25 m 深基坑支護(hù)方案優(yōu)化

嚴(yán)傳忠

（中興建設(shè)有限公司，江蘇 泰興 225400）

1 工程概況

潘集選煤廠受煤坑工程位于安徽省淮南市潘集區(qū)架河鎮(zhèn)境內(nèi)， 該項(xiàng)目是順應(yīng)國(guó)家技術(shù)轉(zhuǎn)型升級(jí)的典型項(xiàng)目，是安徽省985 項(xiàng)目的重點(diǎn)工程，由淮南礦業(yè)集團(tuán)投資，中興建設(shè)有限公司總承包。受煤坑工程是該項(xiàng)目中最具技術(shù)特點(diǎn)和難點(diǎn)的項(xiàng)目之一。該工程?hào)|側(cè)為規(guī)劃內(nèi)的火車線，北側(cè)為在建的60 m 高的10 個(gè)原煤倉，南側(cè)緊鄰受煤坑有兩條高壓線，南側(cè)為通往擬建的電廠通道，挖深-24.5 m，距離50 萬伏高壓線約35 m，西側(cè)為村莊及農(nóng)田。基坑面積約為7 282 ㎡，周長(zhǎng)約760 m。本工程±0.000 相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高+23.40 m， 根據(jù)勘察報(bào)告，場(chǎng)地整平后自然地面絕對(duì)標(biāo)高按+22.01 m 考慮，即相對(duì)標(biāo)高-1.39 m。項(xiàng)目基坑支護(hù)從-5.39 m 開始，上部土方均為放坡大開挖。

2 原基坑支護(hù)設(shè)計(jì)情況

2.1 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)

（1）受煤坑挖深25.5 m 部位外側(cè)采用鉆孔灌注圍護(hù)樁加三軸攪拌樁和高壓旋噴樁止水， 內(nèi)側(cè)采用一道圈梁加三道鋼筋混凝土支撐支護(hù)；其中，受煤坑深坑部位和南側(cè)燃煤通道相交的斷面，由于開挖方式不同，鉆孔灌注樁樁頂標(biāo)高和壓頂梁的標(biāo)高不一致，該段支護(hù)樁施工前，挖土方要為樁機(jī)設(shè)備留有滿足安全施工要求的工作面。

（2） 南側(cè)燃煤通道挖深24.5 m 部位外側(cè)采用三軸攪拌樁和鉆孔灌注樁內(nèi)加高壓旋噴樁止水圍護(hù)，內(nèi)側(cè)采用四道鋼筋混凝土支撐支護(hù)。

（3）受煤坑挖深17.2 m 部位（東西側(cè)）外側(cè)采用三軸攪拌樁加鉆孔灌注樁支護(hù)，內(nèi)側(cè)采用一道圈梁加一道鋼支撐支護(hù)。

（4）受煤坑北側(cè)通道挖深14.67 m 部位外側(cè)采用三軸攪拌樁加鉆孔灌注樁支護(hù)，內(nèi)側(cè)一道圈梁加兩道鋼筋混凝土支撐支護(hù)。

（5）根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，各分區(qū)基坑支護(hù)樁設(shè)計(jì)參數(shù)及工程量統(tǒng)計(jì)見表1。

2.2 開挖要求

本工程主體建筑包括受煤坑及南北通道，結(jié)構(gòu)型式分地上框架和地下箱體兩種， 基坑開挖深度0～24.21 m，基坑開挖面積8 150㎡，基坑周長(zhǎng)1 200 m；支護(hù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為1 級(jí)；本工程基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)使用年限為1 y?；泳唧w挖深信息見表2。

表1 各分區(qū)基坑支護(hù)樁設(shè)計(jì)參數(shù)及工程量統(tǒng)計(jì)

表2 基坑具體挖深信息

基坑開挖順序： 基坑先開挖受煤坑深坑區(qū)域，深坑開挖期間， 距離深坑K4 區(qū)域15 m 范圍不可開挖，待深坑出±0.00 后再開挖深坑相鄰區(qū)域。

3 施工難點(diǎn)

3.1 深坑部位開挖作業(yè)受限

深坑四周均設(shè)計(jì)有三軸攪拌樁和鉆孔灌注樁，按照設(shè)計(jì)要求為單獨(dú)先期開挖，深坑K4 區(qū)開挖期間不能與兩向坑道貫通， 坑內(nèi)凈寬24.5 m，3 道砼支撐網(wǎng)格式布置，坑內(nèi)土方運(yùn)出難度較大，所有土方只能靠吊運(yùn)出坑，功效低，進(jìn)度慢，費(fèi)用高。

3.2 施工周期長(zhǎng)

深坑周邊15 m 范圍相鄰區(qū)域在深坑出±0.00前不能開挖，造成深坑四側(cè)的基坑和受煤坑結(jié)構(gòu)施工必須安排在24 m 深坑完成結(jié)構(gòu)施工、拆除所有支撐后進(jìn)行，造成工期疊加。

按照現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方案， 工況多達(dá)9 個(gè)區(qū)域，深坑相鄰15 m 區(qū)域與四側(cè)坑道間同樣面臨邊坡問題，需放坡解決，坡面仍需處理，該15 m 區(qū)域坑道支撐系統(tǒng)與其他部位存在多個(gè)高差， 支撐拆除、結(jié)構(gòu)施工、后澆帶的處理不能同步，降水周期大大增加，施工成本及工期會(huì)受到很大影響。

3.3 復(fù)雜環(huán)境下的安全隱患多

多個(gè)工況都存在上下垂直作業(yè)。隨著深坑K4段的結(jié)構(gòu)施工，換撐、拆撐、拆除圍護(hù)樁、支撐梁的多點(diǎn)拆除震動(dòng)， 勢(shì)必造成其他工況作業(yè)面的圍護(hù)樁、止水樁的不穩(wěn)定，引發(fā)基坑止水帷幕震裂而透水、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的邊坡失穩(wěn)等安全隱患。多工況下狹小而縱深的施工作業(yè)面，復(fù)雜環(huán)境下安全隱患無形增多。

4 基坑支護(hù)方案優(yōu)化

4.1 南北向坑道與深坑同時(shí)施工

將受煤坑24 m 深坑及南北通道作為一個(gè)整體同時(shí)開挖，減少工況，減少工期。優(yōu)化方案改為：

（1）24 m 深坑、南側(cè)通道及北側(cè)通道范圍作為一個(gè)單元重新建立支護(hù)模型， 在該區(qū)域施工至±0.00 前，相鄰東西區(qū)域15 m 范圍內(nèi)不可開挖。

（2）深基坑挖深11.7～24.21 m 范圍采用鉆孔灌注排樁結(jié)合三軸水泥土攪拌樁止水帷幕+鋼筋混凝土支撐的支護(hù)形式； 挖深7.00～11.7 m 范圍采用鉆孔灌注樁結(jié)合三軸水泥土攪拌樁止水帷幕+一道鋼管支撐的支護(hù)形式； 挖深4.00～7.00 m 采用鉆孔灌注樁結(jié)合拉結(jié)梁的支護(hù)形式，挖深小于4.00 m 的采用放坡挖土。

（3）修改后的支護(hù)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 優(yōu)化后支護(hù)結(jié)構(gòu)

（4）方案調(diào)整后，各分區(qū)基坑支護(hù)樁設(shè)計(jì)參數(shù)及工程量統(tǒng)計(jì)見表3。

表3 優(yōu)化后各基坑支護(hù)樁設(shè)計(jì)參數(shù)及工程量統(tǒng)計(jì)

4.2 深坑與南北向坑道合并開挖

深坑和南北兩側(cè)坑道合并后，坑內(nèi)土方可利用上下兩道支撐空間， 利用汽車由南向北運(yùn)出基坑。第一道支撐與第二道支撐垂直凈距為5.3 m，第二道支撐與第三道支撐垂直凈距為3.95 m， 第三道支撐與第四道支撐垂直凈距為5.66 m， 均可采用汽車運(yùn)輸，減少兩側(cè)疊加施工的工期，減小了深坑和南北通道的土方開挖難度，加快了深坑和南北通道的土方開挖進(jìn)度。深坑部位支撐剖面見圖2。

4.3 優(yōu)化后方案安全性驗(yàn)算

4.3.1 計(jì)算模式和假定

（1）圍護(hù)擋墻按豎向彈性地基梁的基床系數(shù)法(m)計(jì)算。

（2） 坑外土體土壓力按矩形土壓力模式計(jì)算，水土分算，C、Φ 值取固結(jié)快剪峰值指標(biāo)。

（3）坑外地面超載：20 kPa。

圖2 深坑部位剖面示意

4.3.2 主要計(jì)算結(jié)果

本工程采用同濟(jì)啟明星軟件FRWS7.1 對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形進(jìn)行計(jì)算， 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形及基坑穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見表4。

經(jīng)驗(yàn)算，各項(xiàng)穩(wěn)定性指標(biāo)均能滿足要求。優(yōu)化后方案可行。

5 效益分析

經(jīng)過優(yōu)化調(diào)整后的受煤坑支護(hù)方案，與原方案對(duì)比，在滿足基坑安全的前提下節(jié)約資源、縮短工期。

支護(hù)結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)分析見表5。

表4 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形及基坑穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

表5 支護(hù)結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)分析對(duì)照

表6 工期對(duì)比分析

工期對(duì)比分析見表6。

6 結(jié)語

針對(duì)原基坑支護(hù)設(shè)計(jì)存在的諸多不利因素，經(jīng)多次與業(yè)主和設(shè)計(jì)部門進(jìn)行技術(shù)溝通和協(xié)調(diào)，配合進(jìn)行優(yōu)化方案，并二次邀請(qǐng)專家論證，得到認(rèn)可。基坑支護(hù)的優(yōu)化方案具有科學(xué)性、安全性、合理性，贏得業(yè)主和設(shè)計(jì)單位的好評(píng)。