泵站主副厂房支护设计与分析
2015-10-21乐生耀
乐生耀
摘要：
本文介绍了华北地区某排海泵站主副厂房之间支护结构的设计思路，并对施工期观测结果进行对比分析，分析结果表明设计方案是安全可靠的，同时对文中提及的影响支护结构安全的因素进行思考，对今后类似工程具有一定借鉴意义。
关键词：主副厂房 支护 位移
前言
大中型泵站的主厂房一般埋深较深，副厂房埋深较浅，两者结构上相互独立，相当于建筑工程中的主楼与裙楼。受泵站进出口流道的影响，泵房一般无法按照深基坑支護的方式进行施工，大都采用明挖的方式进行，当遇到副厂房下需采用桩基处理的情况时，往往需要等主厂房施工完成并回填至副厂房底板底时，方可进行副厂房的桩基施工，这样带来了几个问题，一是在回填土上打桩，受回填土沉降变位的影响，容易对桩体产生破坏；二是待回填土沉降完成后，底板底往往会和桩间土体脱空，在基础与周边土体结合部分产生缝隙；三是主副厂房不能同时施工，容易造成工期上的延误。
本文以华北地区某排海泵站为例介绍了一种对副厂房基础土体进行支护的设计方案，该方案主副厂房桩基可以同时施工，不会产生回填土沉降带来的弊病，同时节省了工期。
1工程概况
该泵站位于华北环渤海地区，主厂房长84.8m，宽36m，底板底高程最深处为-9.85m；副厂房长42m，宽20m，底板底高程为-0.30m。主副厂房相邻而立，之间设变形缝，缝宽15cm，设计地面标高为4.20m。
由于该泵房坐落于现状河道的深槽处，该处存在较深厚的淤泥质土层（层底高程约为-15.0m），地基承载力不足，主副厂房均需要采用桩基处理，主厂房采用直径1.0m钻孔灌注桩，桩长21m；副厂房采用直径0.7m灌注桩，桩长30m，桩底坐落于持力层。
地质参数建议值见表1。
表1 土体物理力学性质建议值表
层号
地层
岩性
湿重度
孔隙比
自然快剪
饱和固结快剪
承载力建议值
凝聚力
内摩
擦角
凝聚
力
内摩
擦角
r
e
C
ф
C
ф
fak
kN/m3
kPa
°
kPa
°
kPa
①
淤泥
15.89
1.842
4.8
1.0
②-1
淤泥质黏土
17.20
1.338
5.4
1.2
17.0
5.5
50
②-2
淤泥质黏土
17.55
1.209
20.8
5.8
60
②-3
粉土
19.46
0.683
12.0
19.0
120
②-4
粉质黏土
18.67
0.902
24.3
7.7
90
③-1
粉质黏土
19.50
0.725
24.0
9.4
120
④-1
粉土
19.82
0.618
10.9
22.0
140
⑤-1
细砂
0.0
28.0
240
⑤-2
细砂
0.0
32.0
260
2支护结构设计
主副厂房之间坑深最深处采用桩径1.0m桩长25m间距1.2m钻孔灌注桩进行支护，桩顶高程-1.50m，其两侧随主厂房开挖放坡线变化，桩长逐级递减，支护桩顶设1.2m×1.0m冠梁，冠梁顶高程为-0.50m，冠梁角点处设0.8m×1.0m拉梁，每处角点各三道，冠梁末端设拉桩，拉桩间距5m，共9根。
在平面上，支护桩成U型排列，在冠梁层由角拉梁和对拉梁形成整体，并在冠梁末端由拉桩锚定在土体滑裂面外，平面布置形式见图1，纵剖面布置见图2。
图1 支护结构平面示意图 图2 支护结构纵剖面示意图
副厂房基础桩与主厂房边墙净距仅为1.20m，支护桩只能布置在该范围内，而支护桩与副厂房底基础桩之间还应保持10cm左右的施工距离，最终设计的支护桩桩顶冠梁边缘与主厂房边墙间距仅为10cm，这对支护桩的水平位移提出了很高的要求。
支护桩位移过大将影响主厂房边墙的施工，而且位移会使支护桩内土体发生变形，影响副厂房基础桩的成桩质量甚至废桩。为防止支护结构水平位移过大，设计方案在冠梁中间弯矩最大处加设了一道拉梁，末端采用三根拉桩锚定在滑裂面外；同时在主厂房底通过水泥土搅拌法人工加固坑底土体，以抵抗支护桩桩身的挠曲变形。通过建模分析，坑深最深处支护桩，开挖至坑底工况内力位移计算结果见图3：
图3 开挖至坑底工况内力、位移结果图
数值分析结果显示支护桩桩身最大位移约2.2cm，在10cm以内，不会影响到主厂房边墙的施工。最终的施工期桩顶位移监测数值稳定在1cm左右也证明了数值分析的结论。
3观测结果分析
施工期桩顶水平位移监测结果稳定在1cm左右，说明支护桩承受的水平荷载要小于设计工况下的水平荷载，分析其原因有以下几种：1、由于该基坑是地上式的基坑与普通基坑相反，没有周围地下水的补给，同时，围护桩范围内土体中的水随时间推移不断消散，这使得作用在支护桩上的水压力逐渐趋于0。2、土体尤其是粘性土在失水后，自身物理力学性质会大大提高，对支护桩的侧向土压力自然减少。3、支护桩内副厂房的基础桩群形成栅柱，阻碍了桩间土的水平滑动，减少了支护桩上土体的侧向土压力。
虽然在方案设计时考虑以上可能的有利因素，但这些有利因素最终都没有纳入到设计中来，毕竟支护桩内的土体都是淤泥质粘土，排水效果如何无法验证，而设计用来承受竖向荷载的基础桩更不可能用做抵抗坑深近10m的土产生的水平荷载。最终这些有利因素均当做安全储备体现在支护结构设计方案中。
4、结语
本文通过设计方案介绍结合施工期观测结果，对华北地区某排海泵站主副厂房之间支护结构的水平位移数值分析进行了思考，分析了影响支护结构安全的各种因素，对今后类似工程具有一定借鉴意义。
参考书籍：《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）
《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）
《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）
