎向水平鋼支撐;第二種是選用水泥攪拌樁重力壩支護形式。第一種支護形式優(yōu)點是強度高、安全性好;缺點是造價高,大型機械施工安全要求高。第二種支護形式優(yōu)點是水泥攪拌樁壩體較寬,止水效果好同時不影響基坑周邊布置環(huán)通的臨時施工道路[8]。

經(jīng)分析論證,本聯(lián)合廠房及消防水池支護結(jié)構(gòu)選用雙軸攪拌樁重力壩的支護結(jié)構(gòu)形式。后經(jīng)施工驗證選用此支護結(jié)構(gòu)形式在安全、進度、效益等方面取得了較好的效果。

3.3.2 污水處理池基坑支護結(jié)構(gòu)形式

適合的基坑支護結(jié)構(gòu)形式:第一種是選用“土工法”(水泥攪拌樁內(nèi)插H型鋼)+豎向水平鋼支撐[10-11];第二種是選用水泥攪拌樁+拉森鋼板樁+豎向水平鋼支撐支護形式[2]。第一種支護形式優(yōu)點是強度高、安全性好,施工一次成型,避免二次進場施工;缺點是在基坑遵循“先大后小”、“先深后淺”基坑施工原則下,本基坑需聯(lián)合廠房基礎(chǔ)施工完成后才能開始施工,導(dǎo)致H型鋼需要增加4個月租賃費用,插入H型鋼數(shù)量大、周期長、租賃費用貴,大大增加了施工成本。第二種支護形式優(yōu)點是可以先施工止水的水泥攪拌樁,可與其他2個基坑支護的水泥攪拌樁一起施工,在污水處理基坑開挖前插拉森鋼板樁,縮短了拉森鋼板樁租賃時間,使得工程造價降低;缺點是基坑支護強度不如前者而且需要二次進場施工,經(jīng)驗算可以滿足本基坑安全穩(wěn)定性要求。

經(jīng)綜合考慮,本基坑支護結(jié)構(gòu)形式采用水泥攪拌樁+拉森鋼板樁+一道水平鋼支撐組合形式。后經(jīng)施工驗證選用此支護結(jié)構(gòu)形式在安全、進度、效益等方面取得了較好的效果。工期縮短了約1.5個月,僅H型鋼租賃費節(jié)約40萬元,創(chuàng)造了較好的效益。

4 基坑支護結(jié)構(gòu)計算

為了確保設(shè)計優(yōu)化后支護結(jié)構(gòu)體系安全性及可行性,需對設(shè)計優(yōu)化后的基坑支護結(jié)構(gòu)體系進行設(shè)計強度、剛度、穩(wěn)定性方面進行復(fù)核計算[13]。采用軟件FRWS 9.0進行計算。

4.1 聯(lián)合廠房安全計算

聯(lián)合廠房地下水位埋深0.5 m,工作荷載20 kPa。擋土墻類型為重力式水泥土墻,嵌入深度5.7 m,水泥土彈性模量300 MPa,容重19 kN/m3,攪拌樁樁徑0.7 m,攪拌樁搭接長度0.2 m。整體穩(wěn)定驗算見圖1。

圖1 聯(lián)合廠房基坑支護整體穩(wěn)定驗算示意圖Fig.1 Schematic diagram of overall stability of foundation pit support for a joint plant

由圖1可知:圓心(-0.96,-0.84),半徑12.92 m,滑動力702.4 kN/m,抗滑力1060.3 kN/m。擋土墻抗滑移系數(shù)K1=(504.7+237)/546.8≈1.36。

墻底抗隆起安全系數(shù)K2可按下式計算:

K2=(σpNq+cNc)/σa

(1)

式中:σp為豎向應(yīng)力標準值,Nq為地基土承載力,Nc為地基土極限承載力,c為坑底地基土粘聚力,σa為擋土墻主動土壓力。計算可得K2=1.87。

滲透穩(wěn)定性系數(shù)K3計算公式為

(2)

式中:Gs為土顆粒比重,e為土孔隙比,Δh為水頭差,d、h、b為結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)。計算可得K3=7.12。

4.2 污水處理池安全計算

污水池地下水埋深0.5 m,工作荷載20 kPa,擋土墻類型為型鋼水泥土攪拌墻,嵌入深度9.4 m,攪拌樁樁徑0.7 m,攪拌樁搭接長度0.2 m,型鋼鋼材牌號Q235;支撐深度1.4 m,剛度35 K(MN/m2),軸力35 kN/m,類型為內(nèi)支撐。整體穩(wěn)定驗算見圖2。

圖2 污水池基坑支護整體穩(wěn)定驗算示意圖Fig.2 Schematic diagram of overall stability of foundation pit support for a sewage tank

由圖2可知,圓心(-0.87,-0.93),半徑16.51 m,滑動力1015.8 kN/m,抗滑力1540.9 kN/m。

污水處理池基坑抗滑移系數(shù)K1=(1035.9×10.156)/(978.4×8.01)≈1.34。

污水池墻底抗隆起安全系數(shù)K2按式(1)計算,K2=2.08。

通過驗算本項目選用的基坑支護結(jié)構(gòu)方案的強度、剛度(變形)、穩(wěn)定性方面均滿足要求[1]?；邮┕み^程中的各項安全指標均正常。

5 結(jié)語

基坑支護結(jié)構(gòu)方案選型是一個復(fù)雜的系統(tǒng)問題,通過對基坑支護結(jié)構(gòu)方案選型,在滿足基坑周圍環(huán)境安全可靠的前提下通過分析不同基坑結(jié)構(gòu)形式的受力特點及差異,盡可能選擇合理、科學(xué)、便于施工的基坑支護結(jié)構(gòu)形式[12],以達到較好的施工效率和效益。