摘 要 通过地处上海某厂锅炉房濒危烟囱北侧仅5米处的实验楼基础施工,详尽介绍了施工过程中保护濒危烟囱的防护工程对策,以及采用信息化施工技术而取得的良好经济效益。
关键词 濒危烟囱 防护工程对策 信息化施工技术 经济效益
1 引 言
某厂锅炉房烟囱建于1975年,原高度为45m,其基础采用φ10800mm的圆形钢筋混凝土承台,承台砌置深度约为2m,承台持力层采用②1层褐黄色粉质粘土。1995年发现该烟囱已向东南倾斜,最大值达到640mm,当时采用截高处理,现实际高度为32m。2002年1月对现烟囱进行倾斜观测,发现烟囱的顶部向南、向东仍分别倾斜了436mm和48mm,总倾斜值为438.6mm,倾斜率达到13.7‰,远超过规范规定的高耸建筑物容许倾斜率6‰的规定。现拟在该烟囱北侧约5m外建1幢地下1层、地上3-5层实验楼。在事先未查明该厂烟囱为濒危烟囱的情况下,原设计实验楼基础采用350mm×350mm×31m预制方桩加地梁承台,工程桩总数为196根。基坑围护结构采用φ700mm×l2m水泥土搅拌桩挡墙。基坑开挖深3m,局部达到4m。施工前夕在得知该烟囱为濒危烟囱,有关方面经多次研讨后,为从根本上消除压桩施工对濒危烟囱的挤土影响,曾一度提出全部改用钻孔灌注桩基础,但采用这样的方案不仅已备好的预制砼方桩不能使用,工程成本相对增加,而且基础工程工期将要大大延长。在此情况下,如何在确保濒危烟囱安全的前提下,仍然采用原设计的预制砼方桩基础方案就显得十分重要了。
2 影响烟囱安全的因素与防护对策
当该工程基础仍然采用预制砼方桩加地梁承台,基坑围护结构仍然采用水泥土搅拌桩挡墙时,实践表明,施工时影响实验楼南侧濒危烟囱安全的因素主要有:
1、基桩压桩施工过程中产生的土层孔隙水压力增高引发的侧向挤土作用。
2、基坑围护结构深层水泥土搅拌桩施工中的高压注浆引发的侧向挤土作用。
3、基坑开挖过程中的围护结构墙体内侧产生的侧向卸荷效应和墙体外侧相应产生的土体损失失稳作用。
4、基坑开挖过程中围护结构墙体可能存在的渗漏作用。因此,在实际施工过程中,如何有效地控制甚至基本排除这些不利因素的影响,就必然成为制定安全施工防护对策的关键所在。为此,在实际施工时,我们主要采用了如下一些防护措施:
1、为尽可能消除压桩施工和搅拌桩喷浆产生的
侧向挤土作用,首先在烟囱北侧埋设了一排孔隙水压力释放砂桩,砂桩呈三角形交错布置,间距1.0m,桩长15.5m(穿透③④透水性较差的淤泥质粉质粘土层和淤泥质粘土层)。
2、合理安排压桩流水,严格控制压桩和搅拌桩施工速率,以便使压桩和搅拌桩施工过程中产生的超孔隙水压力能够得到均匀和及时释放。
3、在邻近濒危烟囱的基坑南侧水泥土搅拌桩挡墙中加插工字钢肋骨和工字钢斜撑,以减少基坑开挖时围护结构墙体的侧向位移变形和烟囱基础下深层土体失稳。
4、在烟囱周边事先建立了一个完整的四维空间监测预警系统,以便对施工过程进行全面监控,对可能出现的险情进行预测预报,以便及时指导和调整上述各类防护措施的实施。为此:
①在烟囱基础的四个角点各设1个垂直位移变形监测点(f27-f30);
②在烟囱东西、南北两个垂轴上各设立1个倾斜变化监测点(c1,c2);
③在基坑和烟囱基础之间的深层土体中,分别埋设了2个深层土体水平位移变形测斜孔(cxl孔,孔深32m;cx2孔,孔深15m),3个孔隙水压力监测标(编号分别为k1、k2、k3,其k1压头埋深为6m,其k2、k3压头埋深均为10m)。2个地下水位观测孔(编号分别为sw2、sw3,孔深均为4m),上述防护工程的具体布置情况详见图1。
3 防护措施实施与效果
按照上述防护对策方案,在实际施工过程中,先后于2002年2月上旬至4月上旬相继完成孔隙水压力释放砂桩、工程压桩、基坑围护结构搅拌桩、围护墙支撑及基坑开挖与地下室结构施工。施工过程中实行了严密监控和防护措施调整,监测结果表明:
1、在孔隙水压力释放砂桩施工的2002年3月10日至16日期间,由于采取严格控制砂桩施工速度,并采用隔桩跳打方式,烟囱基础周边的垂直位移累变量一般均严格控制在-1一-2 mm之内,其南北方向的差异沉降也均未超过-1mm,并略向偏安全的北方倾斜变化3mm以上(见图2、3)。
2、在工程桩压桩施工的2002年2月16日至20日期间,由于采取时远时近分散压桩的的压桩流水并严格控制压桩速率,保持距烟囱1倍桩长范围内的压桩速率每天1—2根,使基坑南侧(烟囱北侧)砂桩对压桩挤土引起的超孔隙水压力得到及时释放(释放周期一般只有48小时左右,见图4)。
位于烟囱北侧cxl孔的深层土体最大水平位移累变量不仅在深处(18m左右)只向南位移-18mm左右,而在浅部(8m深度以上),由于烟囱的顶限作用,还表现为略向北位移9mm左右(见图5)。此时,只有在烟囱西北侧10m以外的cx2孔,深层土体才表现为浅部(8m以上)向南水平位移变形,但其最大水平位移累变量一般也只有-19mm左右。故在此期间,烟囱基础的最大垂直位移累变量不仅仍控制在+2mm左右,而且其南北差异隆起量仍然控制在+1mm左右(见图2),与此相对,在此期间烟囱向南、向东倾斜变化幅度仍分别控制在4mm和7mm左右(见图3)。表明在此期间,烟囱虽略有向原有的向南、向东危险倾斜方向增大了约8mm,但仍在可控制的安全倾斜范围之内。
3.在基坑围炉结构水泥土搅拌桩施工的2002年2月20日至3月12日期间,由于施工时同样采取隔桩跳打的方法成桩,位于烟囱基础北侧10m深度的土层孔隙水压力虽略有升高,但消散时间极为短暂,一般只有30小时左右(见图4),表明搅拌桩施工时注浆引起的超孔隙水压力,不仅幅值较小,而且影响范围也相对局限。与此同时,位于烟囱北侧的cx1孔深层土体在注浆挤土作用下,处于5-15m深度间的深层土体虽继续向南水平位移,其最大水平位移累变量虽也一度最高达-33m左右,但后期当孔隙水压力得到消散后,又很快回弹到-22mm左右。而该孔5m深度以上的浅层土体由于烟囱基础的顶限作用,其水平位移累变量最大时虽一度也达到-10mm左右,但后期一般都均回弹到原有的平衡位置。致于位于烟囱基础西北侧的cx2孔,在搅拌桩注浆挤土作用下,处于4-12m深度间的深层土体在施工中期其最大向南方向水平位移累变量虽也一度高达-23mm,但在后期随注浆超孔隙水压力的消散也均有明显回弹(见图5)。正因为如此,在此阶段,烟囱基础的垂直位移变形,实际上并未表现为明显的上隆,反而出现最大-5mm的沉降,且北侧沉降略大于南侧(见图2)。与此同时,烟囱也相应向北回倾10mm左右。也就是说,在此阶段后期,该烟囱实际上不仅没有继续向南倾斜变化,反而开始逐步向北回倾。
4.在基坑开挖和地下室结构施工的2002年3月16日至4月10日期间,由于基坑挖土的侧向卸荷作用,位于烟囱北侧cxl、cx2孔处的深层土体随即出现明显的向北回弹,其最大回弹幅度可分别高达5mm和10mm左右。与此同时烟囱基础也相应出现明显的沉降变形,其南北两侧的最大沉降位移累变量最终可分别高达-6mm和-12mm,南北差异沉降量也可高达-5mm左右。这样烟囱向北倾斜回弹幅度最终也可达-21mm左右。表明施工结束后,烟囱的倾斜值较施工前不仅未加大,而且反而向安全方向略有回弹。
4 结 论
综上所述可见,在本工程基础施工过程中采用合理防护措施,对施工过程进行严密监控,严格实行信息化施工,不仅有效地确保某厂濒危烟囱仍然处于原有的变形状态,而且还使该烟囱向东南方向的倾斜变形略有减小,并重新处于新的相对稳定状态。同时在经济效益上,也较采用钻孔灌注桩方案节省约30%的费用,并确保实验楼施工能够按原定计划完成,取得了良好的经济技术效益。
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