钻孔桩+TRD插型钢双排支护结构的设计与施工管控

钻孔桩+TRD插型钢双排支护结构的设计与施工管控摘要：在传统明挖车站附属工程围护结构设计施工中，一般采用桩撑体系。受附属工程施工空间及拆撑等待强度所需时间等因素制约，支撑架设、拆除往往会对施工组织及工期产生较大的影响。为了降低这个影响，我们对附属工程支护体系做了一定的优化，在充分考虑地质风险、施工风险的前提下，将原设计TRD插型钢+两道内支撑的方案，优化为钻孔桩+TRD插型钢的双排支护方案。双排支护结构与一道混凝土支撑结合的方式，成功地取消了第二道钢支撑，在降低吊装风险的同时，也带来了较大的工期效益。关键词：TRD；H型钢；双排支护；吊装风险；钢支撑；工期1、胜利桥站设备外挂段工程概况1.1工程简介胜利桥站位于青岛市市北区四流南路西侧，车站呈南北走向。四流南路西侧辅路下敷设有通信、燃气、自来水、雨污水等管线。附属工程设备外挂段位于车站主体东侧、四流南路高架路西侧，基坑呈不规则多边形，南北向长度110m，东西向宽度最大处34m，基坑深约11.00m，采用明挖顺做法施工。设备外挂段围护结构平面布置图1.2工程、水文地质1.2.1工程地质胜利桥站地面标高3.7〜4.0m。场地靠近李村河，主要为河流阶地地貌，场区第四系厚度16.1-18.3m，地层分布自上而下依次为：人工填土层（厚度约2m）、第⑤层中粗砂层、局部分布第⑦层粉质黏土层、第⑨层中粗砂层，砂层总厚度约14〜16m。1.2.2水文地质场地水位埋深1.3〜2.2m，水位标高1.72〜2.88m，含水层主要为人工填土层和中、粗砂层，水量大，地下水位稳定。1.3临近建、构筑物及管线情况胜利桥站设备外挂段靠近四流南路高架桥，最小水平距离为8.2m。围护结构距离四流南路西侧辅路最近处约3m，四流南路辅路下管线众多，施工期间风险较大。2、围护结构设计方案优化2.1原设计方案（TRD插型钢+竖向两道支撑）原设计方案：围护结构采用850mm厚TRD水泥土搅拌墙，内插HN700x300x13x24H型钢，型钢间距600mm，兼做支护结构和止水帷幕，型钢底标高位于基坑底以下5.5m，TRD底标高要求嵌入强风化岩层不小于1m深度，桩顶设置冠梁，冠梁尺寸为1500mmx800mm；基坑竖向设置两道支撑，第一道采用混凝土支撑，尺寸为800mmx800mm，中心标高为1.800m；第二道采用钢支撑（0609mmx16mm），中心标高为-3.500m，支撑在钢围檩上，支撑最大长度为33m,中间设置一根格构柱及联系梁。2.2原方案实施的风险分析（1）大跨度钢支撑的吊装风险设备外挂段基坑最宽处达34m,扣除两端的钢围檩，最长的钢支撑长度达到33m，采用直径609mm、壁厚16mm的钢支撑，自重可达到10吨，钢支撑的架设、拆除过程存在较大的起重吊装风险。（2）大跨度钢支撑自身的失稳风险长度33m，自重达到10吨的钢支撑在受到侧向水土压力的情况下，由于长细比过大，自身稳定性大大降低，因而存在因自身挠度过大、变形失稳的风险。设备外挂段围护结构原方案剖面图（3）单排TRD插型钢支护条件下的道路沉降、管线变形破坏风险围护结构采用单排TRD插型钢与内支撑体系，刚度不足，在四流南路辅路动载的影响下，存在由于TRD插型钢支护结构变形大而导致周边管线破坏的风险。（4）大吨位吊车租赁的成本失控风险从成本角度分析，设备外挂段钢支撑的起重吊装，吊装跨度大、重量大，需选用大吨位起重设备才能完成，大型起重设备在钢支撑安拆过程中的频繁使用，将带来较大金额的设备租赁成本支出。而且施工场地有限，工序多，交叉作业多，由于各工序的相互干扰，起重设备的租赁时间不易控制，存在租赁成本失控的风险。（5）工序转换、交叉作业导致工期滞后的风险土方开挖、钢支撑架设、结构施工、钢支撑拆除等施工工序较多，工序转换频繁。由于施工场地有限，支撑架设、拆除、材料吊装作业多，存在交叉作业影响导致材料吊运不及时、工序衔接不紧凑、窝工，从而造成工期滞后的风险。2.3优化后设计方案（双排支护+取消第二道钢支撑）设备外挂段围护结构优化后方案剖面图根据双排桩的适用条件：当基坑面积很大，设置水平支撑对施工及造价影响很大时，可采用双排桩支护形式，通过桩顶冠梁将双排支护结构连为一体，形成空间门架式支护结构体系，可大大增加其侧向刚度。[1]青岛地铁基坑围护结构设计惯例：地下两层车站主体工程采用钻孔桩+TRD水泥土搅拌墙，设置三道内支撑；地下一层车站附属工程采用TRD水泥土搅拌墙内插型钢，设置两道内支撑。综合考虑两种围护结构形式的优缺点以及双排桩的适用条件，结合胜利桥站设备外挂段地质条件、基坑特点、施工风险等条件，经认真分析研究，最终选定方案：围护结构采用钻孔桩D1000mm@1400mm+850mm厚TRD水泥土搅拌墙，内插HN700x300x13x24H型钢，型钢中心距1000mm，钻孔桩底标高位于基坑底以下5.5米，型钢底标高位于基坑底以下5.5m，TRD墙底嵌入强风化岩层1m，桩顶设置宽度为3100mm、高度为800mm的冠梁，将双排支护结构连为一体。基坑竖向仅设置一道800mmx800mm的混凝土支撑，将第二道钢支撑取消。采用优化后方案的优点：（1）围护结构取消了第二道钢支撑，彻底解决了大跨度钢支撑的安拆吊装风险，大大减少了外挂段的施工过程风险；（2）取消了第二道大跨度钢支撑，避免了长细支撑体系在受力过程中自身失稳风险；（3）支护结构由单排TRD插型钢支护调整为钻孔桩+TRD插型钢双排支护形式，提高了支护结构的刚度，有利于降低周边道路沉降以及管线变形等风险；（4）取消了第二道钢支撑，从根本上解决了大型起重设备租赁的成本支出问题;方案优化后，钻孔桩和TRD插型钢施工可以交叉、同步进行，与单一的TRD插型钢施工相比没有增加总工期。省去了钢支撑架设、拆除等工序，底板浇筑完成后可以直接进入侧墙防水施工，消除了等待底板强度的间歇时间。取消第二道钢支撑为基坑开挖和结构施做提供了更大的作业空间，从而提高了施工效率。以第一流水段在基坑开挖条件验收后到具备侧墙防水施工条件的工期进行列表对比：经过经济活动分析，方案优化后工程造价降低了32万元，施工成本节约至少60万元，在节约造价的同时，大大节省了施工单位的施工成本，而成本节约主要集中在H型钢租赁及吊装设备租赁上。2.4支护方案受力分析根据等刚度原则：H700x300x13x24型钢：E=20.6X104N/mm2I=194607cm4钻孔灌注桩：E=3.0X104N/mm2I=3.14XD4/64等刚度转换：E1XI1=E2XI220.6X104N/mm2X194607cm4=3.0X104N/mm2X3.14XD4/64型钢可等效为D=0.7225m钻孔灌注桩，采用理正深基坑7.0，按照前排桩D7225@1400mm,后排桩D7225@1400mm的双排桩模型，对支护结构最大位移、周边地表最大沉降以及围护结构稳定性进行验算，均满足规范要求。3、监控量测在围护结构施工前，编制基坑监测方案，组织专家评审。胜利桥站设备外挂段具体监测项目主要包括：冠梁水平与竖向位移、桩体位移、支撑内钢筋应力、地下水位、地表沉降、管线沉降和高架桥沉降、位移［2］。按照设计图纸及监测方案的具体要求，做好监测工作，并及时反馈监测数据，指导施工。4、施工工艺流程及管控要点4.1钻孔灌注桩施工流程及控制要点4.1.1钻孔灌注桩施工工序：测量放样、埋设护筒、钻机就位、泥浆制备与管理、钻孔施工、清孔及成孔检查、钢筋笼安装与下放、混凝土灌注。［3］4.1.2钻孔灌注桩施工管控要点⑴技术人员认真学习和领会图纸，熟悉钻孔桩施工各道工序的要求，并做好对施工队伍的交底。试验人员做好进场钢筋、混凝土的质量控制。测量人员测量放线后做好"十字护桩”，以此进行桩位控制。护筒高于场地不小于30cm，底部入原土层不小于20cm。⑶施工过程中，根据不同施工阶段、不同地层，及时调整泥浆比重。⑷严格控制桩底标高、钢筋笼顶标高。(5)安排专人测量孔内混凝土面的标高，保证导管埋入混凝土中至少2m。4.2TRD插型钢施工流程及管控要点TRD插型钢工法施工流程：测量放线、开挖导向槽、吊放预埋箱、桩机就位、切割箱与主机连接、安装测斜仪、TRD工法成墙、H型钢下插、拔出切割箱［4］TRD插型钢工法施工管控要点固化液注浆压力：2Mpa;水灰比：1:1。严格控制后续施工的墙体与已成型墙体的搭接质量［5］。（3）为保证止水效果，需严格控制TRD的入岩深度。（4）切削箱体拔出时，需要同步注入固化液，并注意控制注入速度与切削箱拔出速度，使两者相匹配。4.3桩顶冠梁、混凝土支撑施工管控要点桩顶冠梁是将双排支护结构连为一体的关键部位，施工质量控制的好坏尤为重要。采用以下措施对冠梁、支撑进行施工作业管控：⑴施工前做好技术交底，让现场管理人员清楚管控重点。试验人员把好进场材料检测关，现场技术人员做好工区质量控制，测量人员控制好平面位置及高程，并与现场技术人员做好沟通与对接。⑵桩头凿除作业以人工采用风镐为主，严禁使用大功率机械破碎锤。⑶桩头凿除必须露出新鲜混凝土，并将桩头杂物清除干净，保证桩顶与冠梁连接牢固。⑷严控冠梁与钻孔桩、型钢、支撑的节点处的振捣。施工前，对作业人员现场交底，划分振捣区段，明确每个区段的振捣责任人，拆模后根据振捣效果进行奖罚。⑸在冠梁的底部、中心以及表面位置埋置测温探头，根据测温数据确定拆模时间，避免由于混凝土温度下降速度过快导致裂缝产生。（6）浇筑完成后及时养护。5、结束语胜利桥站设备外挂段围护结构采用的双排支护结构的方案，解决了大跨度基坑钢支撑安拆的施工安全问题，为后续土方开挖和结构施工提供了更大的操作空间，提高了作业效率，缩短了工期。同时使围护结构具有更高的稳定性，在应对道路沉陷、管线沉降、高架桥等风险源上，比传统的单排桩撑结构更具优势，为后续类似工况的