一、工程概况

连轧车间结构形式为等高三跨排架结构，排架跨度:28.0m+21.0m+21.00，柱间距6.0m，屋盖采用轻钢结构，变截面工字钢屋面梁，槽钢檩条，钢夹心板屋面，钢筋混凝土柱，轨道标志标高8.0m，外墙为砖砌体有梁体系，每个车间设置二部10吨中级工作制桥式吊车，天然地基独立杯型基础。柱牛腿顶面标高+7.000，柱顶标高+11.800，檐口标高+14.500，基础底面标高-1.500

二、改造内容

拟将B-C-D跨车间改造为连轧车间，改造内容：

1、生产线设备基础采用钻孔灌注桩；

2、B-C跨的3#-12柱之间区域具备同时停两台16吨行吊车；

3、B列2#-4#柱之间布置加热炉，3#柱抽掉，加热炉基础最大埋深约3.5m，宽度约9m；

4、B列6#-8#柱内侧布置粗轧润滑站，站坑紧靠立柱基础，深度约6.0m；

5、B列8#-12#柱外侧布置一次沉淀池，立柱中心到池边距离4.0m，最大深度约9m；

6、B列12#-18#柱内侧，布置棒材液压润滑站，站坑紧靠立柱基础，深度约6.0m;

7、B列27#-33#柱外侧布置综合水泵房，距离4m，水池最大深度约3.5m；

三、工程地质条件

场地地貌为长江河漫滩。地基土除素填土外，分布有第四系全新统长江冲积形成的粉质粘土夹粉土、粉土夹粉砂、粉砂夹粉土、粉砂，深部为第四系上更新统冲积土层。场地地基土层在埋深34m深度范围内根据时代成因及物理力学性质将地基土可分为8层，现自上而下分述如下：

四、改造工程特点

本工程为既有建筑改造，具有如下特点：

1、既有结构功能性改变后，主要承重结构构件需要加固；

2、地基基础除了承载能力方面的加固外，还要考虑内部设备基础开挖对基础的影响，特别是基坑围护侧向变形以及降水施工对地基基础结构的不利影响；

3、内部改造，室内净空约11.8m，内部改造施工时的大型机械设备如桩基础以及吊装机具受到限制，改造加固方案应考虑机械设备受限因素。

4、改造工期较紧，应考虑各工序的有效衔接，尽量减少湿作业以及技术养护时间。

5、可能由于工期较紧，无法实现“先深后浅、先地下后地上、先结构后建筑”的基本建设原则，需要采取交叉作业，因此工序之间需要独立的承载能力体系与防护措施。

五、改造工程总体流程

根据建设单位总体要求与分部分项工程初步安排，该项改造工程分为三项主要内容及三个阶段，即原结构地基基础加固、车间内设备基础施工、上部结构加固与扩建。

六、原结构荷载估算

已知条件：轨顶标志标高8.0m，柱顶标高11.8m，跨度21.0m/28.0m，柱距6.0m，屋面为夹芯板，C型钢有檩体系，檩条间距1.5m，变截面工字型钢屋面梁，外墙为砖砌体有梁体系。

1、永久荷载（作用于基础顶面）

（1）屋面系统：压型金属复合保温板（JXB42-333-1000），自重标准值0.16KN/m2；冷弯薄壁卷边槽钢檩条跨度6m，间距1.5m，檩条及拉条自重标准值0.10 KN/m2；工字钢截面屋面梁重量标准值1.3KN/m。则边柱B柱顶承担屋面系统永久荷载标准值为40KN，中柱C柱顶承担屋面系统永久荷载标准值为70KN。

（2）柱：钢筋混凝土牛腿柱，边柱自重标准值69.3KN/，中柱自重标准值78.2 KN。

（3）吊车梁：通用A4-A5级3-30吨6.0m柱距预应力钢筋混凝土吊车梁，自重标准值3.25KN/m，钢轨：标准值0.43KN/m，作用柱牛腿标准值22.1 KN。

（4）维护墙体：基础边净距仅1/3柱距，按维护墙有梁体系考虑，墙厚度240mm，柱间维护墙折算作用于基础顶面总集中力标准值约315KN。

（5）基础：原基础埋深1.5m，基础底面积4.5*4.0m，全部覆土自重标准值500KN，1/2平面面积覆土自重标准值425KN，全部挖土后基础自重标准值355KN。

2、可变荷载

（1）屋面均布荷载标准值0.5 KN/m2，基本雪压标准值0.4 KN/m2，取二者最大值0.5 KN/m2；

（2）风荷载基本风压0.40KN/m2；

（3）吊车荷载：原车间结构设置二部10吨中级工作制桥式吊车，现在B-C跨内3#-12#柱之间改变为2部16吨中级工作制桥式吊车。参考北京起重运输机械制造的桥式吊车标准：

屋面系统与维护结构没有大的变化，吊车变化后需要将吊车梁与柱加固，关于地基基础，可根据吊车变化引起的柱基础附加荷载状况进行加固。

对于单层多跨厂房一层吊车的每个排架，不宜多于四台吊车组合。

七、车间内设备基础基坑支护方案

1、基坑支护设计条件

根据工程地质勘察报告，在基坑6m深度范围内，主要是粉质粘土、淤泥质土以及粉土粉砂，特别是基坑底部已经触及到粉土粉砂，易产生流沙现象。基坑护坡及沉井设计参数如下表

设备基坑边界距离基础边界最近0.3m，一般距离在3.0-5.0m范围之内，即平面距离不超过基坑开挖深度，基坑开挖会对既有基础产生不利影响。主要是基坑开挖的侧向位移会造成基础下沉倾斜，基坑排水也会造成临近基础的不均沉降。所以基坑支护方案重点是适度控制侧向位移和降水影响。

2、基坑支护方案

单个基坑面积较小，特别是部分基坑靠基础很近，要想有效控制侧向位移，则需要强围护体与内支撑，要想控制地下水，需要降水或设置止水帷幕，目前成熟工艺包括钻孔排桩+水泥土止水桩、SMW工法、钢板桩等，综合考虑基坑面积、周围环境、室内净空等条件，采取基坑围护适度控制、基础托换加固的联合方法，围护桩采用钢板桩，基础采用微型桩托换加固。

基坑围护结构采用U型钢板桩，既挡土也止水，施工便捷，围护功效较好。经过计算，基坑深度6.0m，钢板桩插入深度6.0m，总长度需要12.0m，选用WRU13-600型钢板桩，截面标准宽度600mm，围护高度360mm，钢板厚度10mm，延米截面积162.4cm2，延米截面惯性矩24490cm4，延米截面抵抗钜1361cm3，单根重量76.5kg/m。

为了限制基坑侧向位移，根据设备基础形式设置2-3层水平钢支撑，施加预应力。坑内挖土至3.0-4.0m时，在坑内设置轻型井点降水，将坑内积水排除并降低坑内粉砂粉土的水位。从计算结果可预测，尽管设置水平支撑，还是存在一定的水平位移，在距离基础一倍基坑深度范围内地面沉降最大。因此除了采取预应力强支撑外，对基础进行托换加固是非常必要的，能起到事半功倍效果。

八、地基基础加固方案

原结构采用天然地基，以（2）层粉质粘土为持力层，地基承载力特征值85Kpa，经深宽修正后为95Kpa。独立杯型基础，基础面积4.5*4.0m，基础底面埋深-1.500。

吊车规格提升以及基坑开挖影响，造成原结构基础原有承载能力不足。

1、单纯考虑吊车规格提升以后附加荷载的加固方法

可以采用原天然地基条件下的基础扩大基础面积法。吊车荷载增加435KN，需要增加基础面积6.8m2，原基础面积4.5*4.2M，扩大面积后需要5.4*4.8m。

2、考虑基坑影响的加固方法

基坑侧向位移或降水会导致地基基础的不均匀沉降与横向倾斜，严重影响吊车的正常运营。所以基坑开挖造成的不利影响比吊车荷载增加造成的影响大的多，而且扩大基础截面也无法阻止地基下沉。建议采用微型桩托换基础，根据地基下沉影响程度采取全托换或是部分托换方式，这样即使地基下沉，基础荷载部分或全部由微型桩承担。

每个基础纵向对称均匀布置4-6根微型桩，微型桩可采用Φ300钻孔压浆桩、250*250锚杆静压钢筋混凝土小方桩、Φ219钢管灌砼桩，上述桩型各有优缺点。

3、基坑开挖影响下的托换荷载估算

基坑开挖地基下沉，柱竖向荷载全部由微型桩承担。竖向最大静荷载考虑永久荷载标准值，基础自重考虑全部覆土状况，限制屋面可变荷载和吊车荷载并考虑水平风荷载等偏心作用，在永久荷载标准值基础上乘以1.2系数。初步估算中柱基础托换荷载标准值约1180KN，边柱基础托换荷载标准值约。

4、微型桩单桩承载能力

（1）设计参数

根据工程地质勘察报告，预制桩设计参数如下表，钻孔桩可在此基础上根据施工工艺折减0.8-0.9。

（2）单桩承载能力估算

（3）三种微型桩的优缺点

5、初步方案

综合比较，在紧邻基础边缘位置与一倍基坑深度范围内设置锚杆静压钢管灌砼桩，优点是施工速度快，不需制桩养护期，焊接接头抗水平变形能力强，另外紧靠基坑部位桩一定要达到一定深度（至少超过2倍基坑深度），因此根据沉桩难易程度选择完全闭口、半开口还是完全开口。在一倍基坑深度范围以外采用锚杆静压混凝土小桩，优点是单桩功效较好，制桩期不影响总工期前提下优先采用此桩，并根据影响程度选用不同的桩长。

6、二次注浆加固

设备基础施工完成并回填土后，要拔出钢板桩，会产生二次变形沉降，同时前期地基沉降影响，基础底板可能与地基完全脱空，则在回填土后需要在基础底面以下注浆，将空隙填满，充分发挥桩土共同作用。

具体做法在锚杆桩封孔时预埋一寸钢管，引申到地面上来，设备基础回填后，连接预埋钢管注浆，注浆压力80-150Kpa，水泥浆水灰比0.5，自然冒浆即可停止。