深基坑條形分割法施工新技術

1、新技術、新工藝、新材料、新設備深基坑“條形分割法”施工新技術李友強 ，鄭大榕隨著城市的大規(guī)模發(fā)展，地下空間的開發(fā)建設也日益增多，出現(xiàn)了大量的地下建筑如高層建筑的地下室、地下軌道、地下商場、地下停車場和人防工程等?？偨Y某地鐵車站與民用地下建筑相結合的工程實例，提出了“條形分割法”的設計施工新方法。通過科學研究和工程實踐證明，對大型盆式深基坑工程進行合理的設計和施工，能帶來顯著的經(jīng)濟和社會效益，對加快工程進度和保護周圍環(huán)境能發(fā)揮重要作用。1 工程概況1.1 工程地質和周邊環(huán)境本工程地處長江低漫灘，屬典型的軟土地層地區(qū)。地層自上而下主要分為人工填土、淤泥質粉質粘土、粉砂層、粉細砂層和細砂層等?；?

2、0m以上地層主要為淤泥質粉質粘土層，其特點為高含水量( w =43.1 %)、大孔隙比( e0 = 1.22)、高壓縮性( a1-2 =0.74)、低強度( f ak = 65kPa)，易于觸變和流變；基坑10m以下地層主要為砂層，由粉砂及細砂組成，總厚度達54.2m。粉細砂層不均勻系數(shù)Cu 為3.099.09，滲透系數(shù)k 一般為10-3 cm/s 級。地下水位埋深在地面下約2m，地下水量豐富。本工程位于城市主干道(雙向六車道) 路中心下，西側有大型的體育場館建筑群，東南側為在建的38 層超高層民用建筑。1.2 結構設計概況本工程包括1個標準的一級地下車站及1個地下商場。車站主體結構全長192

3、.1m，寬21.3m，為地下2層三跨島式車站，鋼筋混凝土框架結構，基坑開挖深度約17m。地下商場緊鄰車站主體結構東側(兩者間距1m) ，全長165.50m，寬49.7m，為地下1層鋼筋混凝土框架結構，基坑開挖深度約10m。地下商場的南、北兩端各設一條車站風道，為地下1 層單柱雙跨結構。車站主體結構、地下商場和車站南、北風道共同組成一個長192.1m，寬72m，深度不等的大型基坑，地下總建筑面積約20 000m2 。2“條形分割法”介紹2.1 工藝原理按“變大為小、化繁為簡”的原則，在盆式基坑中間縱向設2道臨時圍護結構，將基坑沿縱向分割為3 個長條形基坑單元。兩側長條形基坑單元的土方開挖及早期主

4、體結構采用傳統(tǒng)的內支撐體系施工，由于跨度較小，不需設臨時立柱與臨時橫梁，其工藝和施工方法按通常的做法即可。中間的長條形基坑單元施工時，利用兩側已完成的主體結構和大基坑外側的圍護結構共同抵抗基坑外側水土壓力，可以在不設橫向支撐的條件下進行中間基坑內的土方開挖，并破除中間臨時圍護樁，然后進行主體結構的施工。中間基坑兩端圍護結構在寬度較小的情況下宜采用角撐形式，在寬度較大的情況下，宜再利用“條形分割”原理，設置臨時圍護結構，先進行基坑兩端主體結構的施工，在基坑四周主體結構均完工的條件下，再施工基坑中央的主體結構。3 圍護結構設計3.1 平面設計本基坑長19211m，寬72m，深度不等，平面上為規(guī)則的

5、矩形?？紤]到基坑深度不等，在深淺基坑變化處設置一道臨時圍護樁，構成兩側單元基坑A ，寬2113m?？紤]到施工方便、支撐的合理長度、結構的合理分區(qū)分段，兩側基坑單元B 寬度取20m。這樣，整個基坑劃分為寬度分別為2113 、3017m 和20m 的3 個長條形基坑。由于中間基坑較寬，且端頭斜支撐無支承反力點，故沿中間基坑南、北兩端車站風道與地下商場分界處各設一道臨時圍護樁墻。整個基坑圍護結構平面布置如圖1 所示。圖1 基坑圍護結構平面布置根據(jù)工程地質和水文地質情況，并考慮到中間臨時圍護結構破除的方便性，主要采用SMW工法圍護樁結構，只在車站主體結構端頭井較深部位采用柱列式鉆孔樁+ 止水帷幕圍護結

6、構。3.2 圍護結構設計參數(shù)基坑圍護樁設計參數(shù)： 基坑深17m 部分的樁(A型)采用SMW樁，長30m，樁徑850mm，咬合250mm，內插HN700×300型鋼，“三插二”；基坑深10m 部分的樁(B 型) 采用SMW 樁， 長1611m， 樁徑650mm， 咬合250mm，內插HM500 ×300 型鋼，“二插一”， 或內插HM500 ×200 型鋼，“三插二”，SMW 樁水泥摻量18 %；基坑車站主體結構端頭井處采用鉆孔樁，長31m，樁徑1 000mm，樁間距1 100mm，外設樁徑850mm 600mm的三軸攪拌樁止水帷幕； 圍護結構內支撐均采用<6

7、09mm 鋼管，壁厚14mm，水平間距316410m，豎向間距315410m，圍囹采用3 根40c 拼合。經(jīng)計算，圍護樁最大彎矩- 572kN·m，最大剪力-412kN ，最大側向變形22mm。整體穩(wěn)定安全系數(shù)2.01> 1.4 。鋼管支撐最大軸力1 889kN ，穩(wěn)定性安全系數(shù)2.9 ，圍護樁強度、剛度、穩(wěn)定性滿足要求，圍護結構內力如圖2 所示。圖2 圍護結構（深16.5m部分） 內力包絡圖4 施工技術4.1 施工工藝流程施工準備基坑周邊圍護結構施工、基坑中間分割臨時圍護結構施工兩側單元的條形基坑內挖土及支撐兩側單元的條形基坑內主體結構施工中間基坑內臨時圍護結構拆除及無支撐土

8、方開挖中間基坑內主體結構施工附屬結構施工工程竣工驗收。4.2 圍護結構施工SMW工法樁施工采用DH6582135M和DH5582110M型三軸攪拌機，間隔式雙孔全套復攪式連接，以保證型_鋼的插入、墻體的連續(xù)性和接頭的施工質量，水泥攪拌樁的搭接止水質量依靠重復套鉆來保證。按圖3 所示的順序進行施工，其中陰影部分為重復套鉆，施工順序1、2、4、6為大幅注漿，施工順序3、5、7為小幅注漿，依次連續(xù)進行。當施工順序3部位的小幅注漿完畢后，移動樁機的同時吊機就位，按設計要求吊放，插入位于施工順序1和3重復套鉆部位的H型鋼，依次連續(xù)進行。鉆孔樁采用GSP15型鉆機施工，止水帷幕采用DH658-135M型三

9、軸攪拌機施工。圖3 SMW樁施工順序4.3 降水施工施工要求地下水位降到基坑開挖底面下1.0m 左右。根據(jù)工程地質和水文地質資料，水文地質模型概化為二元結構，降水設計參數(shù)為：含水層厚度54m，地下水埋深約2m，車站地下水水位降深15m，地下商場水位降深10m。通過降水試驗，測得地下水流水力坡度為0.52 % ，滲透速度為0.156mPd ，承壓含水層綜合滲透系數(shù)為15.0m/d ，單井最大涌水量為960m3/d。通過水力學計算，設計車站區(qū)域布井38 口，井深30m，井距10m；地下商場區(qū)域布井20口，井深25m，井距20m。降水井采用管井方式(無砂混凝土管) ，濾水部分為混凝土無砂管，濾料為直

10、徑0.152.5mm 的砂礫混合料，抽水采用715kW的潛水泵。正式降水在基坑開挖前15d進行，在降水過程中需保證水位下降的幅度控制在基坑開挖面下2.00m以上。基坑施工過程中應詳細記錄降水情況，及時分析整理降水監(jiān)測資料，用以反饋指導降水工作，提高降水運行的效果。4.4 土方開挖與支撐施工施工過程中，基坑兩側坡頂堆土、堆料不得超載(一般不應超過20kN/m2 ) ?；油练介_挖在降水效果明顯后開始，分層分段、均勻對稱進行，在開挖過程中掌握好“分層、分步、對稱、平衡、限時”5個要點，遵循“豎向分層、縱向分段、先支后挖”的施工原則?；油馏w開挖空間和開挖速率須相互協(xié)調配合，土體開挖綜合縱坡13 ，

11、開挖臺階高度或層厚不宜> 2m?；娱_挖時應遵循“時空效應”原則，開挖至支撐設計標高后及時施工支撐系統(tǒng)。內支撐體系必須嚴格遵守先撐后挖的原則，及時架設圍囹，安裝鋼支撐。圍囹與圍護樁的間隙采用強度等級C20 的細石混凝土填充。支撐安裝應確保支撐軸心受壓，偏心距控制在30mm以內，安裝完畢后及時檢查各節(jié)點連接狀況，經(jīng)確認后方可施加預加力。預加力應分級施加，重復進行，加至設計值時應再檢查各節(jié)點連接狀況，必要時對節(jié)點進行加固，待預加力穩(wěn)定后鎖定鋼支撐。中間基坑開挖采用無內支撐體系，仍應嚴格控制好土體開挖綜合縱坡和開挖速率，不要突然集中卸載。4.5 監(jiān)控量測監(jiān)控量測對于條形分割法施工至關重要。除進

12、行基坑施工通常的監(jiān)測如地表沉降和樁體變形、支撐軸力等項目外，還應特別加強監(jiān)測兩側單元基坑內先建結構的沉降和水平位移。施工中要對監(jiān)測數(shù)據(jù)及時收集、整理、分析和反饋，保證信息化施工。主要監(jiān)測項目為： 周圍地下管線變形、基坑周邊地表沉降、圍護結構頂沉降用四等水準測量標準進行觀測，精度為±2mm/km，采用S2 水準儀，銦鋼尺等監(jiān)測；圍護結構頂水平位移采用極坐標或交會的方法觀測，精度±2，采用J2-1 經(jīng)緯儀監(jiān)測；圍護結構深層位移、深層土體測斜采用在樁體或土體內埋測斜管，配合測斜儀監(jiān)測，精度±4mm/30m，所用儀器為CX-01 型測斜儀，測斜管；鋼支撐和腰梁應力用振弦式

13、軸力計測量， 精度±0.1Hz ，所用儀器為表面應變計； 坑底回彈用分層沉降儀觀測，精度±1mm，采用儀器為磁性分層沉降儀；用水位儀測量地下水位到水位管管口的距離，精度±1cm，采用電測水位計監(jiān)測； 先建結構水平位移采用極坐標或交會的方法觀測，精度±2，儀器為經(jīng)緯儀；圍護結構狀態(tài)觀察每次開挖后進行觀測，對已施工區(qū)段每天至少觀察1 次，發(fā)現(xiàn)結構開裂、突出、滲水等異常應立即采取應急措施，目測觀察。在取得監(jiān)測數(shù)據(jù)后，應整理繪制位移或應力的時態(tài)變化曲線圖。在取得足夠的數(shù)據(jù)后，還應根據(jù)曲線圖的數(shù)據(jù)分布狀況，對監(jiān)測結果進行回歸分析，預測該點可能出現(xiàn)的最大位移值或應力

14、值，預測結構和建筑物的安全狀況，及時采取應對措施。5 注意事項1) 中間單元基坑施工時，利用基坑兩側圍護結構和已建主體結構來抵抗水土壓力，設計時應驗算中間基坑無內支撐施工時，兩側主體結構偏壓的抗傾覆、抗滑移和抗扭能力。但目前還沒有很成熟的計算模型，因此，施工過程中應加強兩側結構的變位監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常情況及時采取措施。2) 如果驗算兩側圍護結構和已建主體結構不足以抵抗水土壓力，可采取以下兩種措施之一： 中間基坑施工時，分段(分段長度不宜> 30m) 進行土方開挖和破除中間臨時圍護結構，主體結構分段施工，減少中間基坑暴露的區(qū)域，利用中間基坑內未開挖的土體來平衡兩側已建成的主體結構； 在中間基坑

15、內，兩側主體結構之間設置適量支撐。3) 應根據(jù)整個基坑的平面形狀、剖面特征、場地條件、施工要求和結構特點等，合理設置中間臨時圍護樁的位置。4) 中間臨時圍護樁使主體結構形成了2 道縱向施工縫，梁板主筋接頭宜采用套筒機械連接方式?？v向施工縫必須嚴格按防水施工工藝處理，特別注意預留防水搭接部分的保護。5) 兩側單元基坑同步施工時，應注意基坑間的相互作用和影響。6) 由于SMW樁具有廉價、破除容易、內插型鋼可拔除重復利用的特點，在可能的條件下宜采用SMW樁作為臨時分割樁墻。6 技術經(jīng)濟比較以本工程為例，條形分割法與一般采用的全寬過河支撐大開挖方式技術經(jīng)濟比較如下：1) 施工方法條形分隔法圍護樁采用S

16、MW工法樁，內支撐采用鋼管支撐和圍囹，中間設2 道臨時圍護樁墻；而大開挖方法圍護樁采用SMW工法樁，內支撐采用鋼筋混凝土支撐和圍囹，中間設臨時立柱樁。2) 技術難度條形分隔法通過合理的設計，將寬大基坑轉化為幾個較小的條形基坑進行施工，工藝較為成熟，技術難度降低；而大開挖方法支撐體系復雜，開挖出土不便，混凝土支撐拆除困難，技術難度大。3) 投資估算條形分隔法8 476萬(含結構施工) ；大開挖法9 162萬(含結構施工) 。4) 風險性條形分隔法風險較低；而大開挖法風險較高。5) 工期條形分隔法需11個月； 大開挖法需18個月。6) 占用場地條形分隔法主要利用基坑自身場地；“大開挖”法施工場地全部布置在基坑以外。7) 為提高可比性，兩種方