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浙江长兴电厂翻车机房基坑工程

369 2021-01-14 11:42:03


1.工程概况


长兴电厂四期(技改)工程输煤系统采用铁路专用线和翻车机作为卸煤系统主要施,翻车机房则是用来安装翻车机的主要建筑物。根据工艺布置要求翻车机房地下部分坑开挖深度为18.60m(相对设计标高为-19.60m),最深处达20.40m(相对设计标高-21.40m),现场自然地坪标高-2.00m(实际施工过程中铺设厚为1m的碎石垫层,坪标高变为一1.00m),平面尺寸为 31.2m×27.0m.


2. 工程地质水文条件


翻车机房所在区域场地地形平坦,相对设计标高-1.0m左右。翻车机房所在位置土层的物理力学性质见表1和图1。


3、基坑围护结构设计方案选择

长兴电厂四期工程翻车机房基坑工程开挖深度为18.6米(局部20.4米)的深基坑。其主要特点为:

(1)基坑挖深较大,对围护结构侧向变形要求很高;

(2)地下结构复杂,施工周期较长,基坑暴露时间较长;

(3)开挖需穿越土性相对较差的4-2层淤泥质粉质黏土层,给围护结构设计施工都带来了一定的难度和风险;

(4)场地较为空旷且场地表层土质尚好,有一定开挖卸土的余地;

(5)基坑出土量大,且作业空间较小,土方运输车辆频次较多,会对围护结构带来一定影响;

(6)平面上,东北西三面有铁路线通过并处于常年运行状况;

(7)东侧的长湖中航道、东北侧的池塘的存在,使地下水的供给相当充沛。根据多年来深基坑围护结构的设计经验,结合翻车机房基坑工程的实际情况和火电建设对翻车机房工期的要求,从经济、安全、进度和施工方便等角度反复进行对比,最终选定土钉和桩列式复合围护结构型式作为翻车机房基坑工程围护方案。此复合围护结构方案的具体内容为∶浅部放坡开挖结合局部土钉支护,深部单排钻孔灌注桩结合两道现浇钢筋混凝土内支撑;在廊道部分由两道支撑的桩列式支护结合土钉支护逐渐过渡到无支撑桩列式支护结合土钉支护的围护结构。其中主体结构在基坑上部采用 1∶1 放坡开挖至标高v-5.60m,标高V-5.60m~V一9.60m 部分采用坡度1∶0.5的土钉墙;主体结构下部采用单排究800@1000 钻孔灌注桩(V-9.60m~V-36.0m),两道支撑均采用大角撑布置,其中心标高分别为9-10.0m 和V一16.0m;基坑内外布置三级井点降水(后改为二级井点降水),灌注桩后采用 夕900@700 的高压旋喷桩止水。


本工程选定了在桩列式支护加内支撑围护结构基础上进行优化的土钉和桩列式复合国护结构形式作为最终方案主要源于以下几点考虑∶


(1)4-2 层顶面以上土质较好,而基坑所在场地较为空旷,存在放坡的条件,故决定采用浅部放坡开挖形式;


(2)考虑到浅部好土层较厚(-11.30 以上),而基坑东北西三面有铁路通过并处于运行状态,对土体外运不利,全部放坡开挖对土体稳定不利,且开挖方量较大,经济上不合理。故决定在放坡的下半部采用土钉支护,坡度相对上半部较陡,同时达到加固土体和减少开挖方量的目的;又起到与深部桩列式支护结构相互作用,形成支护结构的整体过渡与共同作用。


(3)考虑到 4-2 层淤泥质粉质粘土的存在,桩列式支护结构的压顶梁及第一道支撑全断面的应置于该层上部较好土层中,使得该软弱土层全部落于刚度相对较大的桩列式支护结构的作用范围之内,从而整体支护体系更具有针对性,受力更为明确、合理。


(4)在经济性方面,这种优化的复合式围护体系由于综合考虑了场地环境条件和各类土层具体分布情况,并采取了相应的支护形式,使得围护体系各部分各施所长.其造价要小于未经优化的单纯的桩列式支护加内支撑的方案,显然更小于连续墙方案的造价。


(5)围护桩、土钉和钢筋混凝土支撑均是常规结构、施工经验丰富,便于施工管理和质量控制,容易实现工程建设对翻车机房工期上的严格要求。

4. 围护结构设计要点


翻车机房深基坑浅部采用1∶1放坡开挖至标高一5.60m;然后1∶0.5放坡边挖边采用纵横间距 1.0m,孔径 100mm,直径 22mm的二级钢筋,长 9m 的土钉加固至标高-9.60m.深部桩列式支护结构采用单排究800@1000钻孔灌注桩挡土和势900@700的高压旋喷桩止水。钻孔灌注桩桩顶标高-9.60m,桩底标高一36.0m;高压旋喷桩桩顶标高一9.60m,桩底以进入粉质粘土层 2m 为准.。


基坑支撑体系采用两道钢筋混凝土支撑结构 第一道支撑截面800X800mm,第二道支撑截面900mmX900mm,围护桩压顶梁截面1200mmX800mmo其中翻车机房两道支押均釆用大角撑布置,支撑中心标高分别为一10. 0m和一 16. 0m


翻车机房于 2001 年 7 月 21 日开挖土方后,基坑工程监测组随即展开对翻车机房围护结构和周边土体的施工安全监测工作,到2002 年1月 25 日翻车机房施工到±0.000结束,历时6个多月。


根据本工程基坑开挖深度、工程的重要性和工程特点等因素,确定基坑安全等级为一级。图3 所示基坑围护监测内容为∶


基坑周边土体深层侧向变形监测(9 个测点);地下水位变化监测(8个测点); 土钉抗拔试验(3 根)和土钉内力监测(2个测点);围护桩内力监测(2个测点);支撑体系内力监测(4×4个测点);土中超孔隙水压力监测(3个测点);围护结构以及地表土体的沉降监测(33 个测点);坑底隆起监测(5 个测点)。


监测警戒值为∶


(1)侧向变形速率超过5mm/天,且连续3天无明显的下降;

(2)地表沉降大于 1em/天;

(3)超孔隙水压力超过上覆荷重的 80%;

(4)土钉内力超过 91kN;

(5)围护桩弯矩大于 550kN·m;

(6)第一道支撑内力大于7000kN,第二道支撑内力大于8000kN。


8月16日~8月24日期间,基坑开挖-8.6~-10.4m土层,同时对已开挖的-5.6~-8.6m 基坑边坡施工土钉。由于及时施工土钉,虽然基坑挖深已达-10.4mm.但 CX-1测斜管所在部位的土体侧向变形变化速率并未加快。


在9月1日~9月8期间,土体停止开挖进行-9.6m 支撑施工,土体侧向变形保持基本稳定,在气温、雨水的影响下-1.5m处土体侧向变形在 38~58mm 的范围内往复变动。


9月9日至9月25日挖掘-10.4m~-16.4m土层(9月 15 日以后开始在CX-1测斜管附近挖)。CX-1测斜管侧向变形开始快速增大,-1.5m 处土体的最大侧向变形达到 75mm,比第一道支撑施工期间土体的最大侧向变形增大 17mm。在最接近 CX-1 测斜管所在部位挖掘土的9月17日~19日三天内、在雨水、气温变化等综合因素的作用下.侧向变形增长速率曾达到20mm/天,随后基坑侧壁土体的侧向变形有所回缩。考虑到如此大的增长速率系多种原因造成的,且随后土体侧向变形有所减少,同时土体的最大总侧向变形扣除前期挖掘机施工引起的侧向变形量后仍小于规范所规定的1/200,故认为基坑仍表现为稳定状态。


9月28日~10月14日开挖-16.4~-19.6m土层,同时准备浇筑翻车机房主体底板,土体的侧向变形增加较大.—1.5m处土体最大侧向变形达到96mm.偶尔受温度、气候的综合影响隔天侧向变形变化值为 10mm/天左右,但与9月 15日~9月25 日土体开挖引起的侧向变形变化值相比变化速率有所减小。


10 月 20 日前后浇筑底板一段时间内,土体侧向变形回落.土体趋于稳定;10月24日拆除第二道支撑,对土体变形影响较大,地表下6m处短期(任意三天)变形增长速率一度达到8mm/天,但-1.5m处土体侧向变形总量未超过 96mm,11月上句土体总侧向变形量有所回落;11 月 25 日拆除第一道支撑后基坑侧向变形往复变化幅值加剧,但一1.5m处侧向变形总量未超过 78mm,说明支撑拆除后基坑仍能保持稳定状态,直至 2002 年1月 22日监测结束。


在整个施工过程中,监测组根据现场实际情况合理安排监测密度,并及时反馈监测信息,据此采取了相应的应急措施,使施工得以顺利进行。如9月 24 日~9月26 日期间,考虑到开挖深,侧向变形速率将较快增加.监测组多次加倍测试频率,保证及时了解基坑的内力、变形和稳定信息。此外,由于南部近自然地坪处的天然土质比东部差,加之挖土机在基坑边缘施工,8月3日第一道放坡-2.0m(相对室内±0.00标高)以上土坡局部被挖土机挤垮.8月3日CX1测斜管管口处的土体侧向变形比8月Ⅰ日的多67mm,情况出现后,监测组立即向项目部、监理单位报告,施工单位禁止挖土机,搅拌车等重型机械在基坑边走动,同时浇筑混凝土路面加固基坑表面粘土和石碴,以防止雨水下漏和减少基坑变形,采取上述施工措施以后,CX-1测斜管管口下1.5m(-2.0m)以内的土体侧向变形增长速率开始正常。



的∶1)土方及时外运,不在基坑边积压。2)浇筑混凝土路面加固基坑表面粘土和石渣,以防止雨水下漏和减少基坑变形。3)雨水派专人及时排放。4)施工单位禁止挖土机,搅拌车等重型机械在基坑边走动。5)基坑围护设计考虑较全面。6)建设单位、监理单位、设计单位和施工单位重视基坑施工安全。鉴于廊道处土体的侧向变形较小、取消了围护桩间的 18m土钉和一道廊道支撑,以缩短翻车机房施工工期。从土体的侧向变形监测历程看,支撑拆除时土体的侧向变形增大,变化速率加快,因此拆除支撑前应及时回填期碴(土),以保持侧向变形的稳定性。


(2)从地下水位监测结果来看,第一级井点降水效果较明显,达到了设计的预期目的,加强了边坡的稳定性。第二级井点降水水量不大,但井点抽水形成的负空气压力场有利于边坡稳定,减小了基坑侧壁的侧向变形。设计根据现场监测结果,取消了第三级井点降水设施,在保证基坑边坡稳定的条件下,节约了投资,达到了地下水位变化监测的目的。


(3)从土钉的抗拔试验看,试验时土钉破坏前土钉四周土体均出现开裂降起现象,上拔量增加较大,土钉的抗拔力可以达到钢筋的抗拉设计值。加载时,土钉轴力和侧摩阻力的发挥度随着深度的增加而明显降低。卸载时,受塑性应变的影响,土钉轴力两边小,中间大;当卸荷量进一步增大时,土钉钉身部分区域承担负侧摩阻力;当卸荷至零时,土钉轴力不为零,呈现浅部轴力为负,深部轴力为正等性状。


(4)从土钉的内力监测结果看,土钉的内力增加主要发生在土方开挖和围护结构支撑拆除阶段,其余时间受土体蠕变的影响缓慢增大。在本基坑工程中,土钉的内力较小,增长速率较慢,在土方开挖和地下结构施工过程中边坡处于安全稳定状态。


(5)从围护桩内力监测结果看,由于监测钢筋所处的位置不同,钢筋所受内力的大小及随深度的变化也不同。它们之间的共同规律为∶1)SZ-1 围护桩所处基坑的有效挖深为-15.4m故离桩顶6m处钢筋内力最大,SZ-2 围护桩所处基坑的有效挖深为-20.4m(相对室内±0.00标高),故离桩顶14m处钢筋内力最大,最大围桩桩内力出现在基底附近.大小及随深度的变化规律受基坑挖深、进度及施工方式的影响较大。2)深部钢筋内力主要受开挖影响,开挖完毕后基本保持不变。3)浅部钢筋除受基坑挖深影响外.还易受气温、施工活动影响,往往在平衡位置往复振荡,达到动态平衡状态。按该钢筋布置在最不利位置计算,围护桩所受的弯矩为542.2kN·m,与围护桩的设计弯矩 550kN·m较为接近。故围护桩设计是安全和合理的。


(6)从翻车机房主体和廊道处支撑内力的监测结果看,翻车机房廊道处采用独立支撑形式,虽然开挖深度相应较浅,但受力跨度大,JMl-1 所受支撑轴力接近设计值 7000kN. M2-1所受支撑轴力接近设计值 8000kN,翻车机房主体采用格栅式支撑,虽然开挖深度相应较深,但受力跨度较小,JM1-2 所受的支撑轴力为2077 kN.JM2-2 所受支撑轴力为 249.3kN,与设计值7000kN和8000kN相比较为安全。随着 11月以后气温逐渐降低.支撑轴力因混凝土收缩减小,支撑中钢筋压力相应减小,因气温下降引起的轴力减少约占总轴力的 20%~40%左右。


(7)从图6所示孔压监测结果看,井点降水和基坑开挖对超孔隙水压力的影响较明显,井点降水能有效制超孔隙水压力的增长。最不利位置位于-9.6m 马道下2.5m 深度处,超孔压最高时达到22.5kPa,小于该深度处27kPa的警戒值。土方开挖后、地下结构浇筑过程中深层超孔隙水压力逐步消散.浅部超孔隙水压力保持一段时间后也出现消散现象,说明基坑在地下室施工过程中处于稳定状态。



(8)从基坑周围地表沉降发展趋势看,在开挖初期,受施工机械的走动及其他施工干扰综合作用,测点沉降变化较为剧烈,各监测点变化也较为离散,8月2日以后,地表沉降变化速率不大,地表呈缓慢下降趋势,沉降速率均在3mm/天以下,远低于警戒值 10mm/天。就整个施工过程中地表沉降看,基坑处于安全稳定可控状态,如图7。


(9)从压顶梁和支撑沉降发展趋势看,压顶梁和支撑在土体开挖过程上逐渐上抬,支撑最大上抬量达到 12mm,10月中旬浇筑翻车机房底板,支撑开始下沉,最大沉降量达到9mm,最大沉降速率达4.5mm/天。综观整个压顶梁和支撑沉降发展过程,总上抬量和下沉量均较小。


(10)从基底隆起监测结果看,基底隆起变化缓慢,平均隆起速率不到 1mm/天;且总隆起量小.


综上所述,各项监测数据表明,基坑侧壁和边坡在土方开挖和地下结构施工过程中处于安全、稳定和可控状态。根据监测结果,取消了第三级井点降水和廊道处 18m 土钉施工,指导了土方开挖进度,判断雨季、挖土及支撑拆除时基坑的稳定性,为施工决策提供量化的依据。在本工程中,施工安全监测工作完成了指导施工,完善设计的目的和任务。同时,本工程施工安全监测为土钉和桩列式复合围护结构获得了大量第一手实测资料,丰富了深基础围护设计和施工经验,发展了围护结构型式和技术,从而为类似工程的设计和施工提供了借鉴。



感谢供稿作者:

沈恺伦(浙江新峰工程咨询有限公司)