1翻车机基坑施工方案选择
1.1新建翻车机与周围原有建筑的关系新建翻车机室西侧毗邻原有原料场围墙，与翻车机距离仅4m，围墙外侧为地方公路和雨季排洪沟;南侧为原有红泥料场大棚，距离为35m;东侧距离原料场临时铁路卸车线不足30m，并且需预留出进出原料场地的卸、运机械设备通道;北侧场地开阔。翻车机相对位置如图1所示。1.2翻车机基坑施工方案选择1.2.1大开挖方案大开挖方案的优点:①相对于其他施工方案，便于基坑混凝土结构施工，有利于保证工程质量;②有利于施工安全。缺点:①施工场地占用面积大;②土方挖、运工程量大，工期长;③施工需采取降水措施，时间长，施工成本高;④基坑混凝土结构施工完成后，土方回填工程量大。本工程根据基坑设计深度和工程地质条件，采用大开挖方案，基坑挖土方需周围进行1∶1放坡，并留设降水和施工工作面。采用此方案，需要足够的施工场地。土方开挖断面如图2所示。西侧放坡边线超出厂区地界外18m，将占用地方农民路和排洪沟，需临时征地4亩并改迁农民路和排洪沟，不仅增加工程费用，而且延长工期1个月。另外，经计算，仅土方开挖3万m3，基坑混凝土结构施工完成后还需回填2.3万m3［1］。1.2.2土钉墙支护方案土钉墙支护方案是在场地开挖空间受限，土体放坡坡率大于允许坡率的情况下，土体需采取加固措施才能保持稳定。优点:①施工占地相对较小。但是，在现有场地界内仍难以满足基坑土建施工和材料堆放、施工机具所需的场地。②土方挖运量相对于大开挖施工方案小。③便于基坑混凝土结构施工，有利于保证工程质量。缺点:①土钉施工工期过长，相对于沉井施工方案长1.5个月;②施工措施费用过高;③施工降水时间长，费用增大;④为了保证施工安全，土钉墙施工质量要求高，需要专业队伍施工。土钉墙断面如图3所示。土钉墙施工面积2100m，所需工期至少45d，施工费用150万元［1］。1.2.3沉井方案其前提条件首先是地质条件满足沉井下沉需要，自±0.000～－20.000m土质为回填土、亚黏土、砂卵石，无需爆破或大块岩石;其次是基坑结构为钢筋混凝土，沉井的主体结构形式较简单，且强度和刚度较大，适宜沉井施工。沉井主要施工工序为，在地面先进行基坑沉井混凝土结构制作，达到设计强度后进行基坑内挖土并下沉至设计深度，基坑底板封闭，内部各层平台结构施工。优点:①施工占地小，现有施工场地完全能够满足沉井方案的施工要求;②工期与其他施工方案比较可缩短近2个月;③地下降水时间相对缩短，施工措施费低;④土方挖运及回填工程量大大减少，降低工程费用。缺点:①沉井混凝土结构施工技术难度大、要求高，沉井施工的强度和刚度相对于其他施工方案增大，需对基坑结构进行强度、整体刚度校核并加强相关部位的结构断面，满足沉井要求，因此施工措施费用相对过大;②对于大型结构尺寸、内部结构工艺复杂的沉井，其沉降施工精度要求高，控制难度大，风险大，一旦沉降误差超过规范要求，不能满足工艺需要，将造成不可挽回的损失［2］。1.2.4方案比选根据上述3个方案的优、缺点进行对比分析，决定采用沉井施工方案。
2沉井施工技术措施
2.1沉井结构设计根据沉井工艺施工的特点和地勘报告给出的工程与水文地质条件，本着施工顺畅、简便易行、缩短工期、节省投资、保障安全的原则，结合地下水位线－5.700m处的情况，截取基坑结构－5.500m以下作为沉井结构的主体，并将沉井结构的钢筋混凝土施工平台设置在－5.500m的基坑内，避免了沉井钢筋混凝土施工时地下水的困扰。沉井主体断面如图4所示。为了方便沉井下沉机械土方施工和保证沉井下沉过程中结构满足强度和刚度的要求，对原结构的设计须进行必要的调整并进行校核。2.1.1沉井结构设计取消原设计－13.100m标高处的②，④号轴线处2根底板梁，为了满足沉井下沉强度和整体刚度的要求，保留③号轴线DL-1，并在井壁－10.400m标高处增设1道圈梁，以便加强沉井井壁的强度和刚度。2.1.2沉井井壁内力分析及强度、刚度校核因为沉井下沉施工至－17.100m，进行封底板施工之前，沉井下端处于敞口状态。在土压力作用下，下端口壁板的强度和刚度是否满足沉井施工要求须进行校核。1)沉井井壁内力分析土压力的计算按照朗肯理论，主动土压力系数λ=tan2(45－φ/2)，φ取30°，土的重度取18kN/m3，因施工中采取井点降水，计算时不考虑水压力;－5.500m以上土方先行施工，土压力减小。为了简化计算，可考虑将减小的土压力与地面施工的活荷载相互抵消，其土压力不予折减。经计算，q平均=(q17.1+q16.1)/2=100kN/m。井壁在水平力作用下计算模型的建立:纵向壁板上、下端均为自由端，中间框架设有底梁、框架梁与之相连，在水平荷载作用下可看作两端固定的梁进行计算，沿井壁高度取1000mm为计算单元。经计算，MB=MA=－ql2/12=－1875kN·m;Mmax=ql2/24=938kN·m。2)井壁强度校核依据原设计图纸，井壁厚度h=1000mm，Ⅱ级钢筋(25@100)，As=A's=5390mm2，属于矩形截面双筋受弯构件，经计算，极限承载力Mu=1488kN·m＜MB=1875kN/m。强度不满足要求，必须加大截面，调整后的h=1200mm，重新计算后Mu=1811kN·m＜MB=1875kN·m，误差为3.4%＜5%，在允许误差范围之内，满足要求［3］。3)挠度验算经计算，在均布荷载作用下跨中挠度计算值为17.500mm，规范允许挠度为37mm，挠度验算满足要求。最终将原设计井壁厚1000mm改为1200mm，配筋保持不变［3］。2.2沉井施工方法和主要施工步骤①首先，将沉井结构施工所需工作面的土方降至－5.500m处;②进行其沉井井壁由刃脚－17.100～－5.500m处混凝土结构施工;③强度达到设计要求时，开始沉井施工降水和沉井下沉施工，将沉井井壁混凝土结构整体沉降至设计标高(－17.100m);④进行沉井内底板混凝土封闭施工;⑤基坑内部和－5.500m以上混凝土结构施工。基坑结构施工如图5所示。
3沉井施工
3.1沉井结构制作及施工沉井高11.600m，采用分段浇筑、一次下沉的方法。3.2沉井下沉施工由于沉井结构尺寸和下沉深度较大，翻车机主体设备和轻、重车铁路工艺尺寸对其轴线、标高误差要求高，对于初沉、终沉及下降过程中纠偏控制和沉井施工增加了难度。为此，制定严谨、切实可行的沉井下沉施工方案非常关键。3.2.1沉井下沉阻力计算根据沉井质量和各层地勘报告给出的参数，在沉井下沉前需进行下沉计算。G≥K1·Ｒf(1)式中:G为沉井总质量，经计算为38000kN;K1为下沉系数，根据地质条件，查表得K1=1.15;Ｒf为摩阻力总和，采用降水下沉，水的浮力不予考虑，经计算得Ｒf=15479kN。经计算，满足下沉要求。3.2.2下沉施工沉井下沉施工是沉井施工最为关键的一道工序，尤其是大型的平面尺寸和较深的混凝土结构，如果没有科学、严格的方法和控制措施，最终的下沉效果难以达到设计、规范和工艺要求的标准，对工期和经济而言，将造成不可挽回的损失。为了避免出现下沉速度过快，造成失控和偏差超标，反复研究、制订了下沉施工方案，其重点放在下沉过程的控制方法上。首先遵循“纠偏为主，沉降为辅”的指导思想，严格控制下沉速度，避免出现失控。其次是一旦出现垂直度超出偏差范围(重点控制沿纵向中心线向左、右的倾斜)或异常情况，必须要有可行、有效的控制手段，加以调整并保证下沉顺畅。1)土方挖掘及顺序沉井内土方挖掘采用2台0.5m3小型挖掘机，分别置于2个格内进行施工，自制4个容积2m3的提升斗轮换使用，由2台汽车式起重机进行土方垂直运输。两个格内的挖掘机必须严格对称挖掘施工，按照先中间、后四周刃脚的顺序进行，确保下沉速度均匀、顺畅、平稳。每层土方挖掘顺序如图6所示。图6沉井挖土顺序示意Fig．6Caissonexcavationsequence2)沉井下沉的控制标准及措施按照施工规范和有关参考文献要求以及结合本工程特点，研究制定了本工程的沉井下沉控制标准，主要是水平位移、四角的标高两项指标，其沉井下沉到最终位置时，应符合下列标准:①水平位移(按平面轴线)不得超过下沉总深度的1%，取110mm。②矩形沉井刃脚底四周中任何两点的高差(最终标高)，不得超过该两角间水平距离的1%且最大不得超过300mm，即长向0.300m，短向0.15m。考虑到垂直度对地上结构和主体设备工艺的要求，均控制在100mm以内。③经换算，长边中心线垂直偏差应≤78mm，短边中心线垂直偏差应≤39mm。下沉时由于受沉井的重心和重力作用，沉井沿纵向(长向)中心线向左、右极易倾斜，如倾斜过大(Δ≤300mm)，不易纠偏，终沉时难以保证垂直度的要求。对此，在长边刃脚处挖土时严格控制挖土顺序、每层挖土深度非常必要，并随时观测和控制此方向的倾斜。沿横向中心线向左、右倾斜相对比较容易控制。因此，为便于土方挖掘，保持下沉施工进度，此方向的倾斜在达到终沉前不宜严格控制。按照上述步骤循环挖土，在沉井将沉至接近设计标高1m时，周边开挖深度应＜300mm或更薄一些，避免此时发生倾斜，无法纠正，在沉井沉降至距设计标高200～100mm时，停止取土，将刃脚下的土方按终沉标高修整挖出后，依井自重下沉至设计标高。3)沉井测量控制与观测平面位移与标高的控制是通过沉井四周地面上设置的纵横十字中心控制线和水准点进行的。垂直度是在沉井上按8等分标出垂直轴线，以吊线锤对准下部标板进行控制。下沉挖土时，随时观测垂直度，当线锤距离墨线达100mm，或四周标高不一致时，应及时纠正。沉井下沉控制，在沉井的两侧用红油漆画出标尺，用水准仪观测沉降。在下沉过程中，垂直度和标高每班观测2次，班中及每次下沉检查1次，如倾斜、位移和扭转超过控制范围，及时纠偏，使偏差控制在允许范围内。4)沉降结果经精心组织，严格过程控制，沉井下沉施工圆满完成，各项终沉参数均在预先控制的范围内，达到了理想效果。监测点布置如图7所示，终沉结果如表1所示。
4结语
工程现已全部完成并投入运营。经过总结分析，由于施工方案选择得当、科学合理，总工期比其他两个方案缩短了53d，为烧结厂多创造产值效益1亿元;节省施工措施费及上海职称少征地和改迁等费用，实现经济效益343万元。
作者：李新明 单位：北京首矿工程技术有限公司
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