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摘要：平整机组改造深基坑工程是一类深基坑工程，它所涉及到的场地施工环境，技术控制难题，都是前所未有的，我们汇集多方专家，集思广益，在位移控制和土方施工中得到了宝贵的经验。
关键词：老式厂房内深基坑施工、柱基础位移的控制、钢支撑上的土方机械作业
Abstract: the level off the transformation of deep foundation pit engineering is a kind of deep foundation pit engineering, it involved venue construction environment, technology control problem, is unprecedented, we collected many experts, brainstorm, the displacement control and earthwork get valuable experience.
Keywords: old factory in deep foundation pit construction, column, the control of displacement based on the steel supports earthwork mechanical work
中图分类号：TV551.4文献标识码：A 文章编号：
1 工程概况
平整机组改造深基坑工程位于旧平整机组原址，原有厂房为混凝土预制柱，杯口式基础，纵向跨距36m，横向柱间距12m；基坑北侧柱基（4个）底标高-3.000m，距基坑最近距离500mm；南侧柱（3个）基底部标高-4.500m，距离基坑最近尺寸700mm。工程涉及原有设备基础拆除，旧基础底部标高-4.000m。
提供的地质资料，各持力层土层基本情况表1-1。地下水位标高－2.5m。
表1-1 各持力层参数
土层
编号 地层名称 层厚(m) 层底标高（m） γ（ °） 重度kN/m2 C（KPa）
①1 杂填土 2.9 －2.9 15 18.1 3
② 粉质粘土 4.4 －1.3 22 18.6 16
③2 砂质粉土 3.4 －7.7 25 18.6 9
③3 淤泥质粉質粘土 2.8 －10.5 17 17 12
④ 淤泥质
粘土 10.3 －20.8 12 16.6 11
⑤1－1 粉质粘土 7.7 －28.5 13 17.2 11
⑤3 粉质粉土 2 －30.5 25 18.5 12
本基坑以设备基础底边形状为轮廓，基坑东西距53.5m，南北距29.7m，周边支护采用Φ800钻孔灌注桩，桩距@1000，设计强度C30，桩长16m；压顶梁1200mm×800mm，顶面标高-2.000m；钻孔灌注桩外围采用单高压旋喷桩做止水帷幕，根据现场条件在基坑内设纵向支撑8道，横向支撑2道，采用Φ609*16钢管支撑，支撑中心标高为-2.4m；基底南北两侧进行深层搅拌桩地基加固。本基坑不设工作面，基坑周围与围护桩间预留100mm偏差值，用素混凝土填充。下图为施工平面示意图。
工程施工过程中主要存在难点：
第一，该厂房建成于89年，柱子系统为混凝土预制柱，屋面为混凝土板，基坑和厂房柱基础最近距离500mm，两者高差5.3m，这种施工状况在宝钢地区的建设中，尚无可借鉴的先例。在深基坑施工过程中保证厂房柱基础的稳定，如何对于基础位移进行有效的控制，这将是施工技术控制的主线；
第二，由于施工现场条件所限，整个基坑土方作业没有自然的行车通道，如何出土。而且为了保证基坑的稳定，土方施工将在支撑系统完成后进行，这也就意味这必须要解决土方机械在钢支撑上作业这一技术难题
这也是整个深基坑施工的控制重点，即如何解决好这两个难点问题。
2 施工控制重点
2.1对于厂房位移的控制
本次深基坑的作业环境在宝钢地区属首次，是今年宝钢深施工的重中之重，难中之难。既要保证厂房的安全稳定，又要保障施工的顺利进行，如何确定位移监测的控制值？这将是主导这个深基坑工程红线。对此，我们将整个深基坑监护控制工作分为三个阶段，每个阶段都要结合现场不同的施工情况。
第一阶段，为旧设备基础拆除至-4.000m，此时钻孔灌注桩维护系统完成，属于开挖前的准备。这时钻孔灌注桩属于悬臂支撑阶段，最不利情况出现在拆除至-4.000m阶段和基坑内回填至-3.000m时工程桩施工阶段。根据设计支撑的计算分析来看：
图1 工况简图
图2 整体稳定性分析
图3（a） 墙体抗隆起验算
图3(b) 墙体抗隆起验算
图4抗倾覆验算（水土合算）
图5包络图（水土分算，矩形荷载）
从中可以看出，围护桩可能出现的最大位移为27mm，结合厂房安全稳定的系数，我们将柱基础位移控制值设定在20mm。监测每天进行一次，除非有异常情况。实际施工过程当中，柱基础最大位移为18mm，符合初始计算和控制数据。
第二阶段，是土方开挖阶段，此时基坑内顶圈环梁和钢支撑体系已经形成。为了保持支护与柱基础形成刚性连接，围护桩与厂房柱基础间隙采用细粒石混凝土填充。本阶段考虑到已经出现的位移，20mm的控制已经不能满足施工需要和现场进展情况，这时应以厂房为首要考虑对象。为了保证平整机厂房的稳定安全，为了保证平整机组改造工程继续顺利施工，经过各方专家多次论证，现场勘查分析，当保证支护系统和厂房成为一个刚性连接结构时，假定厂房柱为无变形构件，屋架节点不动，行车梁允许位移1cm时，根据三角形相似原理，可得观测位移为35mm。所以现将平整机组改造工程的厂房柱基础位移报警值定为30mm（累计位移，包含已经出现的位移）。
该阶段施工过程中，也应和了我们的计算，观测最大位移为24mm。满足了施工的要求，同时也保证了厂房的稳定安全。
第三阶段，设备基础施工至－4.100m，钢支撑系统拆除。这时基坑主体已经稳定，考虑到支撑预加应力卸荷之后的影响，结合已经出现的位移值，将此阶段的位移控制值定于30mm（累计位移）。因为此前我们对于柱基础与维护梁之间强调了刚性连接，而我们设备基础实体与维护系统之间也采用混凝土填充，亦保证了结构的整体刚性，所以基础主体此时对于整个基坑稳定充当了支撑的角色。事实上该阶段的位移值最大出现在26mm，依旧处于控制范围内。
2.2土方施工工程中的控制
为了保证整个基坑的稳定性，我们将土方作业由东至西分为三个区域，分区开挖，各区采用接力开挖。即就是采用长臂挖掘机开挖至－6m，待形成作业面后，用行车将小挖掘机吊运至作业区域，开挖-6m～-8.3m的土方和完成基坑内的凿桩工作。
采用接力开挖，可以保证临时放破的稳定性，保证作业的安全；采用分区开挖，在一区混凝土底板形成后，再进行二区开挖，这样就可以保证开挖面积有控制，不至于对整个维护系统造成一次性加载过大而引起失稳的情况。保证了开挖过程中对于安全性的要求。
土方施工的重点在于如何保证支撑系统的安全性和出土的流畅性。且这个基坑内还包含有旧有混凝土方桩79套，新设备基础混凝土灌注桩122套。因此挖土中土方机械的作业也受到限制，但是这也是可以利用的一点，因为桩体的密集，间接加固了土体，使得我们可以在有桩的情况下铺设一条栈桥，创造出一条作业路线。这样有桩基础为依托，将回土标高提高500mm，就可以保证土方机械作业时，不会影响到钢支撑系统的稳定。边挖边退，步步为营，最后从北侧道路撤出。（平面布置见图7）
图7平面布置图
栈桥铺设示意如图8。
图8栈桥铺设示意图
需要注意的是栈桥的搭设主要的目的是在形成出土道路的同时，保护已有钢支撑不受扰动，保证维护系统的稳定。所以回填高度增高，每天设专人检测，保证路基箱栈桥与钢支撑之间的保护距离不得小于200mm。从而达到保护厂房稳定的目的。
3 结语
平整机改造深基坑工程属于宝钢地区该类基坑的首例，今后随着经济的发展和技术的进步，新的机组生产线会纷纷上马，在土地资源有限的情况下，相信类似的技改项目会不断增多。我们通过本次平整机施工过程中的严密策划，抓住了技术控制的要点，顺利完成了深基坑的施工任务，为今后的改造工程提供了可借鉴的经验。
参考文献
【1】傅永华．有限元分析基础[M]．武汉：武汉大学出版社，2003.
关键词：老式厂房内深基坑施工、柱基础位移的控制、钢支撑上的土方机械作业
Abstract: the level off the transformation of deep foundation pit engineering is a kind of deep foundation pit engineering, it involved venue construction environment, technology control problem, is unprecedented, we collected many experts, brainstorm, the displacement control and earthwork get valuable experience.
Keywords: old factory in deep foundation pit construction, column, the control of displacement based on the steel supports earthwork mechanical work
中图分类号：TV551.4文献标识码：A 文章编号：
1 工程概况
平整机组改造深基坑工程位于旧平整机组原址，原有厂房为混凝土预制柱，杯口式基础，纵向跨距36m，横向柱间距12m；基坑北侧柱基（4个）底标高-3.000m，距基坑最近距离500mm；南侧柱（3个）基底部标高-4.500m，距离基坑最近尺寸700mm。工程涉及原有设备基础拆除，旧基础底部标高-4.000m。
提供的地质资料，各持力层土层基本情况表1-1。地下水位标高－2.5m。
表1-1 各持力层参数
土层
编号 地层名称 层厚(m) 层底标高（m） γ（ °） 重度kN/m2 C（KPa）
①1 杂填土 2.9 －2.9 15 18.1 3
② 粉质粘土 4.4 －1.3 22 18.6 16
③2 砂质粉土 3.4 －7.7 25 18.6 9
③3 淤泥质粉質粘土 2.8 －10.5 17 17 12
④ 淤泥质
粘土 10.3 －20.8 12 16.6 11
⑤1－1 粉质粘土 7.7 －28.5 13 17.2 11
⑤3 粉质粉土 2 －30.5 25 18.5 12
本基坑以设备基础底边形状为轮廓，基坑东西距53.5m，南北距29.7m，周边支护采用Φ800钻孔灌注桩，桩距@1000，设计强度C30，桩长16m；压顶梁1200mm×800mm，顶面标高-2.000m；钻孔灌注桩外围采用单高压旋喷桩做止水帷幕，根据现场条件在基坑内设纵向支撑8道，横向支撑2道，采用Φ609*16钢管支撑，支撑中心标高为-2.4m；基底南北两侧进行深层搅拌桩地基加固。本基坑不设工作面，基坑周围与围护桩间预留100mm偏差值，用素混凝土填充。下图为施工平面示意图。
工程施工过程中主要存在难点：
第一，该厂房建成于89年，柱子系统为混凝土预制柱，屋面为混凝土板，基坑和厂房柱基础最近距离500mm，两者高差5.3m，这种施工状况在宝钢地区的建设中，尚无可借鉴的先例。在深基坑施工过程中保证厂房柱基础的稳定，如何对于基础位移进行有效的控制，这将是施工技术控制的主线；
第二，由于施工现场条件所限，整个基坑土方作业没有自然的行车通道，如何出土。而且为了保证基坑的稳定，土方施工将在支撑系统完成后进行，这也就意味这必须要解决土方机械在钢支撑上作业这一技术难题
这也是整个深基坑施工的控制重点，即如何解决好这两个难点问题。
2 施工控制重点
2.1对于厂房位移的控制
本次深基坑的作业环境在宝钢地区属首次，是今年宝钢深施工的重中之重，难中之难。既要保证厂房的安全稳定，又要保障施工的顺利进行，如何确定位移监测的控制值？这将是主导这个深基坑工程红线。对此，我们将整个深基坑监护控制工作分为三个阶段，每个阶段都要结合现场不同的施工情况。
第一阶段，为旧设备基础拆除至-4.000m，此时钻孔灌注桩维护系统完成，属于开挖前的准备。这时钻孔灌注桩属于悬臂支撑阶段，最不利情况出现在拆除至-4.000m阶段和基坑内回填至-3.000m时工程桩施工阶段。根据设计支撑的计算分析来看：
图1 工况简图
图2 整体稳定性分析
图3（a） 墙体抗隆起验算
图3(b) 墙体抗隆起验算
图4抗倾覆验算（水土合算）
图5包络图（水土分算，矩形荷载）
从中可以看出，围护桩可能出现的最大位移为27mm，结合厂房安全稳定的系数，我们将柱基础位移控制值设定在20mm。监测每天进行一次，除非有异常情况。实际施工过程当中，柱基础最大位移为18mm，符合初始计算和控制数据。
第二阶段，是土方开挖阶段，此时基坑内顶圈环梁和钢支撑体系已经形成。为了保持支护与柱基础形成刚性连接，围护桩与厂房柱基础间隙采用细粒石混凝土填充。本阶段考虑到已经出现的位移，20mm的控制已经不能满足施工需要和现场进展情况，这时应以厂房为首要考虑对象。为了保证平整机厂房的稳定安全，为了保证平整机组改造工程继续顺利施工，经过各方专家多次论证，现场勘查分析，当保证支护系统和厂房成为一个刚性连接结构时，假定厂房柱为无变形构件，屋架节点不动，行车梁允许位移1cm时，根据三角形相似原理，可得观测位移为35mm。所以现将平整机组改造工程的厂房柱基础位移报警值定为30mm（累计位移，包含已经出现的位移）。
该阶段施工过程中，也应和了我们的计算，观测最大位移为24mm。满足了施工的要求，同时也保证了厂房的稳定安全。
第三阶段，设备基础施工至－4.100m，钢支撑系统拆除。这时基坑主体已经稳定，考虑到支撑预加应力卸荷之后的影响，结合已经出现的位移值，将此阶段的位移控制值定于30mm（累计位移）。因为此前我们对于柱基础与维护梁之间强调了刚性连接，而我们设备基础实体与维护系统之间也采用混凝土填充，亦保证了结构的整体刚性，所以基础主体此时对于整个基坑稳定充当了支撑的角色。事实上该阶段的位移值最大出现在26mm，依旧处于控制范围内。
2.2土方施工工程中的控制
为了保证整个基坑的稳定性，我们将土方作业由东至西分为三个区域，分区开挖，各区采用接力开挖。即就是采用长臂挖掘机开挖至－6m，待形成作业面后，用行车将小挖掘机吊运至作业区域，开挖-6m～-8.3m的土方和完成基坑内的凿桩工作。
采用接力开挖，可以保证临时放破的稳定性，保证作业的安全；采用分区开挖，在一区混凝土底板形成后，再进行二区开挖，这样就可以保证开挖面积有控制，不至于对整个维护系统造成一次性加载过大而引起失稳的情况。保证了开挖过程中对于安全性的要求。
土方施工的重点在于如何保证支撑系统的安全性和出土的流畅性。且这个基坑内还包含有旧有混凝土方桩79套，新设备基础混凝土灌注桩122套。因此挖土中土方机械的作业也受到限制，但是这也是可以利用的一点，因为桩体的密集，间接加固了土体，使得我们可以在有桩的情况下铺设一条栈桥，创造出一条作业路线。这样有桩基础为依托，将回土标高提高500mm，就可以保证土方机械作业时，不会影响到钢支撑系统的稳定。边挖边退，步步为营，最后从北侧道路撤出。（平面布置见图7）
图7平面布置图
栈桥铺设示意如图8。
图8栈桥铺设示意图
需要注意的是栈桥的搭设主要的目的是在形成出土道路的同时，保护已有钢支撑不受扰动，保证维护系统的稳定。所以回填高度增高，每天设专人检测，保证路基箱栈桥与钢支撑之间的保护距离不得小于200mm。从而达到保护厂房稳定的目的。
3 结语
平整机改造深基坑工程属于宝钢地区该类基坑的首例，今后随着经济的发展和技术的进步，新的机组生产线会纷纷上马，在土地资源有限的情况下，相信类似的技改项目会不断增多。我们通过本次平整机施工过程中的严密策划，抓住了技术控制的要点，顺利完成了深基坑的施工任务，为今后的改造工程提供了可借鉴的经验。
参考文献
【1】傅永华．有限元分析基础[M]．武汉：武汉大学出版社，2003.