1 工程简介
邯钢新区热轧4#加热炉工程为预留工程, 4#加热炉烟囱筒身高100m, ±0.00相当于绝对标高73.67m, 烟囱基础-8.8m深, 基底位于砂层底部, 地下水位-5.5m左右, 烟囱底板直径16m。烟囱位于新区热轧3#加热炉烟囱与炼钢厂房板坯库之间, 基础周边布满了建筑物, 现场情况如下:东侧有煤气阀门组平台, 煤气管道为∮2020, 为热轧生产用管道, 支架基础深-2.5m, 平台基础边线距烟囱基础底边边线仅1m;北侧为炼钢厂房钢坯跨, 距烟囱基础底边线5m;西侧煤气支架基础深-2.5 m, 最近边距烟囱底板仅2m;南侧煤气支架与热值仪分析室都距烟囱基础底边线4m。其平面图如图1。
地下情况如下:第一层杂填土, 高程72.98m~72.48m, 厚度0.5m;第二层属黄土状粉质粘土, 高程72.48m~68.78m, 厚度3.7m;第三层属粉质粘土, 高程68.78m~65.78m, 厚度3m;第四层属中沙层, 主要成分为石英、长石, 底层含少量小卵石, 高程6 5.7 8 m~6 3.9 8 m, 厚度1.8 m, 特征值180kPa, 压缩模量16.0MPa, 渗透系数20m/d;第五层 (持力层) 为卵砾层, 主要成分由砂岩 (60%) 组成, 砂、粘土填充空隙, 高程63.98m~61.18m, 厚度2.8m, 特征值400kPa, 压缩模量51.0MPa, 渗透系数200m/d。
因基础深-8.8 m, 进入沙层1.6 m, 只有200mm的沙层就到了卵石层, 沙层已起不到防渗的作用, 渗透系数按卵石层的算:
(R取200m) , 地下水非常丰富, 如果处理不当, 就会产生流土甚至突涌现象, 情况严重会造成塌方, 对周围建筑物 (如煤气管道、炼钢厂房等) 产生威胁。
2 支护方案选择
对以上现场情况加以分析, 根据高层构建筑物设计规范要求, 基础深度大于等于筑物高度的1/15即可, 经过与邯钢设计院、上海斯坦因设计院沟通, 设计院同意将烟囱基础底面标高提高到沙层以上, 基础底标高提至-7.61m, 将煤气管道在合适位置施工人工成孔桩, 用原煤气支架大小支架加固来取代原煤气支架, 并将基础基坑周边全部施工上支护桩。但人工成孔桩施工周期长, 且此处地质情况施工难度很大, 支护桩钻机施工亦无场地, 支护费用太高, 初步估算需60万左右。经过分析对比计算, 决定选择环形结构来平衡周围土压力, 此方案大大的降低了措施费用与施工难度, 根据现场工程条件, 为确保生产车间的正常作业和煤气管道的安全, 总的思路是:开挖一比烟囱基础略大的圆形基坑, 对基坑壁采用喷锚的方法进行加固, 利用圆形结构受力的特殊性质, 形成稳定的拱结构, 使因土体自重和基坑周边的构、建筑物产生的附加压力而生成的对基坑壁的侧压力, 转化为沿拱轴线 (圆形) 的正压力, 从而保证基坑周边的构、建筑物和基坑本身的安全。
3 主要施工方法
3.1 施工排水及挖土
为了近一步降低土方正压力对基坑的影响, 将土方先卸载2m深, 然后再硬化地面, (因煤气支架基础为2.5m深, 故不会对煤气支架造成影响) , 并用喷锚支护方案开挖, 使锚杆、锚杆间的土方与硬化后的地面成为一个牢固的环形结构, 均衡土方侧压力。
其次是解决排水的问题, 如果明排, 仍有因流土产生塌方的危险, 故我们采取降水井加明排的方案, 首先在已硬化后的地面上的合适位置施工三口降水井, 边挖边降, 施工到最下一层时, 采用透水垫层降水方法降水。
3.2 环形压顶梁
环形压顶梁和场地硬化能有效地将施工机械的集中的附加应力分散到周边的土体中, 从而可以避免施工机械的附加荷载对基坑壁的破坏。同时可以改善施工环境, 做到文明施工。压顶梁钢筋与原有设备基础相连, 用相同直径的膨胀螺栓植入原有设备基础100mm深, 然后与压顶梁钢筋焊接到一起即可。
3.3 基坑的分层开挖和喷锚施工
第一层开挖至硬化地面下2m, 然后施工第一层喷锚;以后按1.2m的层厚, 挖土、喷锚交替进行, 直至因侧壁渗水而无法喷射混凝土为止。预计喷锚可施工至-6.5m左右。喷射混凝土厚度为100mm。
3.4 基坑下部打插型钢围护
因地下水的缘故, 喷锚不能施工至基坑底部, 为防止基坑底部发生流土现象, 需用反铲沿基坑周边打插型钢, 型钢背面填充稻草等物质滤水阻砂, 以保证基坑的安全。型钢选用H200;长度按3m考虑;间距为400mm。
3.5 布置透水垫层
挖到设计标高后做透水垫层, 视水量大小, 设置一到三个集水井, 中放置Ф400的钢管, 在透水垫层部分钢管壁割成网状, 网眼直径30mm左右, 下部用钢板封闭, 内放污水泵, 然后回填直径40mm~50mm之间的碎石至设计标高, 保证地下水通过碎石流入集水井中的钢管内, 由泵抽走, 钢管永久性留置基础内, 由于钢管切断的基础钢筋与钢管焊接牢固, 施工完毕后, 钢管内用混凝土填充。
4 结语
采用以上技术施工, 烟囱已顺利施工完毕, 四周建构筑物未发生任何问题, 未影响生产, 不仅保证了工期, 还节省费用约40万元, 并取得了良好的社会效益。
摘要：邯钢新区4#加热炉为预留工程, 烟囱周边布满了建筑物, 环境复杂, 根据工程实际选择了环形结构, 在工程中成功应用, 安全可靠, 经济实用, 值得推广。
关键词：环形,喷锚,支护