曾斌
上海宝冶集团有限公司
摘要：冶金工业厂房基坑深度大，而设备基础的开挖往往划分为几个独立的单元，给基坑开挖带来较大困难，文章从深基坑开挖支护方式、分层高度、坡度及开挖次序进行了分析，为同类工程施工提供了一定的参考依据。
关键词：坡度；深基坑；支护方式；分层高度；开挖次序
1.引言
冶金工业厂房一般需安装行车，因此厂房柱基础的埋深较大、基坑较深。设备基础一般不是分布于整个车间，而是划分为几个独立的单元，设备基础的埋深高低不一，标高多样，这给基坑开挖带来困难，设备基础要求承载力较高，一般为桩筏基础。
某工业厂房为柱基础为独立桩承台基础，设备基础为桩筏基础，主体结构为2跨钢结构，跨度分别为36米和24米，该厂房长504米，宽60米。场地原始相对标高为-1.0米，柱基础相对底标高分别为-11.5米、-10.0米、-8.5米，而设备基础的相对底标高分别为-10.2米、-9.3米、-8.9米、-7.2米、-5.6米。相对标高-8.0米以下的柱基础及设备基础打设了直径600mm的钻孔灌注桩，桩长22米，而相对标高-8.0米以上的柱基础及设备基础设置了PHC500的管桩，桩长20米。管桩的最小间距为1.50米，净距1.00米，灌注桩的最小间距为1.90米，净距1.30米，灌注桩离柱承台基础的最小净距为0.50米。文章以该工业厂房为例，从深基坑开挖支护方式的选择、开挖分层的高度、开挖的坡度及开挖次序进行了较深入分析，为同类工程的施工提供了参考。
2.深基坑开挖支护方式的选择
2.1 开挖方式及适用范围
深基坑开挖方式主要有大放坡开挖、钢板桩支护开挖、桩锚支护开挖、土钉墙支护开挖、地下连续墙等[1]。地下连续墙一般用于周围环境较为苛刻，开挖深度在15米以上的基坑如地铁车站；而桩锚支护及土钉墙支护一般用于8—15米深且周边环境及土质较为苛刻的基坑；钢板桩一般用于开挖区域受限并且需要设计止水帷幕的情况，该工程钻孔灌注桩和PHC管桩分布密集，给钢板桩的施工带来不便；放坡开挖主要适用于周围环境较好并且具备降水条件的情况，该工程为新建工程周围空旷，毗邻的高架仓库暂不施工，现场满足降水条件，从经济及施工进度考虑采用放坡开挖结合深井降水的方式。
2.2 土层的物理力学指标
柱基础及设备基础埋深土层为粉土及粉质粘土层，各土层物理力学参数及土层的渗透系数如*
3.深基坑开挖分层高度
3.1 分层高度的影响因素
基坑开挖分层的高度主要取决于基坑开挖的深度、开挖的方式、施工机械的挖土能力、各层土的土质条件、水文地质条件等几个方面。对于深大基坑，各分层高度不宜大于4.5米。粘性土由于土的粘聚力较好，经降水后的分层高度可以适当大一些，以降低挖方量，砂土及含砂量高的粉土由于土颗粒间的粘聚力较弱分层的高度应适当小一些，减少土坡滑动的风险。
从表1可以看出⑤1的含水量高，基本接近淤泥质粉质粘土，流动性较大，第一层分在此土层，按照【2】第一土层放坡系数取1：1，该土层的厚度为4.1米。从表1看出⑥3粉土的C为7.7Kpa，Φ为31.15，含砂量较大，容易产生滑坡，该土层的降水效果直接影响土层的稳定性，该土层作为第二层。该土层的放坡系数取1：1，深度约2.3米。第三层为粉质粘土层C为17.03，Φ为14.21，土的粘聚力较大，稳定性较好，作为第三层，放坡系数取1：1，土层深度约4.2米。为了判断边坡稳定用启明星软件进行了边坡的稳定性验算如下图所示，结果安全系数＞1.3，边坡稳定。为了便于施工操作及土坡稳定，各台阶之间留设1.5米的土台。
3.2 土坡稳定计算
离基坑边5米范围内的坡顶堆载按照10Kpa考虑，各参数及分层高度参照表1及图1的数据，利用同济启明星Slope1.0中的简化毕肖普法，采用总应力法进行计算，安全系数为1.39＞1.3，符合土坡稳定要求。
3.3 坡面堆载对土坡稳定的影响
离基坑边5米范围内的坡顶堆载按照20Kpa考虑，其他条件相同时，安全系数由1.39降为1.35，可见坡顶堆载是影响基坑稳定的重要条件之一。
3.4 分层方法对土坡稳定的影响
为验证该分层方法的合理性，假设土层按照等高进行设计，各层的高度分别3.6米。3.5米、3.5米，土台的高度仍未1.5米，地下水位初始标高在-2.0米，降水后的基坑坑底相对水位标高为-12.6米（坑底以下1米），利用启明星软件中的简化毕肖普法，采用有效应力法就2种分层方法进行计算。按照土层性质分层计算的安全系数为1.4，按照等高分层计算的安全系数为1.37。
由计算分析得出，采用按照土层性质进行分层的安全系数比按照高度均分的到的安全系数提高了0.03。在分层高度不大于4.5米的条件下，采用按照土层性质进行分层的方法是合理、可靠的。
4.深基坑开挖方法
4.1 施工方法
该工程土方开挖采用“分段、分层、均衡、对称”的开挖方式进行退台开挖[4]，对于基坑相对底标高为-11.6米的基坑采用3台挖掘机配合开挖，第一台挖掘机站位在现有地面，第二台挖掘机在-5.1米的标高，第三台挖掘机在-7.4米的标高处，第三台挖掘机挖第三台阶范围的土甩至第二台阶处，第一台阶的挖掘机将第二台阶的土甩至现有地面处，地面上的挖掘机负责装车运输，运离现场。
该工程按照设备基础的位置确定开挖位置，设备基础的位置分别为4—8轴/A—C轴、12—16轴/A—C轴、24—29轴/A—C轴、30—34轴/A—C轴。开挖的位置分别选在11轴及30轴，分别背向开挖，开挖的次序为C—B—A。
4.2 工程桩的保护
局部区域的工程桩密集，为了防止工程桩的损坏及偏位，在挖至工程桩顶标高处用直径22的钢筋对周围桩每6—8根桩作为一组进行加固处理。
挖土应逐层均匀进行，桩两侧土体高差不得大于1.0m。禁止挖机碰撞桩身。机械开挖至桩顶30cm时桩两侧1.0m内土体应对称开挖。
桩头之间间距土方用小型挖机专人指挥，，严禁在掏挖过程中碰到工程桩，行走时不得出现挤土而造成工程桩偏位；
4.3 高低差的处理
由于设备基础标高不一，高差最大达到4.6米，对于该部分的高差处理采用支设反模的形式，对该部分土方开挖按照设计标高先挖至-5.4米，然后再挖至-10.0米，再进行人工清第及修坡为将来浇筑混凝土做准备。
5.结论及建议
（1）利用同济启明星软件对基坑的稳定性进行计算，并通过改变坡顶堆载值得出，坡顶堆载对基坑的安全性影响较大，在施工过程中要控制坡顶附近的堆载。
（2）文章就按照土层性质分层和均高分层分别进行了计算，前者的安全系数高于后者0.03，证明了该分层方法的合理性。
（3）文章就工程桩的保护及设备基础高低差的开挖进行了简要叙述，需进一步研究。
（4）砂层或含砂量较高的粉土，对降水的要求高，降水深度对基坑的稳定性特别对含砂层的稳定性需进一步研究、基坑开挖卸荷过程中将影响工程桩的受力及变形，对于该部分需要进一步研究。
论文作者:曾斌
论文发表刊物:《基层建设》2015年22期供稿
论文发表时间:2016/3/16
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