道路基坑放坡开挖与支护开挖对比

何山路三标基坑放坡开挖与支护开挖对比分析工程概述何山路规划为苏州市直达太湖的城市主干路，远期对接玉屏路连接太湖大道南线。本标段何山路西延工程为东西走向，标段起点顺接2标明挖隧道，位于龙池东路和白马涧河塘之间NK2+207（SK2+213）处，采用双向六车道规模向西延伸，至龙池西路，预留远期主线六车道断头，设支线匝道转向北接龙池西路至马涧路。隧道主要长度规模为：本标段何山路明挖暗埋主线隧道长970m，起止里程为NK2+207/SK2+213~K3+180。两条匝道隧道长720m，其中A匝道长360m，起止里程为AK0+000~AK0+360，B匝道长360m，起止里程为BK0+015~BK0+375。本工程场地地势高低起伏，总体上中间水塘部位地势较低，两侧较高。基坑范围从上到下主要地层依次为淤泥质粉质粘土→填土→含砾粉质粘土→粘土→粉质粘土→粘土夹砂砾→全至强风化花岗岩→中至微风化花岗岩。何山路隧道基坑平面上呈长条形，地道基坑开挖有效宽度（底宽）28.9~66.1m。基坑开挖深度2.0~17.3m。一期段：基坑开挖深度2.0~17.3m，围护结构采用放坡开挖、Φ1000@1200钻孔灌注桩（桩长25m）+止水帷幕、Φ850@600SMW工法桩（H700*300型钢密插，桩长28m、24m），设1~3道支撑，坑深小于6m时设1道撑，6-9m时设2道撑，9-14m时设3道撑。花岗岩段采用放坡开挖时，坡度为1：0.3，土质放坡段坡率为1：1.25。同时钻孔灌注桩间设置喷射混凝土C20+钢筋网Φ8@200*200。本工程基坑降水根据基坑开挖形式采用两种方案，放坡开挖采用明排降水，K2+400处水塘由于填土较厚，采用SMW工法桩进行围护，此区域基坑先拉森桩围堰封闭，抽水清淤后再进行坑内管井降水，地下水位降低至基坑底部1.0m。工艺分析围护桩施工期间，先施工止水帷幕，然后施工钻孔灌注桩，SMW工法桩与钻孔桩同时施工，施工顺序为一期自西向东、二期自东向西进行，钻孔灌注桩跟随止水帷幕后滞后7天，保证桩身强度，地基加固施工完成后降水井施工。支撑及土方开挖期间，先将东侧段基坑自西向东的顺序将混凝土支撑位置土方开挖至混凝土支撑下，施工冠梁及混凝土支撑，期间降水井连续降水，待支撑混凝土强度合格后，进行土方开挖，土方开挖前，先在混凝土冠梁上中间部位铺设一条出土便道，便道厚度需保证冠梁上部覆盖1m，宽度5m。基坑开挖采用台阶法，将土方传至地面，装车外运。开挖过程中，第二、三道钢支撑及桩间喷锚遵循先支后挖的原则，随土方进度进行安装。工程难点分析（一）雨季开挖。根据施工安排，本工程遇雨季施工。如何做好雨季开挖防止地表水流入基坑内，及做好护坡成为基坑的重难点。具体应对措施如下。1、为防止地表水流入基坑内，在基坑两侧坡顶各设置一条0.5m宽*0.5m深排水沟，在两侧坡脚各设置一条0.4m宽*0.4m深排水沟，采用C20混凝土浇筑，厚度不小于10cm，在每30m设置一个0.6*0.6*1.2m集水坑，排水沟坡度不小于5‰，并在基坑顶部的排水沟里侧（基坑侧）再用红砖砌筑300mm高挡水堰，防止降水量过大排水沟满足不了排水要求，流入坑内。安排专人及时用水泵将集水坑内沉淀后的积水排泄至市政雨污水管网。2、基坑边坡防护。两级放坡开挖成型后，立即安排人工清理边坡，铺设直径8mm钢筋网片（孔径20cm×20cm），喷射10cm厚C20混凝土护坡，以保证边坡稳定，防止边坡土方受雨水冲刷后，泥水流入基坑。（二）开挖过程对动态坡控制以及对支护桩的保护。1、支护桩、支撑、格构柱的保护。坑深小于6m时设1道水平支撑，6-9m时设2道水平支撑，9-14m时设3道水平支撑，钢格构、桩密集，对开挖工作造成很大的困难，影响挖土效率。2、动态坡的坡度控制。横断面动态坡控制在1：3，根据基坑支护设计和土方开挖前的试开挖情况现场可进行调整动态坡度。土方开挖时严格控制，保护工程桩格构柱等安全稳定，保证坡体稳定。动态坡坡度留置示意图3、垫层跟进。尽量缩短围护结构暴露时间，土方开挖到底后立即跟上基础垫层的施工，以抵抗基底隆起变形。四、工法分析与对比本项同时采用支护方式和放坡形式进行基坑开挖。本文以两种开挖方式各截取200米段基坑进行技术及经济比较。（一）支护开挖1、SMW工法桩本工程部分围护工程设计采用SMW工法桩作为围护结构，采用Φ850@600mm三轴搅拌桩内插700×300×13×24mm的H型钢，H型钢布置形式为“密插”型式，SMW工法三轴搅拌桩水泥采用P.O42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比1.5～2.0，在型钢依靠自重和必要的辅助设备可插入到位的前提下应取下限，搅拌桩28d无侧限抗压强度标准值不低于1MPa。围护桩基坑两侧自西向东顺序同时进行。场地内施工桩基造成土层扰动，土质较差，不能承受机器施工重量，桩机下铺设钢板处理，桩机和吊车行走路线的土方掺石灰改良，厚度1m。三轴搅拌桩为Φ850@600mm，搭接250mm，采用套接一孔法施工，施工过程中桩身垂直度偏差不超过0.5%。2、止水帷幕和地基加固止水帷幕和地基加固施工均采用与SMW工法桩相同设备、相同施工工艺进行。止水帷幕施打在钻孔灌注桩外侧，采用直接咬合法进行依次施打。地基加固位于K2+240基坑围护段和放坡开挖段的结合处外侧土层，施工顺序为先施工南侧、再施工期北侧，采用直接咬合法进行依次施打。3、灌注桩本工程部分围护工程设计采用灌注桩作为围护结构，采用Φ1000@1200mm钻孔灌注桩，按照设计要求灌注桩分两期施工，一期60m桩长为25m、30m。场地内土质较差，不能承受桩机、吊车、混凝土运输车等重量，桩机下铺设钢板处理，桩机、混凝土运输车和吊车行走路线的土方掺石灰改良，厚度1m。钻孔灌注桩采用正循环泥浆护壁法施工该施工工艺成熟可靠，施工中注意控制好成孔质量、钢筋安装质量、水下混凝土灌注等质量通病，确保钻孔灌注桩质量满足设计、规范要求。本工程钻孔灌注桩采用正循环回转钻进成孔工艺。4、立柱桩立柱及格构柱：立柱为φ850钻孔灌注桩，格构柱用角钢、钢板制作，截面尺寸460×460mm，钻孔桩施工时将格构柱插入立柱，格构柱插入立柱混凝土内不小于3m，格构柱与每道横向支撑有效联结，（详见下图）。钢格构柱焊接拼装、钢筋笼分段制作→立柱钻孔灌注桩钻进成孔→第一次清孔→测定钻孔深度→钢筋笼分段安放→起吊型钢格构柱，将格构柱与最后一节钢筋笼焊接后安装至桩孔内→下放导管→第二次清孔→测孔底沉渣→安放漏斗→灌注混凝土→钻机移位，施工下一根立柱桩。5、桩间挂网喷混凝土本工程围护设计要求围护桩间采用挂网喷浆的做法进行桩间土的防护处理，根据设计要求做法如下图：桩间挂网喷混凝土大样图桩间挂网喷浆施工技术规格要求如下：HYPERLINK"mailto:桩间土采用挂钢筋网Ф6.5@200"桩间挂钢筋网Ф8@200×200，采用Ф16钢筋焊接固定于灌注桩上，间距1200mm、喷500mmC20细石混凝土保护。（1）喷射混凝土所用水泥、水的规格要求应与设计一致，且砂率宜控制在45%～55%。细骨料宜选用中粗砂，含泥量应小于3%，粗骨料宜选用粒径不大于20mmm的级配砾石，速凝剂、早强剂必须采用国家鉴定合格产品。（2）喷射混凝土强度C20，配合比应符合设计要求确定，一般采用配合比为水泥:砂石，重量比1:4～1：4.5，水灰比0.40～0.45。（3）砼喷射应分两次进行，第一次喷射厚度为300mm，然后设置钢筋网网再进行第二次喷射，喷射厚度200mm。6、混凝土内支撑及冠梁施工本工程首道撑采用800×800mm钢筋混凝土撑，纵向间距9.0m左右，为增强围护结构刚度，在桩顶设置1.2m×1.0m冠梁。混凝土水平内支撑及冠梁需待灌注桩、SMW工法桩施工完毕后，土方开挖至支撑底进行施工。整个内支撑结合何山西路主线隧道基坑平行施工，内支撑施工垂直运输采用塔吊，基坑南侧配置塔吊，模板、成品钢筋等材料由人工水平板车运至塔吊停车处，然后由塔吊吊至坑内，坑内水平运输采用人工倒运。冠梁和水平支撑底模均采用在原状土上面浇筑10cm厚C20混凝土垫层，垫层宽出混凝土侧面各10cm，水平支撑还需在垫层上铺设塑料布做隔离层。侧模采用钢模板配合钢管构件加固。7、钢筋混凝土支撑拆（1）钢筋混凝土支撑拆除的条件：在每组支撑涉及到的节段及能够造成冠梁悬臂效果的相邻节段的侧墙、顶板施工完毕，且混凝土强度达到100%之后，方能拆除相应节段的支撑体系。（见第三章围护结构施工工况图）（2）钢筋混凝土支撑拆除的施工顺序：拆除顺序为自东西两侧向中间拆除，（见下图）支撑拆除结合本工程的特点，拟采用机械人工相结合的拆除方法。拆除支撑采用粉碎性拆除，防止大块落下对底板或人员造成危害。遵循“对称拆除、先拆次要杆件后拆主要杆件”的原则，从支撑中部（冠梁与格构柱中部或格构柱与格构柱中部）向两侧粉碎性拆除。破除的钢筋采用吊车清运，渣土的清运采用装载机装车，运输车清运出场。8、钢管内支撑本工程二、三支撑采用φ609×16钢管支撑，纵向间距4.5m左右。（1）内支撑架设1）钢支撑设计布置钢支撑横断面布置2）钢支撑架设方法及流程钢支撑架设与基坑土方开挖是深基坑施工密不可分的两道关键工序，支撑架设极具时间性和协调性，支撑架设的时间、位置及预加力的大小直接关系到深基坑稳定的成败。支撑架设必须严格满足设计工况要求。土方土方开挖凿出型钢端头安装钢腰梁细石砼填塞梁背与桩间隙架设钢管支撑安装应力计施加轴应力监测及调整轴力桩身喷射砼填平桩间凹槽钢支撑架设流程图A.基坑开挖第二层至其底标高后，即第一层钢支撑下，立即放测出支撑位置线，凿出维护桩内的预埋钢板并进行牛腿支座的焊接加工，牛腿位置按照设计要求距离布设，焊接牢固。B.土方开挖到位后，先吊装钢腰梁，施工时采用一台吊车在基坑边架设，吊起时轻放在牛腿支座上，将腰梁与腰梁、腰梁与牛腿焊接牢固。①支撑两端与钢腰梁相接，钢腰梁要求必须与围护桩密贴，在有间隙的地方用C30细石混凝土填塞。②为保证施加预应力时钢腰梁不会水平移动，每层钢腰梁须设置抗剪凳,具体位置在基坑围护桩保护层内钢筯，与抗剪凳钢板相焊接，焊接长度应与钢板长度相对应。C.腰梁施工后开始吊装第一层钢支撑，施工时采用一台吊车在基坑边架设，吊起时两端轻轻放在牛腿上，固定端与钢腰梁点焊，以防支撑水平滑动；活动端微调采用特制钢楔加塞施加预应力，方法：采用两台100t的油压千斤顶施加钢支撑预加力，在活动端沿支撑两侧对称逐级加压，施加预应力为设计支撑轴力50%～70%，当压力表读数稳定为止，并采用特制铸铁楔子塞紧。钢管横撑端部构造及预加荷载方法示意图D.第一层钢支撑安装完毕后，进行第三层土方的开挖，开挖至其底标高后，开始安装第二层钢支撑，工序内容与第一层钢支撑大体相同。钢支撑吊装示意图（2）钢支撑拆除1)钢支撑拆除前准备工作 由于现场拆除工作量较大，为加快工程进度，采用多个施工段同时分区分层拆除的方案。以主体结构流水作业为主，支撑分段拆除。A.保持施工现场道路畅通和留够吊车支放位置；B.在钢管下垫放废汽车轮胎，以免撞击底板； C.在底板外墙处安放枕木，枕木高出外墙止水板顶面20cm以上，以免撞击底板及墙体。D.在钢支撑拆除前，需对钢支撑轴力以及基坑变形进行一次检测。钢支撑拆除完毕后再进行一次检测。2)钢支撑拆除条件、步骤最下层钢支撑等到隧道底板及部分侧墙结构施工完毕，达到设计的75%强度后拆除，以此向上施工侧墙完毕，待强度合格后拆除上一道钢支撑。结构顶板施工完毕，砼强度合格且防水、保护层均完成后拆除第一道混凝土支撑。拆除支撑时应加强变形观察。3)支撑拆除方法钢支撑拆除应随隧道结构施工进程分段分层拆除。用吊车将钢支撑托起，在活动端设2台100t千斤顶，施加轴力至钢楔块松动，取出钢楔块，逐级卸载至取完钢楔。最后用吊车将支撑吊出基坑。为防止围檩吊出时破坏外墙及扰动其钢筋，起吊钢围檩时先将其提高至外墙短钢筋顶面高度，而后将钢围檩吊出，吊出时根据现场情况，尽可能使钢围檩从钢筋间隙中吊出，减少对外墙钢筋的扰动。钢支撑拆除为高危险作业，拆除时尽可能在白天进行施工。K2+230～K2+300正常段采用分层开挖，分四层，第一步采用一级放坡，坡率为1：1.25，挖4米左右至第一道混凝土支撑底部，第二步挖4米至第一道钢支撑底部，第三步挖3.5米至第二道钢支撑底部，第四步挖至基底。(二)放坡开挖采用两级放坡开挖，里程K2+630～K2+830坡率为1:1.25，分为四层向下开挖，第一步、第二步开挖深度大约为2～3米，第三步、第四步开挖深度大约为3～4.5米。基底以上6～9米设1米宽平台。本工程放坡开挖的坡面设计要求，采用挂网喷设混凝土的做法进行坡面的防护处理。挂网喷射混凝土施工技术规格要求如下：HYPERLINK"mailto:桩间土采用挂钢筋网Ф6.5@200"挂钢筋网Ф8@200×200，采用Ф16钢筋焊接固定于坡面上、喷100mm厚C20细石混凝土保护。喷射顺序与土方开挖顺序一致，应紧随其后。喷射时从坡顶向下分层挂网喷射混凝土，施工时注意网片搭接长度、网片安装牢固，并在坡面渗水部位及坡脚处均应布置泄水孔。（三）工法对比分析本工程正处于施工阶段、文就两种不同基坑施工方式各取已完成开挖面的200米段落采集数据进行初步比较分析。K2+240--K2+300段基坑采用桩基支护方式开挖，经济成本见下表：K2+240---K2+3000桩基支护开挖挖基坑造价统统计工法立柱桩格构柱钻孔桩止水帷幕支撑喷护开挖土方回填土方总造价综合单价造价202795179626347285046614489485110825432650072898572391895398.633桩基支护方式开挖的基坑支护结构墙身强度高,刚度大,支护稳定性好,变形小有效的保证基坑四周的土体的稳定性，同时提供出足够足够的施工空间。但此种方式施工工期相对较长，防水性能差，需要在桩体外补充止水帷幕，支护结构造价相对偏高。K2+240--K2+300段基坑采用工法桩支护方式开挖，经济成本见下表：K2+240---K2+3000工法桩支护开开挖基坑造价价统计工法立柱桩格构柱工法桩支撑喷护开挖土方回填土方总造价综合单价造价202795179626152610289485110825432650072898331102655183.777支护方式开挖的基坑支护结构无噪声,对周围环境影响小，挡水防渗性能好,不必另设挡水