工业厂房地基基础、基坑施工技术分析与研究

2022-09-12

随着我国经济建设的不断发展和科学技术的不断进步, 我国的工业建设得到了极大的发展, 众多工厂设备不断技术革新, 绝大多数工业厂房都是在已有的旧厂房内进行工程改造, 这种技改项目具有如下特点:地质条件复杂、受周边环境影响大、边生产边施工、各专业交叉施工等等。尤其是土建工程, 有很多不可预见的影响因素。施工中许多分部分项工程 (如土石方工程、深基坑工程、地基基础与桩基础土建工程、钢筋混凝土工程、结构安装工程等) , 都有一定的难度系数, 每个分部分项工程的特点、规模和实际情况各不相同, 都可以应用不同的施工技术和施工机具来完成。我们在这里重点研究工业厂房内地基基础与深基坑的土建施工技术。

1 工业厂房内地基基础与深基坑特点

对于工业厂房, 地基基础主要承受厂房结构柱 (钢结构或混凝土结构) 、生产设备等等上部荷载, 一般情况下上部荷载较大, 对地基基础变形敏感。其地基是指厂房建 (构) 筑物荷载作用下基底下方产生的变形不可忽略的那部分地层, 而基础则是指将建筑物荷载传递给地基的下部结构。作为支承建筑物荷载的地基, 必须能防止强度破坏和失稳, 同时, 必须控制厂房基础、设备基础的沉降不超过地基的变形允许值。在满足上述要求的前提下, 尽量采用相对埋深不大只须普通的施工程序就可建造起来的基础类型, 即称天然地基上的浅基础;地基不能满足上述条件, 则应进行地基加固处理, 在处理后的地基上建造的基础, 称人土地基上的浅基础。当上述地基基础形式均不能满足要求时, 则应考虑借助特殊的施工手段相对埋深大的基础形式, 即深基础 (常用桩基) , 以求把荷载更多地传到深部的坚实土层中去。工业厂房内的地基基础施工经常受厂房建 (构) 筑物、地下管线、架空管道、地下障碍物等所限制, 常规的施工手段及大型施工设备均难以实施, 往往需要采用非常规地、特殊的机械设备进行施工。

工业厂房内的深基坑, 一般是指开挖5.0m深度以上基坑, 其往往受周边厂房建 (构) 筑物的影响, 施工场地狭小, 地质条件复杂, 基坑开挖对周边建构筑物、工业生产影响均较大, 大型施工机械设备也无法进入现场施工, 施工难度很大。

2 工业厂房内地基加固处理与基础施工技术

(1) 工业厂房内地基处理加固技术

工业厂房内地基处理常规的施工技术包括:砂石回填置换、灰土置换、搅拌桩复合地基、高压注浆复合地基、CFG桩复合地基、强夯地基、强夯置换等等。这些地基处理加固手段在工业厂房内受场地空间、地质条件、周边环境等限制, 均有一定的局限性。本文作者结合多年在工业厂房内的施工设计经验, 特提出一种针对工业厂房内狭小空间内地基加固处理施工手段—微型钢管喷灌桩。具体施工方法如下:

(1) 采用工勘100型钻机成孔, 成孔直径φ146mm; (2) 埋入φ118或φ127钢管, 同时埋入φ50的注浆花管; (3) 采用小型泥浆泵将泥浆抽出; (4) 对于临时支护结构设施直接在钢管内灌注C15混凝土, 填满分段捣实;对于上部结构为永久结构设施, 在钢管内外侧填入瓜米石和砂, 均振捣密实; (5) 将管口采用素混凝土封口, 封口深度必须达到1.0m以上; (6) 封口混凝土达到一定强度后, 再利用注浆花管进行高压注入水泥浆浆, 注浆压力达到2～3MPa; (7) 待养护28d后进行复合地基检测。

通过本文介绍的微型钢管喷灌桩加固后的复合地基承载力可以达到150～180KPa, 大大地改良了工业厂房的地基。该种微型钢管喷灌桩复合地基具有如下优点:施工设备小, 在工业厂房狭小空间均可施工;复杂土层都能穿过, 尤其对于工业厂房原来建厂时回填的杂填土层具有很好的实用性;施工手段简易方便, 经济性好, 具有一定的实用性。

(2) 工业厂房常见的桩基础土建施工技术

桩基础具有承载力高, 沉降量小而均匀, 沉降速率缓慢等特点。它能承受垂直荷载、水平荷载、上拔力以及机器的振动或动力作用, 已广泛用于工业厂房、桥梁、水利等工程中。工业厂房常见的桩基础施工主要包括预制桩、钻孔灌注桩。预制桩施工技术有静压法和锤击法, 锤击打桩机打桩施工噪声大, 特别是当工业厂房建在离居民点不远处, 打桩会影响居民休息, 为了减少噪声, 可采用静力压桩。

静力压桩是在软弱土层中, 利用静压力将预制桩逐节压入土中的一种沉桩法。这种方法节约钢筋和混凝土, 降低工程造价, 而且施工时无噪声、无振动、无污染, 对周围环境的干扰小, 适用于软土地区、居民点附近或建筑物密集处的工业厂房桩基础工程, 以及精密工厂的扩建工程。振动沉桩是利用固定在桩顶部的振动器所产生的激振力, 通过桩身使土颗粒受迫振动, 使其改变排列组织, 产生收缩和位移, 这样桩表面与土层间的摩擦力就减少, 桩在自重和振动力共同作用下沉入土中。振动沉桩设备简单, 不需要其他辅助设备, 重量轻、体积小、搬运方便、费用低、工效高, 适用于在粘土、松散砂土及黄土和软土中沉桩, 更适合于打钢板桩, 同时借助起重设备可以损桩。打桩开始时, 应先采用小的落距 (0.5～0.8m) 作轻的锤击, 使桩正常沉入土中约1～2m后, 经检查桩尖不发生偏移, 再逐渐增大落距至规定高度, 继续锤击, 直至把桩订到设计要求的深度。打桩宜采用“重锤低击”。

灌注桩施工技术, 通过机械钻孔、人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔, 并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩, 具有承载力大, 抵抗沉降变形好等优点, 在工业厂房中应用较广。但对工业厂房特殊技改项目, 由于受场地条件限制, 大型机械设备无法进场, 常用的施工手段是人工挖孔, 但人工挖孔桩必须采用可靠的护壁措施, 如钢筋混凝土、钢护筒等措施。

3 工业厂房内深基坑施工技术

工业厂房内深基坑施工往往比一般的新建项目深基坑施工复杂的多。工业厂房内深基坑施工受场地大小、工业生产、地质条件、周边环境等因素影响, 施工风险、难度均很大。基坑支护常规的技术手段有排桩加支撑结构体系、地下连续墙、SMW工法插型钢加支撑系统、沉井等等。本文结合某工业厂内的深基坑支护工程实例来研究深基坑施工技术, 具有指导和借鉴意义。

某钢厂基坑开挖深度13.6m, 基坑位于生产车间内, 四周有厂房柱基, 基坑北面正上方货运火车通过, 基坑30m范围内建 (构) 筑物及地下管线较多, 基坑整个侧壁上部为粉细砂层、下部均为淤泥质粉质粘土层, 部分区域在以前建厂时经过搅拌桩、碎石桩、强夯置换处理过, 地下水和工业生产用水地下管网互通, 地下水极其丰富。针对该基坑特殊条件, 设计采用排桩加钢管支撑作为维护体系, 外侧采用高压旋喷桩作为止水系统, 铁路铁轨采用箱型钢梁进行托换, 坑内采用大口径疏干井以及坑外采用减压降水井作为降水体系。周边厂房柱基采用高压注浆进行加固保护等措施。

由于基坑地下障碍物等情况造成外侧止水帷幕不能形成较好的封闭系统, 在基坑开挖过程中出现局部区域渗水流砂现象, 采用引、堵结合的方法进行防渗堵漏, 比如采用速凝混凝土封堵, 预置滤水管引水减压。具体做法为: (1) 分层段对桩间缝进行封堵处理, 每层深度不大于1.5m, 挖一层、封一层、再挖下层, 循环作业; (2) 对需要嵌补混凝土的桩间侧壁刷洗干净, 桩侧钻孔布置钢筋网片, 分层支模, 分层浇捣干硬混凝土 (1:1配制的水玻璃溶液) 。对于流砂不断而无法封堵的地方, 先行注浆固结 (注入水玻璃和水泥浆) 再封堵; (3) 对涌砂、涌水较多的桩间缝进行处理时, 针对涌水点预置Φ50的引水滤管, 以释放水压力, 有利于封堵混凝土凝固和成形; (4) 对桩间因涌砂、涌水而形成的较大的空洞, 用掺和水泥的黄泥充填、捣实。同时在空洞较大的地方, 预置一根注浆管, 待封堵混凝土初凝后对充填区进行压密注浆, 以加强桩间壁后的密实性, 充填因桩间涌砂而形成的空隙, 防止和控制坑内涌砂、坑外沉降的发生和发展; (5) 对于看似完整的临空面, 在其他涌砂、涌水被封堵后变成薄弱面, 形成新的涌砂、涌水突破点, 采用粉刷50mm厚高强砂浆护壁; (6) 对桩间缝较小的部位, 采用桩间砂浆砌红砖的方法防渗堵砂。

针对工业厂房内深基坑支护工程, 不能采用单一的施工手段, 经常需要采用多施工工艺、多施工手段、多施工设备相结合, 才能确保工业厂房内深基坑施工安全、不影响工厂生产, 对今后类似的工业厂房内的深基坑具有较强的指导意义。

4 结语

工业厂房内的地基基础与深基坑施工技术在大型工厂技改项目中起着极为重要的作用, 作者结合多年工业厂房内地基基础设计施工经验, 对其地基基础、深基坑施工特点和施工技术进行研究, 提出一些比较实用的施工方法, 具有一定实用价值。由于工业厂房内的地基基础、深基坑施工极其复杂, 不同的项目有不同特点, 因此对它的探讨是一个很漫长而艰巨的任务, 同时也是一个研究创新的好领域, 具有较大的社会意义。

摘要：地基基础与深基坑施工技术对于工业厂房土建施工具有极为重要的作用, 一般情况下, 工业厂房的地质情况及周边环境极其复杂, 施工难度大, 因此有必要对其进行探讨。本文就针对工业厂房内的地基基础加固处理与深基坑工程技术进行分析, 对工业厂房内地基加固、桩基础以及深基坑土建施工技术进行了研究, 具有一定的参考价值。

关键词：工业厂房,地基基础,深基坑,施工