黄土地区明挖深基坑的设计与施工

黄土地区明挖深基坑的设计与施工

1未来dk风亭开发车站设点西安公交站位于合肥市金华南路南端，呈“一号”配置。东侧与西安铁路信号厂9栋办公楼（办公楼距基地3.66m）接壤，西侧与东二环大桥（大桥轮廓距基地11m）接壤。站长为190.4m,标准段宽度为19.2m,扩大端宽度为24.8m,车站共设置5个出入口及2个风亭,车站建筑总面积12805.85m2。车站主体结构为地下2层两跨钢筋混凝土框架结构,车站主体深基坑采用明挖法施工,北端局部铺设钢便桥进行铺盖法施工。2地质条件和工程地质条件2.1更新后的地层本车站地形总体平坦,地貌单元属于黄土洼地,车站沿线地层自上而下依次为第四系全新统人工填土,上更新统风积新黄土、残积古土壤、中更新统风积老黄土及残积古土壤等地层。该场地地层结构详见图1。2.2第四系松散层内的潜水含水层该场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之间,属赋存于第四系松散层中的孔隙潜水类型。潜水含水层组中无明显隔水层,也无明显具承压性的含水层。根据水文地质试验结果,结合类似基坑降水工程经验,本工点降水设计土层的综合渗透系数取7m/d。2.3公楼、长安铁路信号厂4层楼拟建车站东侧紧邻西安全路通号器材研究所、西安铁路信号厂9层办公楼、西安铁路信号厂4层办公楼;车站西侧紧邻东二环立交桥。车站与西安铁路信号厂9层办公楼距离仅为3.66m,与东二环立交桥基础最近距离为11m,车站周边环境相当复杂,见图2。3基坑内支撑+桩间挂网喷混支护本深基坑标准段深度17.4m,扩大段深度18.84m,车站围护结构采用钻孔灌注桩+高压旋喷桩+钢管(混凝土)内支撑+桩间挂网喷混组合支护。钻孔灌注桩Φ1200mm,桩间距部位分别采用1600mm和1500mm;基坑内支撑第1道采用混凝土支撑,第2、3道支撑采用Φ609mm钢管支撑;Φ800mm、间距为1600mm的高压旋喷桩作止水帷幕;桩间挂网喷射厚150mm混凝土,混凝土强度C20。3.1基坑桩嵌固质量为5.本车站标准段支护结构采用Φ1200mm@1600mm的圆形钻孔灌注桩,支护桩嵌固深度为基坑底以下6.5m;盾构井处支护结构采用Φ1200mm@1500mm的圆形钻孔灌注桩,支护桩嵌固深度为基坑底以下7.5m;铁路信号厂办公楼附近采用Φ1200mm@1500mm的圆形钻孔灌注桩,桩嵌固深度为基坑底以下6.5m;钢便桥处采用Φ1200mm@1500mm的圆形钻孔灌注桩,桩嵌固深度为基坑底以下8m。支护结构采用钻孔灌注桩+钢管(钢筋混凝土)支撑的内支撑型式,结合基坑的深度和宽度,标准段支护结构竖向设置3道支撑,盾构井处竖向设置3道支撑(再加1道倒撑),在车站的北部位置做临时铺盖系统。支护方案详见图1。3.2周支护结构桩间由于本车站地下水位埋深较浅,在四周支护结构的桩间采用Φ800mm高压旋喷桩止水,以防止基坑开挖时的桩间水渗漏,并采用深井降水方案。4基坑土方开挖根据工期要求及场地情况,本车站分为10个施工段,车站基坑开挖及支撑安装由基坑南端向北端施工。围护桩施工完成后立即进行冠梁、挡土墙及第1道钢筋混凝土支撑施工,同时进行降水井施工。土方开挖施工主要分4步:(a)第1步开挖至第1道钢筋混凝土支撑下0.1m处,开挖高度1.7~2.7m;浇筑第1道钢筋混凝土支撑。(b)第2步开挖时,待第1道钢筋混凝土支撑达到强度要求后,由南向北从基坑中间拉槽至北端头,施工出土坡道,然后从南向北分层分段进行开挖至第2道支撑下0.5m。为确保第3层土方开挖时,第2道支撑不影响挖掘机施工,在第2层土方开挖到第2道支撑下0.5m时,中间采取拉槽开挖,预留两侧土方架设第2道支撑。采取中间拉槽开挖时两侧土方应预留坡度,拉槽边坡按1∶0.7~1∶1,两侧预留边坡顶距围护桩不小于2.0m,第2层土方开挖高度为5.45m。在土方开挖过程中应及时对桩间进行喷射混凝土,每层喷射混凝土高度应控制在2m范围以内。(c)第3步开挖第3层土方至第3道钢支撑中心下0.5m,开挖高度5.36m,开挖方法同第(b)步。(d)第4步开挖第4层土方至基坑底以上0.3m,开挖高度3.09m,开挖前先在中部拉槽,然后再倒退开挖两侧其余部分土方;剩余0.3m厚度的土方在基底验槽合格后采用机械配合人工进行清理。基坑土方开挖遵循“纵向分段、竖向分层、先支后挖、实时监测”的施工原则。基坑施工按以下顺序进行:高压旋喷桩施工→钻孔灌注桩施工→开挖第1层土→施工冠梁、挡墙及第1道钢筋混凝土支撑→施工降水管井→开挖第2层土→施工第2道水平钢支撑→开挖第3层土→施工第3道钢支撑→开挖第4层土→车站主体结构施工→防水及回填土方施工→拆除支撑。5施工要点5.1水下浇筑混凝土钻孔灌注桩的施工要点有2点:(a)在支护桩钢筋笼第2道水平钢支撑设计标高的位置处有腰梁连接钢筋,故在立柱钢筋笼第2道水平钢支撑设计标高的位置处埋设了钢套筒,预埋的套筒必须与桩身钢筋牢固连接。(b)水下浇筑混凝土。为保证混凝土的密实度,混凝土浇筑前应清孔沉渣,形成水下浇筑混凝土。浇筑时边浇筑混凝土,边拔导管,应保证导管底始终低于混凝土浆面不小于2.5m。5.2钢围的安装及支撑轴力的施加(a)基坑开挖第1层结束后,直接施工第1道钢筋混凝土支撑。第2道、第3道钢支撑端头设置钢围檩,钢围檩逐节吊入、安装。钢支撑采用坑外拼装、整节吊入、安放就位的架设方法。(b)支撑架设前,在基坑壁面上标出钢围檩的位置,首先进行钢围檩处的墙面平整工作,待钢围檩安装结束后,再对钢围檩与墙面间的缝隙塞填水泥砂浆和小钢板,以尽量增大钢围檩和坑壁的接触面。(c)基坑开挖时,待支撑位置挖出来以后,立即安装支撑并及时施加设计预应力。(d)支撑加力前,设定支护桩支撑轴力检查点,待加力完成后,即可实测支撑轴力初值。(e)斜撑的架设与直撑的架设方法基本相同,但还需在斜撑的端头设置牢固可靠的防滑措施。(f)钢支撑预应力的施加可以采用1台3000kN的千斤顶完成,千斤顶使用前必须经过鉴定。预应力施加时,千斤顶与支撑轴线的偏差不得超过10mm,并且必须垂直于钢围檩。施加预应力值为设计轴力的30%~50%。5.3高压喷射注浆管(a)旋喷桩28d的无侧限抗压强度不得小于1.2MPa,抗渗系数小于10-7cm/s。(b)喷射注浆的材料用425#普通硅酸盐水泥,根据需要加入适量的外加剂,水泥浆液的水灰比宜取1.0~1.5,灌入水泥浆液的相对密度取1.6,水泥掺入量18%~20%。(c)施工时应保证钻孔的垂直偏差不超过0.5%,桩位偏差不大于50cm。(d)成孔完成后,将注浆管置入孔中,待喷嘴达到设计高程后,方可注浆。检查喷射注浆参数,达到设计要求后,即可按旋喷的施工工艺要求,从下至上喷射注浆。注浆管逐段提升的搭接长度不能小于100cm。(e)喷射压力、提升速度对成桩质量的直接影响较大,应根据成桩的深度和土质有关参数进行调控。(f)高压喷浆过程中,搅拌时间若超过了4h的水泥浆液,不应使用。5.4基础降水和开挖建设要点5.4.1截水压及排水为保证基坑开挖处于无水作业状态,基坑开挖前,在冠梁顶部、挡土墙外侧设置25cm×40cm的截水沟;基坑土方开挖前,按要求沿基坑周边设置排水明沟,基坑内设置集水坑,用水泵抽排至排水沟。如坑底渗水量较大,且有一定动水压力时,可在垫层下设置纵、横向排水盲管,将地下水汇集于降水井中排至坑外。5.4.2基坑土方开挖(a)基坑底部预留0.3m的保护层,采用人工开挖、修平,并经相关单位验槽合格后进行接地网施工,接地网报监理工程师检验合格后进行混凝土垫层施工,以保证基坑底土层不被扰动。距桩壁0.5m处改由人工修挖,以免对桩身的稳定产生破坏。(b)基坑土方开挖时,随挖随撑,减少基坑暴露时间。(c)基坑土方开挖后,及时按设计施作网喷支护,按规定时限于设计标准施加支撑预应力。(d)基坑土方开挖完成一块,清理平整一块;清理平整一块,垫层施工一块。(e)基坑土方开挖过程中,加强施工监控量测,随时掌握土体压力、支撑结构受力及地下水位变化等情况,做到信息化指导施工。(f)在每层土方施工中,在横断面跨中纵向拉坡开中槽,护坡桩两侧各留5~6m宽平台,充分利用其土体抗力保证围护结构的稳定,同时利用此平台及时进行封堵围护结构的渗漏水,在钢支撑架设完成后,采用机械由中槽向两边横向挖土,人工配合清理桩间土直至围护结构。5.4.3基坑桩间土体保护(a)基坑顶面2m范围内周边严格控制堆土、堆料或重型机械行走,支护结构四周范围内地面超载不得大于20kPa。(b)加强现场管理,设专人指挥,防止挖掘机碰损钢支撑,防止挖掘机碰撞围护桩,桩间土方采用人工修平,整个现场车辆统一由专人调配。(c)基坑侧壁土方开挖完成后必须及时喷射150mm厚的混凝土,确保桩间土体稳定。(d)实行信息化施工,加强施工监测,发现异常情况及时报驻地监理和业主研究处理。(e)运输车辆进出施工现场路口,设专人防护,统一指挥,及时疏导行人及周边机械。5.5喷射混凝土及要点车站基坑围护结构采用围护桩,为确保开挖过程中桩间土体的稳定性,围护桩桩间土随基坑开挖进行网喷混凝土,围护桩桩间网喷混凝土厚150mm,混凝土等级为C20,钢筋网采用Φ8mm@200mm×200mm。在土方开挖过程中,由上往下、随挖随喷,以防止基坑开挖过程中的桩间土暴露时间过长而产生坍塌,影响基坑周边的稳定和施工安全。为确保做好现场防尘等工作,施工采用湿喷法,混凝土喷射设备选用TK-961湿喷机,湿喷料用JS500强制式搅拌机拌制。喷射混凝土由下向上分段、分片、分层螺旋式喷射。每段长度按循环进尺。每层厚度控制在5cm,喷射混凝土回弹料不能再次使用。喷射混凝土施工前必须清理好基面和渗漏水,如果渗水较大可在喷射前进行堵漏,然后进行喷混凝土,喷混凝土时加大速凝剂用量。6施工监控量研究6.1地面沉降观测监控量测内容包括围护结构水平位移、围护结构及土体侧向变形、水压力、围护结构土压力、地面沉降、地下水位、支撑轴力、地下管线、周边地面建筑基础沉降及裂缝观察、周边立交桥沉降观测、临时立柱沉降等。监测系统通过全站仪观测站、控制测量基准点(左线3个断面,右线3个断面)、变形点(40个)、中继站计算机以及远程监控计算机等组成。6.2支护轴力量测结果监测、加固措施(a)当围护结构的水平位移及沉降超过警戒值时(预警值为基坑开挖深度的2‰,控制值为基坑开挖深度的2.5‰),通知有关部门,加大监测频率,组织有关技术人员分析施工因素,调整钢支撑参数,或同时采用地层加固措施,确保围护结构稳定;当超过最大控制值时,停止施工,组织专家对施工工艺进行调整,并采取有效措施,等围护结构得到稳定后再重新开工。(b)当地表沉降速度过大(地表沉降预警值为10mm,警戒值为20mm,最大控制值为30mm),加大监测频率,必要时应该通知有关部门,停工并检查,通过加强支撑、加固围岩地层的措施确保施工安全。(c)当周围建筑物基础和地表沉降量过大时,应及时采取回灌措施,或者对基坑周边的地层进行加固,直至建筑物和地表稳定为止。(d)根据支撑轴力量测结果分析研究钢支撑的受力状态,分析是否调整钢支撑的有关参数。当钢支撑受力超过设计要求时,加密钢支撑,保证基坑围护的安全。(e)当建筑物的变形接近预警值时(预警值为10mm),加大监测频率,同时,根据监测结果及时调整开挖段的支撑参数,或者加固地层;当达到警戒值时(警戒值为20mm),通知监理及上级主管部门,必要时,对既有建筑物的基础采取加固措施;当达到最大允许值时(最大允许值为30mm),停止施工,组织专家对施工工艺进行改进,确保建筑物的安全。从本基坑的监控量测过程数据、最终结果及基坑施工过程中的安全状态来看,本工程地下结构的封顶、拆撑,地下管线及周边建筑物基础的沉降、变形观测结果均在安全可控范围,说明本基坑围护结构的工程实践是成功的。7结构体系设计(