黃土地區(qū)明挖深基坑的設(shè)計(jì)與施工

黃土地區(qū)明挖深基坑的設(shè)計(jì)與施工

1未來dk風(fēng)亭開發(fā)車站設(shè)點(diǎn)西安公交站位于合肥市金華南路南端，呈“一號(hào)”配置。東側(cè)與西安鐵路信號(hào)廠9棟辦公樓（辦公樓距基地3.66m）接壤，西側(cè)與東二環(huán)大橋（大橋輪廓距基地11m）接壤。站長(zhǎng)為190.4m,標(biāo)準(zhǔn)段寬度為19.2m,擴(kuò)大端寬度為24.8m,車站共設(shè)置5個(gè)出入口及2個(gè)風(fēng)亭,車站建筑總面積12805.85m2。車站主體結(jié)構(gòu)為地下2層兩跨鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),車站主體深基坑采用明挖法施工,北端局部鋪設(shè)鋼便橋進(jìn)行鋪蓋法施工。2地質(zhì)條件和工程地質(zhì)條件2.1更新后的地層本車站地形總體平坦,地貌單元屬于黃土洼地,車站沿線地層自上而下依次為第四系全新統(tǒng)人工填土,上更新統(tǒng)風(fēng)積新黃土、殘積古土壤、中更新統(tǒng)風(fēng)積老黃土及殘積古土壤等地層。該場(chǎng)地地層結(jié)構(gòu)詳見圖1。2.2第四系松散層內(nèi)的潛水含水層該場(chǎng)地地下水位埋深介于3.30~5.50m、地下水位高程介于417.86~419.91m之間,屬賦存于第四系松散層中的孔隙潛水類型。潛水含水層組中無明顯隔水層,也無明顯具承壓性的含水層。根據(jù)水文地質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果,結(jié)合類似基坑降水工程經(jīng)驗(yàn),本工點(diǎn)降水設(shè)計(jì)土層的綜合滲透系數(shù)取7m/d。2.3公樓、長(zhǎng)安鐵路信號(hào)廠4層樓擬建車站東側(cè)緊鄰西安全路通號(hào)器材研究所、西安鐵路信號(hào)廠9層辦公樓、西安鐵路信號(hào)廠4層辦公樓;車站西側(cè)緊鄰東二環(huán)立交橋。車站與西安鐵路信號(hào)廠9層辦公樓距離僅為3.66m,與東二環(huán)立交橋基礎(chǔ)最近距離為11m,車站周邊環(huán)境相當(dāng)復(fù)雜,見圖2。3基坑內(nèi)支撐+樁間掛網(wǎng)噴混支護(hù)本深基坑標(biāo)準(zhǔn)段深度17.4m,擴(kuò)大段深度18.84m,車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁+高壓旋噴樁+鋼管(混凝土)內(nèi)支撐+樁間掛網(wǎng)噴混組合支護(hù)。鉆孔灌注樁Φ1200mm,樁間距部位分別采用1600mm和1500mm;基坑內(nèi)支撐第1道采用混凝土支撐,第2、3道支撐采用Φ609mm鋼管支撐;Φ800mm、間距為1600mm的高壓旋噴樁作止水帷幕;樁間掛網(wǎng)噴射厚150mm混凝土,混凝土強(qiáng)度C20。3.1基坑樁嵌固質(zhì)量為5.本車站標(biāo)準(zhǔn)段支護(hù)結(jié)構(gòu)采用Φ1200mm@1600mm的圓形鉆孔灌注樁,支護(hù)樁嵌固深度為基坑底以下6.5m;盾構(gòu)井處支護(hù)結(jié)構(gòu)采用Φ1200mm@1500mm的圓形鉆孔灌注樁,支護(hù)樁嵌固深度為基坑底以下7.5m;鐵路信號(hào)廠辦公樓附近采用Φ1200mm@1500mm的圓形鉆孔灌注樁,樁嵌固深度為基坑底以下6.5m;鋼便橋處采用Φ1200mm@1500mm的圓形鉆孔灌注樁,樁嵌固深度為基坑底以下8m。支護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁+鋼管(鋼筋混凝土)支撐的內(nèi)支撐型式,結(jié)合基坑的深度和寬度,標(biāo)準(zhǔn)段支護(hù)結(jié)構(gòu)豎向設(shè)置3道支撐,盾構(gòu)井處豎向設(shè)置3道支撐(再加1道倒撐),在車站的北部位置做臨時(shí)鋪蓋系統(tǒng)。支護(hù)方案詳見圖1。3.2周支護(hù)結(jié)構(gòu)樁間由于本車站地下水位埋深較淺,在四周支護(hù)結(jié)構(gòu)的樁間采用Φ800mm高壓旋噴樁止水,以防止基坑開挖時(shí)的樁間水滲漏,并采用深井降水方案。4基坑土方開挖根據(jù)工期要求及場(chǎng)地情況,本車站分為10個(gè)施工段,車站基坑開挖及支撐安裝由基坑南端向北端施工。圍護(hù)樁施工完成后立即進(jìn)行冠梁、擋土墻及第1道鋼筋混凝土支撐施工,同時(shí)進(jìn)行降水井施工。土方開挖施工主要分4步:(a)第1步開挖至第1道鋼筋混凝土支撐下0.1m處,開挖高度1.7~2.7m;澆筑第1道鋼筋混凝土支撐。(b)第2步開挖時(shí),待第1道鋼筋混凝土支撐達(dá)到強(qiáng)度要求后,由南向北從基坑中間拉槽至北端頭,施工出土坡道,然后從南向北分層分段進(jìn)行開挖至第2道支撐下0.5m。為確保第3層土方開挖時(shí),第2道支撐不影響挖掘機(jī)施工,在第2層土方開挖到第2道支撐下0.5m時(shí),中間采取拉槽開挖,預(yù)留兩側(cè)土方架設(shè)第2道支撐。采取中間拉槽開挖時(shí)兩側(cè)土方應(yīng)預(yù)留坡度,拉槽邊坡按1∶0.7~1∶1,兩側(cè)預(yù)留邊坡頂距圍護(hù)樁不小于2.0m,第2層土方開挖高度為5.45m。在土方開挖過程中應(yīng)及時(shí)對(duì)樁間進(jìn)行噴射混凝土,每層噴射混凝土高度應(yīng)控制在2m范圍以內(nèi)。(c)第3步開挖第3層土方至第3道鋼支撐中心下0.5m,開挖高度5.36m,開挖方法同第(b)步。(d)第4步開挖第4層土方至基坑底以上0.3m,開挖高度3.09m,開挖前先在中部拉槽,然后再倒退開挖兩側(cè)其余部分土方;剩余0.3m厚度的土方在基底驗(yàn)槽合格后采用機(jī)械配合人工進(jìn)行清理。基坑土方開挖遵循“縱向分段、豎向分層、先支后挖、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)”的施工原則?；邮┕ぐ匆韵马樞蜻M(jìn)行:高壓旋噴樁施工→鉆孔灌注樁施工→開挖第1層土→施工冠梁、擋墻及第1道鋼筋混凝土支撐→施工降水管井→開挖第2層土→施工第2道水平鋼支撐→開挖第3層土→施工第3道鋼支撐→開挖第4層土→車站主體結(jié)構(gòu)施工→防水及回填土方施工→拆除支撐。5施工要點(diǎn)5.1水下澆筑混凝土鉆孔灌注樁的施工要點(diǎn)有2點(diǎn):(a)在支護(hù)樁鋼筋籠第2道水平鋼支撐設(shè)計(jì)標(biāo)高的位置處有腰梁連接鋼筋,故在立柱鋼筋籠第2道水平鋼支撐設(shè)計(jì)標(biāo)高的位置處埋設(shè)了鋼套筒,預(yù)埋的套筒必須與樁身鋼筋牢固連接。(b)水下澆筑混凝土。為保證混凝土的密實(shí)度,混凝土澆筑前應(yīng)清孔沉渣,形成水下澆筑混凝土。澆筑時(shí)邊澆筑混凝土,邊拔導(dǎo)管,應(yīng)保證導(dǎo)管底始終低于混凝土漿面不小于2.5m。5.2鋼圍的安裝及支撐軸力的施加(a)基坑開挖第1層結(jié)束后,直接施工第1道鋼筋混凝土支撐。第2道、第3道鋼支撐端頭設(shè)置鋼圍檁,鋼圍檁逐節(jié)吊入、安裝。鋼支撐采用坑外拼裝、整節(jié)吊入、安放就位的架設(shè)方法。(b)支撐架設(shè)前,在基坑壁面上標(biāo)出鋼圍檁的位置,首先進(jìn)行鋼圍檁處的墻面平整工作,待鋼圍檁安裝結(jié)束后,再對(duì)鋼圍檁與墻面間的縫隙塞填水泥砂漿和小鋼板,以盡量增大鋼圍檁和坑壁的接觸面。(c)基坑開挖時(shí),待支撐位置挖出來以后,立即安裝支撐并及時(shí)施加設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力。(d)支撐加力前,設(shè)定支護(hù)樁支撐軸力檢查點(diǎn),待加力完成后,即可實(shí)測(cè)支撐軸力初值。(e)斜撐的架設(shè)與直撐的架設(shè)方法基本相同,但還需在斜撐的端頭設(shè)置牢固可靠的防滑措施。(f)鋼支撐預(yù)應(yīng)力的施加可以采用1臺(tái)3000kN的千斤頂完成,千斤頂使用前必須經(jīng)過鑒定。預(yù)應(yīng)力施加時(shí),千斤頂與支撐軸線的偏差不得超過10mm,并且必須垂直于鋼圍檁。施加預(yù)應(yīng)力值為設(shè)計(jì)軸力的30%~50%。5.3高壓噴射注漿管(a)旋噴樁28d的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不得小于1.2MPa,抗?jié)B系數(shù)小于10-7cm/s。(b)噴射注漿的材料用425#普通硅酸鹽水泥,根據(jù)需要加入適量的外加劑,水泥漿液的水灰比宜取1.0~1.5,灌入水泥漿液的相對(duì)密度取1.6,水泥摻入量18%~20%。(c)施工時(shí)應(yīng)保證鉆孔的垂直偏差不超過0.5%,樁位偏差不大于50cm。(d)成孔完成后,將注漿管置入孔中,待噴嘴達(dá)到設(shè)計(jì)高程后,方可注漿。檢查噴射注漿參數(shù),達(dá)到設(shè)計(jì)要求后,即可按旋噴的施工工藝要求,從下至上噴射注漿。注漿管逐段提升的搭接長(zhǎng)度不能小于100cm。(e)噴射壓力、提升速度對(duì)成樁質(zhì)量的直接影響較大,應(yīng)根據(jù)成樁的深度和土質(zhì)有關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)控。(f)高壓噴漿過程中,攪拌時(shí)間若超過了4h的水泥漿液,不應(yīng)使用。5.4基礎(chǔ)降水和開挖建設(shè)要點(diǎn)5.4.1截水壓及排水為保證基坑開挖處于無水作業(yè)狀態(tài),基坑開挖前,在冠梁頂部、擋土墻外側(cè)設(shè)置25cm×40cm的截水溝;基坑土方開挖前,按要求沿基坑周邊設(shè)置排水明溝,基坑內(nèi)設(shè)置集水坑,用水泵抽排至排水溝。如坑底滲水量較大,且有一定動(dòng)水壓力時(shí),可在墊層下設(shè)置縱、橫向排水盲管,將地下水匯集于降水井中排至坑外。5.4.2基坑土方開挖(a)基坑底部預(yù)留0.3m的保護(hù)層,采用人工開挖、修平,并經(jīng)相關(guān)單位驗(yàn)槽合格后進(jìn)行接地網(wǎng)施工,接地網(wǎng)報(bào)監(jiān)理工程師檢驗(yàn)合格后進(jìn)行混凝土墊層施工,以保證基坑底土層不被擾動(dòng)。距樁壁0.5m處改由人工修挖,以免對(duì)樁身的穩(wěn)定產(chǎn)生破壞。(b)基坑土方開挖時(shí),隨挖隨撐,減少基坑暴露時(shí)間。(c)基坑土方開挖后,及時(shí)按設(shè)計(jì)施作網(wǎng)噴支護(hù),按規(guī)定時(shí)限于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)施加支撐預(yù)應(yīng)力。(d)基坑土方開挖完成一塊,清理平整一塊;清理平整一塊,墊層施工一塊。(e)基坑土方開挖過程中,加強(qiáng)施工監(jiān)控量測(cè),隨時(shí)掌握土體壓力、支撐結(jié)構(gòu)受力及地下水位變化等情況,做到信息化指導(dǎo)施工。(f)在每層土方施工中,在橫斷面跨中縱向拉坡開中槽,護(hù)坡樁兩側(cè)各留5~6m寬平臺(tái),充分利用其土體抗力保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定,同時(shí)利用此平臺(tái)及時(shí)進(jìn)行封堵圍護(hù)結(jié)構(gòu)的滲漏水,在鋼支撐架設(shè)完成后,采用機(jī)械由中槽向兩邊橫向挖土,人工配合清理樁間土直至圍護(hù)結(jié)構(gòu)。5.4.3基坑樁間土體保護(hù)(a)基坑頂面2m范圍內(nèi)周邊嚴(yán)格控制堆土、堆料或重型機(jī)械行走,支護(hù)結(jié)構(gòu)四周范圍內(nèi)地面超載不得大于20kPa。(b)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理,設(shè)專人指揮,防止挖掘機(jī)碰損鋼支撐,防止挖掘機(jī)碰撞圍護(hù)樁,樁間土方采用人工修平,整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)車輛統(tǒng)一由專人調(diào)配。(c)基坑側(cè)壁土方開挖完成后必須及時(shí)噴射150mm厚的混凝土,確保樁間土體穩(wěn)定。(d)實(shí)行信息化施工,加強(qiáng)施工監(jiān)測(cè),發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)報(bào)駐地監(jiān)理和業(yè)主研究處理。(e)運(yùn)輸車輛進(jìn)出施工現(xiàn)場(chǎng)路口,設(shè)專人防護(hù),統(tǒng)一指揮,及時(shí)疏導(dǎo)行人及周邊機(jī)械。5.5噴射混凝土及要點(diǎn)車站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用圍護(hù)樁,為確保開挖過程中樁間土體的穩(wěn)定性,圍護(hù)樁樁間土隨基坑開挖進(jìn)行網(wǎng)噴混凝土,圍護(hù)樁樁間網(wǎng)噴混凝土厚150mm,混凝土等級(jí)為C20,鋼筋網(wǎng)采用Φ8mm@200mm×200mm。在土方開挖過程中,由上往下、隨挖隨噴,以防止基坑開挖過程中的樁間土暴露時(shí)間過長(zhǎng)而產(chǎn)生坍塌,影響基坑周邊的穩(wěn)定和施工安全。為確保做好現(xiàn)場(chǎng)防塵等工作,施工采用濕噴法,混凝土噴射設(shè)備選用TK-961濕噴機(jī),濕噴料用JS500強(qiáng)制式攪拌機(jī)拌制。噴射混凝土由下向上分段、分片、分層螺旋式噴射。每段長(zhǎng)度按循環(huán)進(jìn)尺。每層厚度控制在5cm,噴射混凝土回彈料不能再次使用。噴射混凝土施工前必須清理好基面和滲漏水,如果滲水較大可在噴射前進(jìn)行堵漏,然后進(jìn)行噴混凝土,噴混凝土?xí)r加大速凝劑用量。6施工監(jiān)控量研究6.1地面沉降觀測(cè)監(jiān)控量測(cè)內(nèi)容包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移、圍護(hù)結(jié)構(gòu)及土體側(cè)向變形、水壓力、圍護(hù)結(jié)構(gòu)土壓力、地面沉降、地下水位、支撐軸力、地下管線、周邊地面建筑基礎(chǔ)沉降及裂縫觀察、周邊立交橋沉降觀測(cè)、臨時(shí)立柱沉降等。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過全站儀觀測(cè)站、控制測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)(左線3個(gè)斷面,右線3個(gè)斷面)、變形點(diǎn)(40個(gè))、中繼站計(jì)算機(jī)以及遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)等組成。6.2支護(hù)軸力量測(cè)結(jié)果監(jiān)測(cè)、加固措施(a)當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移及沉降超過警戒值時(shí)(預(yù)警值為基坑開挖深度的2‰,控制值為基坑開挖深度的2.5‰),通知有關(guān)部門,加大監(jiān)測(cè)頻率,組織有關(guān)技術(shù)人員分析施工因素,調(diào)整鋼支撐參數(shù),或同時(shí)采用地層加固措施,確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定;當(dāng)超過最大控制值時(shí),停止施工,組織專家對(duì)施工工藝進(jìn)行調(diào)整,并采取有效措施,等圍護(hù)結(jié)構(gòu)得到穩(wěn)定后再重新開工。(b)當(dāng)?shù)乇沓两邓俣冗^大(地表沉降預(yù)警值為10mm,警戒值為20mm,最大控制值為30mm),加大監(jiān)測(cè)頻率,必要時(shí)應(yīng)該通知有關(guān)部門,停工并檢查,通過加強(qiáng)支撐、加固圍巖地層的措施確保施工安全。(c)當(dāng)周圍建筑物基礎(chǔ)和地表沉降量過大時(shí),應(yīng)及時(shí)采取回灌措施,或者對(duì)基坑周邊的地層進(jìn)行加固,直至建筑物和地表穩(wěn)定為止。(d)根據(jù)支撐軸力量測(cè)結(jié)果分析研究鋼支撐的受力狀態(tài),分析是否調(diào)整鋼支撐的有關(guān)參數(shù)。當(dāng)鋼支撐受力超過設(shè)計(jì)要求時(shí),加密鋼支撐,保證基坑圍護(hù)的安全。(e)當(dāng)建筑物的變形接近預(yù)警值時(shí)(預(yù)警值為10mm),加大監(jiān)測(cè)頻率,同時(shí),根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整開挖段的支撐參數(shù),或者加固地層;當(dāng)達(dá)到警戒值時(shí)(警戒值為20mm),通知監(jiān)理及上級(jí)主管部門,必要時(shí),對(duì)既有建筑物的基礎(chǔ)采取加固措施;當(dāng)達(dá)到最大允許值時(shí)(最大允許值為30mm),停止施工,組織專家對(duì)施工工藝進(jìn)行改進(jìn),確保建筑物的安全。從本基坑的監(jiān)控量測(cè)過程數(shù)據(jù)、最終結(jié)果及基坑施工過程中的安全狀態(tài)來看,本工程地下結(jié)構(gòu)的封頂、拆撐,地下管線及周邊建筑物基礎(chǔ)的沉降、變形觀測(cè)結(jié)果均在安全可控范圍,說明本基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的工程實(shí)踐是成功的。7結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)(