摘要介紹北京地鐵四號(hào)線,中關(guān)村車(chē)站三號(hào)出入口深基坑施工,采用排樁+鋼管支撐體系基坑支護(hù)技術(shù),施工操作性強(qiáng),且鋼管支撐系統(tǒng)可循環(huán)利用,有效控制了深基坑開(kāi)挖過(guò)程中的圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形位移,防止了由此引起基坑外地面沉降,保證了施工工期和安全,取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞明挖法深基坑排樁支護(hù)施工技術(shù)
1工程概況
北京地鐵四號(hào)線中關(guān)村站處于商業(yè)高度發(fā)達(dá)的高科技園區(qū)中心,車(chē)站主體位于交通繁忙的中關(guān)村大街主路下方,為全埋式地下車(chē)站,共設(shè)四座出入口和兩座風(fēng)道。其中三號(hào)出入口位于車(chē)站西北角,設(shè)計(jì)為單層現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱型框架結(jié)構(gòu),采用明挖法施工,基坑寬6.3m,挖深達(dá)13.0m,基坑土層從上至下為人工填土層、粉土層、粉質(zhì)粘土層、粘土層、粉砂、中粗砂和砂礫層。結(jié)構(gòu)西側(cè)8m為恒昌數(shù)碼電腦商城和中關(guān)村科技廣場(chǎng)展示中心,結(jié)構(gòu)東側(cè)2m為中關(guān)村大街主路,基坑四周市政管線密布。只好采取直壁式支護(hù)開(kāi)挖施工方法。基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800mm混凝土灌注排樁和鋼管支撐體系,樁頂設(shè)0.8m高冠梁將排樁連接成整體,鋼支撐采用400鋼管,支撐水平間距3.0~4.5m,豎向設(shè)3道。
2降水施工
基坑開(kāi)挖前,需將坑內(nèi)的地下水位降低并排除,使坑內(nèi)土體在基坑開(kāi)挖時(shí),通過(guò)排水固結(jié)達(dá)到一定強(qiáng)度,提高坑內(nèi)土體的水平抗力,減少基坑的變形量;增強(qiáng)基坑底部穩(wěn)定性,減少坑底土體的隆起。本出入口結(jié)構(gòu)范圍地層地下水主要為:①上層滯水,位于地面下3~4m,含水層為人工填土層和粉土層,透水性弱;②潛水,位于地面下8~9m,含水層為粉質(zhì)粘土層和粉土層,透水性一般;③承壓水,位于地面下12m以下,含水層為粘土層、粉砂、中粗砂和砂礫層,透水性強(qiáng)。基坑降水采用管井+滲井方式,降水早于基坑開(kāi)挖前20天開(kāi)始。降水過(guò)程中對(duì)臨近建筑物和地下管線的安全進(jìn)行觀察監(jiān)測(cè),同時(shí)在坑外地面設(shè)回灌井,必要時(shí)應(yīng)采取回灌措施,確保周邊建筑物安全。
3基坑圍護(hù)施工
基坑四周設(shè)800mm混凝土灌注排樁圍護(hù)結(jié)構(gòu),樁間距1.0~1.2m,轉(zhuǎn)角部位局部加強(qiáng)。圍護(hù)樁采用旋挖鉆機(jī)成孔,導(dǎo)管法水下澆注混凝土成樁。鉆孔施工時(shí),為減少對(duì)鄰樁的干擾,保證成樁質(zhì)量,采用隔三打一的辦法施工(即每隔三根樁施工一根樁)。
冠梁將圍護(hù)樁連接成整體排架,使全體圍護(hù)樁形成共同受力體系,抵抗外部土體或圍巖側(cè)向荷載。圍護(hù)樁施工完成后,立即進(jìn)行冠梁開(kāi)挖和樁頂混凝土鑿除清理,圍護(hù)樁主筋錨入冠梁,冠梁采用與圍護(hù)樁同標(biāo)號(hào)混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆注,澆注時(shí)同時(shí)安裝預(yù)埋鋼板,滿足下部鋼支撐安裝需要。
土方開(kāi)挖后圍護(hù)樁間采用噴錨支護(hù),防止樁間土體掉塊。
4基坑土方開(kāi)挖施工
基坑土方開(kāi)挖遵循“分段、分層、分塊挖土,先中間后兩邊,隨挖隨撐,限時(shí)完成”的原則,利用土體在基坑開(kāi)挖過(guò)程中位移的變化規(guī)律,對(duì)基坑開(kāi)挖作動(dòng)態(tài)管理,采用監(jiān)控量測(cè)手段實(shí)行信息化施工,確保基坑變形量在設(shè)計(jì)允許之內(nèi)。
水平開(kāi)挖采用從一端先向另一端分段順序開(kāi)挖,豎向開(kāi)挖采用由上到下順序分層開(kāi)挖。開(kāi)挖時(shí)支撐和挖土緊密配合,隨挖隨撐。基坑沿縱向分段分層開(kāi)挖,每層每段開(kāi)挖長(zhǎng)度不宜超過(guò)支撐的間距,第一層一般為7~8m,在第二層及以下土層一般為4m左右,每層開(kāi)挖面標(biāo)高以該層支撐的底面或設(shè)計(jì)基坑底標(biāo)高為準(zhǔn),開(kāi)挖完成及時(shí)安裝鋼支撐施加預(yù)應(yīng)力。
為防止邊坡失穩(wěn),施工前先清除基坑邊堆土等荷載,同時(shí)在基坑四周做好防排水和管線保護(hù)措施。基坑開(kāi)挖主要采用挖掘機(jī)進(jìn)行,每一開(kāi)挖區(qū)域分別配備長(zhǎng)臂挖掘機(jī)和小型挖掘機(jī)。長(zhǎng)臂挖掘機(jī)置于地面垂直開(kāi)挖和裝運(yùn)土方,小型挖掘機(jī)主要用于底部、邊角清理開(kāi)挖和收集土方。
基坑開(kāi)挖分層進(jìn)行,從上到下、按層次序進(jìn)行開(kāi)挖,嚴(yán)禁掏底開(kāi)挖。土方開(kāi)挖分三層進(jìn)行,每層均挖至鋼支撐以下0.5m位置,坡度和臺(tái)階滿足挖掘機(jī)作業(yè)要求同時(shí)盡量縮短長(zhǎng)度。開(kāi)挖流程見(jiàn)圖1。
5鋼支撐施工
圍護(hù)樁外加鋼支撐構(gòu)成基坑空間受力體系,來(lái)支撐基坑外巨大的土壓力和諸多外加荷載,達(dá)到安全施工的目的。因此圍護(hù)結(jié)構(gòu)支撐的質(zhì)量控制十分關(guān)鍵,支撐采用400mm鋼管(一般均采用400mm、600mm和800mm鋼管,管徑視基坑寬度和支撐間距而定)。鋼管支撐為軸心受力結(jié)構(gòu),支撐直接撐在冠梁或鋼圍檁(俗稱(chēng)“腰梁”),通過(guò)鋼圍檁直接承受排架樁傳遞的土體荷載或外力,以控制圍護(hù)樁向基坑內(nèi)部位移變形。支撐一端設(shè)置應(yīng)力調(diào)節(jié)裝置(俗稱(chēng)“活絡(luò)頭”),主要通過(guò)千斤頂施加預(yù)應(yīng)力來(lái)調(diào)節(jié)支撐長(zhǎng)度,用于控制支撐軸力。
鋼支撐和鋼圍檁均采用工廠制作,現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)支撐必須直順無(wú)彎曲,接頭緊密牢固。圍檁與圍護(hù)樁墻必須密貼,若有間隙須用速凝細(xì)石混凝土填實(shí);當(dāng)有角撐時(shí),圍檁或圍護(hù)樁墻的連接處除設(shè)專(zhuān)門(mén)的斜支座確保支撐軸心受力外,還應(yīng)在圍檁與圍護(hù)樁墻間設(shè)置剪力傳遞的措施。安裝實(shí)景見(jiàn)圖2。
鋼支撐安裝后立即按設(shè)計(jì)值在支撐一頭或二端施加第一次預(yù)應(yīng)力,并檢查接頭擰緊螺栓。一般在第一次施加預(yù)應(yīng)力后12h內(nèi)監(jiān)測(cè)預(yù)應(yīng)力損失及圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移情況,并復(fù)加預(yù)應(yīng)力至設(shè)計(jì)值。施加支撐預(yù)應(yīng)力應(yīng)注意以下事項(xiàng)。
(1)當(dāng)晝夜溫差過(guò)大導(dǎo)致支撐預(yù)應(yīng)力損失時(shí),立即在當(dāng)天低溫時(shí)復(fù)加預(yù)應(yīng)力至設(shè)計(jì)值。
(2)當(dāng)基坑變形的速率超過(guò)控制范圍,接近警戒值,而支撐軸力未達(dá)到自身的規(guī)定值時(shí),可增大支撐軸力來(lái)控制變形。
(3)當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形過(guò)大,采用被動(dòng)區(qū)注漿控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移時(shí),應(yīng)在注漿后1~2h內(nèi)對(duì)在注漿范圍的支撐復(fù)加預(yù)應(yīng)力至設(shè)計(jì)值,以減少?lài)o(hù)結(jié)構(gòu)外移所造成的應(yīng)力損失。
(4)當(dāng)支撐的軸力接近或超過(guò)設(shè)計(jì)值時(shí),通過(guò)增設(shè)支撐來(lái)分解軸力,提高抗變形能力,阻止基坑變形進(jìn)一步增大。
鋼支撐拆除分層進(jìn)行,當(dāng)基坑內(nèi)結(jié)構(gòu)施做到鋼支撐處時(shí),并且此時(shí)的結(jié)構(gòu)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度75%時(shí),便可拆卸鋼支撐。在鋼支撐拆卸前先施加預(yù)應(yīng)力將預(yù)加力端的鋼楔卸去,放散支撐軸力,然后吊出鋼支撐,拆除鋼圍檁。
6施工監(jiān)測(cè)
深基坑監(jiān)測(cè)是信息化施工常用的`一種方法,在確保深基坑開(kāi)挖安全上起著十分重要的作用。監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容有支撐軸力、圍護(hù)樁位移和沉降變形、基坑周邊地表沉降、基坑周邊管線的位移沉降、基坑周邊構(gòu)建物的位移沉降、基坑隆起、地下水位變化等。在基坑開(kāi)挖施工中,發(fā)現(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)接近或超過(guò)警戒值時(shí),應(yīng)立即分析原因,準(zhǔn)確地找出施工過(guò)程中存在的問(wèn)題,及時(shí)調(diào)整施工步驟,采取相應(yīng)的對(duì)策,便能有效控制基坑變形,確保基坑安全。
7施工注意事項(xiàng)
(1)施工降水不宜過(guò)快,降水過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)周邊建筑物、管線和地表沉降監(jiān)測(cè)。土方開(kāi)挖必須在水位監(jiān)測(cè)指導(dǎo)下進(jìn)行。
(2)施工過(guò)程中注意基坑周邊用水管理,加強(qiáng)管線滲漏情況觀測(cè),切斷基坑周邊水源補(bǔ)給途徑。若放線坑壁有滲漏情況,應(yīng)查清原因,切忌盲目注漿堵漏。
(3)在施工中應(yīng)嚴(yán)格控制基坑周邊堆載,基坑周邊2m范圍內(nèi)嚴(yán)禁堆載,基坑周邊1.4倍坑深范圍應(yīng)控制堆載。
(4)土方開(kāi)挖必須與支撐架設(shè)同步施工,按設(shè)計(jì)要求分層開(kāi)挖,嚴(yán)禁超挖和掏底開(kāi)挖。開(kāi)挖段的長(zhǎng)度必須根據(jù)基坑深度和坡度合理確定,不宜過(guò)長(zhǎng)。當(dāng)基坑挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后,必須馬上澆筑墊層混凝土,進(jìn)一步減少基坑變形值。底板混凝土必須在5~7d內(nèi)完成,相應(yīng)結(jié)構(gòu)層施工及時(shí)跟上,以建立永久的受力平衡體系,從根本上控制住基坑變形。
(5)加強(qiáng)施工監(jiān)測(cè),掌握邊坡的穩(wěn)定狀態(tài)、安全程度和支護(hù)效果,以便隨時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)及基坑施工方案,確保基坑安全可靠。
8施工體會(huì)
由于受施工場(chǎng)地限制,該工程采用排樁支護(hù)具有較大優(yōu)勢(shì),排樁剛度大能有效保證基坑和周邊環(huán)境安全;排樁施工和土方開(kāi)挖錯(cuò)開(kāi)進(jìn)行,能縮短基坑暴露時(shí)間,有效保證施工工期;鋼支撐施工技術(shù)簡(jiǎn)單易行,且可以重復(fù)使用,比一般的支護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)省費(fèi)用,綜合效益顯著(同類(lèi)型基坑常采用排樁+錨索支護(hù)方式或土釘支護(hù)方式,錨索和土釘均為一次性投入,無(wú)法重復(fù)利用)。
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