大跨度深基坑（精选7篇）
大跨度深基坑 篇1
随着我国各大城市地下轨道交通的快速发展, 城市中明挖深基坑工程也越来越多。在深基坑施工中, 由于钢筋混凝土支撑分设方便, 整体刚度大, 安全可靠被广泛使用。但混凝土支撑, 尤其大跨度混凝土支撑, 因其跨度大, 载荷时间长, 且轴力量测受多种因素影响而不易准确量测分析, 安全控制难度高, 常出现轴力量测异常情况。本文结合相关工程实例, 分析混凝土支撑轴力异常原因, 并结合混凝土支撑轴力量测原理提出具有针对性、可操作性强应对措施。
1 轴力异常典型案例简述
1. 1 工程概况
岩内北广场站~ 洞口区间明挖段, 南接岩内北广场站, 向北经过岩内村后单坡爬升进入暗挖段, 其中大里程端基坑围护结构, 跨度长达33m, 基坑深度28m, 采用 φ1200mm @ 1400mm钻孔灌注桩和 φ800mm三重高压旋喷桩桩间止水组合, 沿基坑深度方向, 分段按计算设置4 道支撑, 其中第一道、第三道为钢筋混凝土支撑, 因其跨度大, 设计采用二根格构柱进行竖向支撑, 具体布置如图1、图2 所示。基坑结构安全等级为一级, 结构重要性系数为1. 1。
1. 2 大跨度混凝土支撑施工及轴力监测方案
⑴大跨度混凝土施工方案: 混凝土支撑施工结合基坑土方开挖一并考虑, 当土方开挖至混凝土支撑底标高时, 停止土方开挖, 并将位置处的钢筋保护层凿出, 焊接 φ14 的螺纹钢筋, 铺设竹胶板底模后绑扎钢筋。模板安装完成后浇注混凝土, 插入式振捣器捣固密实, 洒水养护。混凝土强度达到50% 设计强度后, 拆除侧模, 并加强养生, 当混凝土强度100% 设计强度后进行下一层土方开挖。
⑵大跨度混凝土轴力设计量测方案: 为掌握混凝土支撑的设计轴力与实际受力情况的差异, 防止围护体的失稳破坏, 对支撑结构中受力较大及应力变幅较大的断面进行监测, 如混凝土支撑中部或1 /3 部位截面。在支撑钢筋制作过程中, 对被测断面的四角主要钢筋上设置钢筋应力计, 当支撑受到外力作用后产生微应变, 再通过相关公式推算出混凝土支撑轴力。具体布置如图3 所示。
2 大跨度混凝土支撑轴力异常及原因分析
2. 1 大跨度混凝土支撑轴力量测控制值及异常
岩内北广场站~洞口区间大里程端支撑按设计量测方案布设好测点, 且大跨度混凝土支撑到达设计强度后, 进行初始值读取 (即混凝土支撑尚未工作状态时的轴力) 。以明暗挖分界基坑拐角处3根支撑 (ZCL-3-3、ZCL-4-3、ZCL-5-3) 的监测为例, 监测点具体布置如图4所示。其初始轴力值均大幅度超过设计控制值, 特别是ZCL-4-3、ZCL-5-3号斜撑, 其初始轴力值最大达到设计控制值的2倍以上。而当继续开挖土方后, 混凝土支撑轴力持续上升, 但上升幅度具有收敛趋势 (ZCL-3-3轴力减少原因为相邻左侧的锚索预应力张拉完成) 。具体数值如表1。
但在轴力量测异常的同时, 钢筋混凝土支撑依然正常工作, 无开裂、失稳等现象, 同断面深层土体位移, 桩身倾斜位移, 桩顶水平位移等多项量测数据均小于预警控制值。由此判断大跨度混凝土支撑轴力量测出现异常。
2. 2 大跨度混凝土支撑轴力量测异常原因初析
2. 2. 1 影响混凝土支撑轴力量测异常的因素
影响混凝土支撑轴力量测异常的因素有: ( 1) 地质因素: 基坑土壤地质情况变化、地形变化、水位变化致使原设计混凝土支撑不满足实际需要; ( 2) 设计因素: 内支撑布置情况不合理、计算模型与实际不符; ( 3) 施工因素: 基坑支护形式、结构尺寸及钢筋制安与设计不符、开挖流程工况未按设计要求进行; ( 4) 管理及其它因素: 轴力量测方案考虑不充分、现场出现设计未考虑到的工况。
2. 2. 2 混凝土支撑轴力量测原理
混凝土支撑采用钢弦式钢筋应变计来测量轴力, 在绑扎钢筋时与支撑主筋串联焊接, 检查合格后浇筑混凝土。大跨度混凝土支撑轴力监测的原理, 是通过钢筋变形的测量, 在钢筋与混凝土同步弹性变形的前提下来反算支撑轴力。故钢弦式钢筋应变计受力状态是否与实际相符, 是决定轴力量测准确的决定因素。但常规的混凝土支撑轴力量测方案, 以支撑受力理想状态为依据, 未考虑其它因素干扰。
2. 2. 3 轴力异常主要原因筛分
本工程案例中, 基坑周边地形地质、水位无明显变化; 内支撑布置及受力计算经多方论证核算符合相关规范; 施工过程严格把关, 与设计相符。故地质因素、设计因素、施工因素可以排除。
通过混凝土支撑轴力量测原理, 可以发现轴力量测方案的不足, 且现场出现设计未考虑到的工况。由此可以得初步得到以下两个影响轴力量测异常的主要原因: ( 1) 非理想状态下大跨度混凝土支撑受力特点对轴力量测的影响; ( 2) 开挖工况对大跨度混凝土支撑轴力量测的影响。
2. 3 非理想状态下大跨度混凝土支撑受力特点对轴力量测的影响
大跨度混凝土支撑轴力可以分成两个部分: ( 1) 大跨度混凝土支撑内部因素产生的轴力; ( 2) 因基坑开挖工况造成大跨度混凝土支撑结构变形轴力。
由于混凝土浇筑后不可避免会产生水化反应, 进而产生水化热, 所以当钢筋混凝土支撑从受到荷载并进入工作状态之前, 以下两个原因将引起大跨度混凝土支撑内部轴力变化: ( 1) 混凝土支撑本身构成材料多样性: 由于混凝土的特点是其内部存在微裂缝及空隙, 因其结构材料的多样性, 造成混凝土的弹性模量、力学性能等参数随着时间变化多端, 所以从理论上看, 混凝土不是一种理想的弹性工程材料, 其在工程上表现为徐变、热胀冷缩等现象, 还会造成结构密度的不均匀性; ( 2) 混凝土浇筑完成后产生的体积收缩和徐变: 收缩和徐变会是混凝土弹性模量的降低的主要因素, 但由于钢筋的特征, 一般不会产生收缩, 而且徐变速率也远小于混凝土。所以混凝土支撑在收缩和徐变作用下, 轴向变形速率将远高于同部位钢筋。在此种受力状态下, 钢筋在周围握裹力的增强作用下, 钢筋的变形和轴向力作用下将明显增加, 发生更多的弹性变形。此时而通过钢筋应变计将测得过大的变形, 必然会得到过大的支撑轴力。从而施工现场监测数值表现为混凝土的变形远比在设计时所考虑的变形量大, 如图5 所示。
2. 4 开挖工况对大跨度混凝土支撑轴力量测的影响
按照“时空效应”的原理, 基坑开挖后由于基坑内支撑的加荷, 并且由于支撑下部土体的挖除, 大跨度混凝土支撑结构产生轴向变形与挠度变形, 特别是大跨度混凝土支撑结构, 随着轴向力的增大, 挠度变形加快。虽然有应力计布设在混凝土支撑中部或1 /3 部位及格构柱支撑等措施, 但正是因为格构柱的设置, 导致大跨度混凝土支撑的受力结构由两端固结的静定结构, 变化为三跨连续固结支撑梁超静定结构。使挠度及轴力零点不再位于混凝土支撑1 /3 部位处。另一个因素为格构柱采用钢构形式, 此形式在轴向受压存在三个不足点, 造成大跨度混凝土支撑结构的变形加剧: ( 1) 钢构格构柱受压时, 轴向压缩变形较大; ( 2) 钢结构受温度影响较大, 在温度变化大的气候中, 一天内的轴向变化较大; ( 3) 随着开挖深度的加大, 格构柱的长细比增大, 稳定性减小, 造成侧向变形加大。以上三点综合作用下, 大跨度混凝土支撑结构的挠度变形的有利约束将减弱, 轴力变大。
3 异常轴力应力应对措施
根据大跨度混凝土支撑结构轴力异常的分析, 可以发现大跨度混凝土支撑结构的混凝土收缩徐变及挠度增加是轴力异常的主要因素。据此可以提出针对性措施。
3. 1 挠度变形: 预设上拱度和增加格构柱刚度
基坑大跨度混凝土支撑一般采用为地表原状土上浇筑C15 素混凝土垫层作业底模, 由于多数地表原状土的承载力低且压缩性高, 所以在浇筑大跨度混凝土前不仅需考虑《混凝土结构工程施工质量验收规范》中0. 3% 跨度的预设上拱度, 还需提前用冲击夯机夯实底模下方土层, 并且在浇筑C15 素混凝土垫层时多预留出土体压缩量, 即跨中多设0. 05% ~ 0. 1% 跨度预拱度。格构柱刚度一般在两个方面进行增强, 一为提高格构柱钢板的钢材标号或增加截面上钢板厚度。二为采用结构加强措施, 如增加横向支撑以减小长细比并增加稳定性, 增加构格柱截面积以增加抗弯刚度。
3. 2 收缩徐变
混凝土支撑结构的混凝土收缩徐变, 由于不可控因素较多, 较难通过材料的变化进行控制。但是通过上述对混凝土轴力监测值的分析, 可以看出, 由于混凝土收缩徐变引起钢筋的应力重分布, 故可以从提前控制并减少钢筋变形方面着手, 经多次分析及QC小组攻关后, 发现采用预埋混凝土收缩应力校正器的方法, 可预先消除或大幅减小应力计周围的收缩徐变, 从而避免大幅减小轴力异常。
混凝土收缩应力校正器主要是先将应力计浇筑在一个与混凝土支撑结构同强度的小块混凝土块中, 具体如图6 所示。由于混凝土块较小, 所以其产生的收缩徐变引起的轴力重分布可以不计, 起到预先消除或大幅减小的作用。
为验证混凝土收缩应力校正器的效果, 在厦门地铁厦岩区间二期工程YDK215. 74 ~ 255 处第一道混凝土支撑 ( 跨度11m) 施工中采用了混凝土收缩应力校正器, 收缩应力校正器埋设及监测点位布置图如图7所示。在基坑开挖前进行了初始值测取, 可以发现初始轴力已大幅度减小, 为控制轴力的9% ~ 40% 之间, 经设计及第三方监测单位复核, 混凝土支撑剩余轴力值满足工况开挖。再无出现初始轴力值最大达到设计控制值的1 ~ 2 倍情况, 混凝土收缩应力校正器效果显著, 如表2 所示。
4 结论
通过对大跨度混凝土支撑结构轴力的轴力分析, 并采用针对性措施后, 原轴力异常大跨度混凝土支撑结构经分析并继续观测后, 轴力量测异常情况消失。新施作的大跨度混凝土支撑结构轴力再无异常情况。以上结果足以证明针对性措施行之有效, 并推广至其它厦门轨道交通工程深基坑施工中, 得到良好效果。
通过本案例, 可以发现地铁深基坑混凝土支撑是一个综合性的轴力体系, 其安全与否又与轴力情况关系重大。通过轴力分析, 可以发现深基坑大跨度混凝土支撑轴力的产生是多阶段, 多因素的。而且因为轴力的抽像性, 只能通过相关设备才能进行观察, 所以在施工、使用、监测的每个过程, 均应考虑到对轴力的影响, 并随时关注各项变化, 结合实际分析原因, 再采取针对性的措施。
参考文献
[1]工程地质手册.中国建筑工业出版社.
[2]高大钊著.土力学及基础工程.中国建筑工业出版社, 1998, 09.
大跨度基坑钢支撑施工技术 篇2
1 工程概况
本工程为成都市西部国际金融中心项目,位于成都下东大街,基坑深度达23 m,红布正街横穿基坑工程,将基坑分为两期,即2.1与2.2期。2.2期采用机械成孔灌注桩+锚索进行基坑支护,2.1期紧邻地铁,不允许采用机械成孔灌注桩+锚索进行基坑支护,由于2.1期跨度达到95 m,且2.1期中的银行楼工期紧,如采用混凝土内支撑,进度较慢,且破除时噪音较大,浪费材料不环保,故采用机械成孔灌注桩+4道钢支撑进行基坑支护。由于跨度较大,且根据施工安排及业主要求,将2.1期分为Ⅰ、Ⅱ两个段,先施工Ⅰ段,具体施工区段见图1。
2 钢支撑方案
开挖前现场场地标高497.8 m,开挖的大面标高为474.95 m,开挖深度约23 m,将2.1期分为两段,并考虑银行楼所占的范围,钢支撑需采用斜撑留出银行楼所占范围,按此设计的钢管支撑最长跨度为48 m,跨度仍相对较大,故设计增加格构柱作为钢管支撑的支座,在开挖前应进行格构柱的施工。钢管支撑共设4道,其标高分别为:495.00 m、490.20 m、485.40 m、480.70 m。钢支撑平、剖面见图2。
3 格构柱施工
3.1 格构柱设计概况
格构柱平面尺寸为650 mm×650 mm,采用四根长约34 m、∠160 mm×16 mm的角钢,四周采用560 mm×200 mm×12 mm的缀板@600 mm焊接而成,其剖面图与立面见图3。
3.2 工艺流程
格构柱的施工工艺流程:桩孔交接、验收→钢筋笼制作→格构柱制作→格构柱的拼装→格构柱、钢筋笼焊接成整体→格构柱、钢筋笼的吊装、就位→格构柱的校正、固定→支撑→混凝土的浇筑→养护→回灌砂→格构柱的固定架拆除。
3.3 施工难点及解决措施
由于格构柱高度达到34 m,且格构柱需插入带有钢筋笼的灌注桩内与灌注桩一起浇筑,而且格构柱的方向要焊接系杆,需严格控制格构柱的方向,故吊装就位为格构柱施工最大的难点,为解决此问题,采用分开吊装的方法。先吊装钢筋笼,且在钢筋笼每隔2 m焊接一个定位格构柱钢筋,其尺寸比格构柱大10 cm,方便格构柱就位至基坑底部,吊装钢筋笼前需严格检查成孔的质量,垂直度偏差,控制好钢筋笼的安装位置。
吊装格构柱时,现场采用两台汽车吊,一个吊点在顶部,一个吊点在底部三分之一处,先旋转起吊,当其顶部吊点的汽车吊能整体悬垂吊入时,撤去底部吊点的汽车吊。现场两台经纬仪双向控制垂直度及定位准确性。用孔口架控制钢注定位及垂直度,有效地解决钢格构柱定位及偏差控制问题。支撑桩和钢格构柱的定位及垂直度偏差的有效控制是钢格构柱施工的重点。
安放钢格构柱时,孔口设一可调式孔口架(见图4、图5),以利于钢格构柱水平和垂直方向的调整,是钢格构柱处于垂直自由悬挂状态,保证垂直度和水平位置。
4 钢管支撑安装
4.1 工艺流程
土方分层开挖(至钢支撑中心线下1.5 m)→支护桩剔凿→钻孔、植筋→安装预埋板、三角架→安装卡尺→钢围檀制作、安装→钢围檩连接与桩间隙混凝土填充→钢支撑拼装→施加预应力→插入钢楔子并焊接→拆除千斤顶。
4.2 主要操作要点
4.2.1 支护桩剔凿
为增大支护桩与钢围檩、钢围檩剪力块与桩之间的接触面积,保证传力可靠,要求所有支撑、钢围檩范围内的支护桩凿除表面混凝土,直至裸露桩钢筋,凿除厚度不小于5 cm,凿除面须平整。
4.2.2 预埋钢板、三角架及卡尺的安装
1)植筋与预埋钢板
钢筋植筋锚固:定位放线→钻孔→清孔、除尘→隐蔽验收→注胶→钢筋植筋锚固→固化→成品保护→验收。
预埋钢板的安装:预埋钢板为25 mm×1 050 mm×440 mm的钢板,待植筋完成1 d后,准确定位所植钢筋位置,根据此位置在钢板上放样打孔,钢筋直径为20 mm,钢板上的孔径控制在为28～50 mm,穿孔圆滑平整,安装钢板前,凿除与钢板接触的疏松层(范围为超出钢板边50 mm),直至平整,坚实。
安装钢板后根据图纸要求采用M15快凝早强水泥砂浆填实,M15快凝早强水泥砂浆按试验室出具的配比现场拌制。
2)安装三角架。钢围檩三角托架采用∠75 mm×8 mm角钢加工焊接制作而成。焊好后的钢支架保证两直角边相互垂直,并有足够的稳定性,不得出现歪扭、虚焊现象。牛腿与桩的连接采用膨胀螺丝螺栓连接,根据测量组放出的支撑中心线反算出三角架顶面标高,再从此标高下移150 mm、500 mm分别打两根220 mm长的M20膨胀螺栓,埋入桩内160mm,将三角架固定于支护桩上,每根桩安装两个三角架。安装过程详见图6。
4.2.3 安装卡尺
1)卡尺制作。
卡尺由9块20 mm厚、30 mm厚钢板焊接而成,形状及尺寸见图7所示,卡尺的安装标高须与钢围檩相符。
2)卡尺的安装。
根据标高定位以及根据卡尺形状开挖后,采用小型挖掘机吊装、人工配合递送的方式将卡尺放置在预先开挖的洞中,同一钢围檩排桩间的卡尺沿最两侧的桩拉通线,确定钢围檩的安装位置及卡尺的位置,使得钢围檩与卡尺相接触,方便施焊。
4.2.4 钢围檩、钢支撑制作
1)钢围檩的制作。
本工程的钢围檩采用I45b工字钢六拼而成,如图8所示,工字钢与两侧30 mm厚钢板焊接形成一个整体,靠基坑一侧的钢板通长设置,靠护坡桩一侧的钢板每桩设置一块,吊装在三角架上后与每桩设置的预埋钢板焊接。
2)钢支撑分节及连接制作
横向支撑:采用双拼螺旋管,采用材质为Q235-BΦ630 mm (t=16 mm、18 mm)及Φ609 mm (t=16mm)螺旋管,钢管支撑分节制作,每节标准长度为6 m,两端打坡口,与法兰盘满焊,采用超声波检验,管节间采用法兰盘高强螺栓连接。钢管支撑端部(仅一端)设预加轴力装置,其钢管支撑间连接见图8。
3)活动端与固定端制作
钢支撑与钢围檩接触的两端分活动端与固定端,活动端可自由伸缩,且上放置千斤顶施加预应力后再用楔块卡紧焊死,固定端是与钢围檩接触,有200 mm、300 mm、500 mm长,起调节钢管支撑长度的作用。见图9、图10。
4)活动端、固定端头与钢围檩的连接
本工程活动端、固定端与钢围檩是斜向连接,需靠三角箱连接钢管支撑与钢围檩,四者关系及三角箱见图11、图12。
5)纵向系杆的制作、安装
为保证钢支撑的稳定性,降低挠度,为钢支撑增加支座一系杆,系杆连接在格构柱上,钢支撑增加抱箍用螺栓连接在系杆上,且钢管支撑间用钢管连接增强稳定性。见图13。
4.2.5 钢支撑安装
1)安装方法。
钢围檩随三角架支设顺序采用逐段吊装,人工配合吊机将钢围檩安放于三角架上,并与预埋钢板临时固定后,用吊车将预先留在卡尺洞中卡尺提高至与钢围檩接触密实的部位,将卡尺焊接在钢围檩上。钢围檩安装完毕后,用比桩身高一个强度等级的膨胀混凝土将卡尺直角边与围护结构间缝隙填充密实,以便卡尺的力能均匀传至围护结构。
用吊车或装载机将三角箱根据已定位的点架设至钢围檩上,用钢筋头临时固定,仔细校核位置,确认无误后,再焊接三角箱两侧边与钢围檩,此时吊车吊钩方可松开,然后根据图纸现场加工挂板,焊接至三角箱。
钢管支撑安装前先在场地内地面进行预拼接以检查支撑的平直度,拼接支撑两头中心线的偏心度控制在2 cm之内,经检查合格的支撑按部位进行编号,人工配合大型汽车吊整体吊装就位,挖机配合。
2)安装难点。
本工程场地狭窄,第一道支撑可用履带吊下基坑整体吊装,第二道支撑安装由于第一道支撑的存在不能整体吊装,需分节拼装,用装载机和挖机与履带吊进行配合,履带吊将钢围檩和钢支撑吊至靠近第一道支撑的空地,然后用挖机或装载机运至安装处。安装后效果见图14、图15。
4.2.6 施加预应力
钢支撑就位后,并用抱箍与系杆连接后,为了使支撑受力均匀,在下层挖土前按设计要求及时给钢支撑施加预应力。钢支撑采用两台150 t的千斤顶施加支撑轴力。根据设计要求,施加支撑轴力至预加轴力值的100%,当达到要求应力值后,用楔形钢板填塞可调节头中部的空隙,并保证钢板之间紧密接触,以防止预应力损失。
1)在每根水平撑的一端制作活动端头,并加焊放置千斤顶的位置,以便施加预应力。
2)安装千斤顶,在活动端一头施加预应力。千斤顶采用两个150 t液压千斤顶,用油表控制压力,横撑施加预应力按设计图纸施加。同时观测相邻钢支撑的预应力损失,如超过5%即应重新施加。活动端头两侧的千斤顶工作时应同步,以免产生偏心荷载。
3)钢支撑顶紧围檩达到设计要求的预应力后,打入钢楔块,固定并焊牢,当焊牢后,若发现明显的预应力损失,应进行补偿加压。
5 钢支撑监测
钢支撑监测包括内力监测及位移监测,监测频率考虑在基坑工程的不同施工阶段以及周边环境、自然条件的变化而不同,开挖时每天监测一次,以后每三～五天监测一次。内力监测通过选取每道支撑上的六根钢支撑上焊接的轴力计来监测,测报警值应以监测项目的累计变化量和变化速率值两个值控制,累积应力不超过钢管承载力的65%,当累计值或3 d的变化速率超过此值的70%时报警。位移监测通过全站仪测基坑边的控制点的坐标值,报警值按设计要求确定。
6 结束语
钢管内支撑可适用适用于大跨度、深度深的基坑,对周围环境影响较小,可循环使用,属环保材料。架设好即可进行下层土方的开挖,工期较混凝土内支撑快,对在市区周围环境复杂的建筑提供了基坑支护的另一可选方案。
摘要：西部国际金融中心基坑跨度大,处于市区,紧邻地铁,采用Φ609、Φ630钢管支撑,针对格构柱施工、钢管支撑加工制作,围檩、斜撑安装、预应力施加、支撑保护等制定了切实可行的措施,保证了支撑安装和拆除安全。
山西大剧院深基坑降水施工技术 篇3
关键词：基坑工程,降水工程,搅拌桩止水帷幕,支护
1 工程概况
山西大剧院工程位于山西省太原市长风商务区文化岛的中央,北邻图书馆,南邻科技馆,东面紧临汾河,地下水丰富。主要包括主剧场、音乐厅和小剧场(见图1,2)。小剧场位于主剧场和音乐厅之间,地下2层,地上3层,基础板底标高-9.600m,承台底标高-10.870m,基坑开挖底标高-9.900m。局部开挖深度12m(集水坑、电梯井部分),距主剧场、音乐厅基础不足2m。本工程于2009年4月开工,由于受设计及工期制约,小剧场开工时,音乐厅、大剧场结构已施工至3层,正处于雨季,地下水位高。
山西大剧院小剧场地下室基础承台底标高为-9.600m,集水坑、电梯井等局部基础底标高-11.120m,现场场地标高约为-3.000m,基础开挖深度分别为7.80～9.27m。第1层粉土层厚0.30～5.50m,平均层厚0.88m,层底标高774.570～78.070m;第2层粉细砂层厚5.10～9.70m,平均层厚8.67m,局部有厚薄不等的淤泥层,层底埋深8.60～10.60m,层底标高768.130～769.890m;渗透系数0.5m/d;第3层细中砂层厚9.30～13.60m,平均层厚11.50m,层底埋深19.10～23.60m,层底标高755.940～759.150m。场地地下水埋深3.5～5.7m,平均高程为775.500m(约-4.8m)。基坑开挖支护结构安全等级为2～3级。
2 基坑支护及降水方案选择
2.1 基坑支护方案
基底标高及支护如图3所示。根据现场实际情况,本工程采用深层搅拌桩止水、土钉墙支护的复合土钉墙支护方案(见图4)。深层搅拌桩设两排,深层搅拌桩直径500mm,桩间距、排距为350mm,总桩数1 086m,桩顶标高-2.500m,桩长11m,采用强度等级的32.5MPa矿渣硅酸盐水泥,用量60kg/m。
土钉墙采用打入钢管注浆工艺,打入钢管直径48mm,钢管每500～800mm间设3个溢浆口,土钉与水平夹角为10°;注浆水泥采用强度等级为32.5MPa矿渣硅酸盐水泥,注浆量不少于30kg/m。
土钉头间连接加强筋采用Φ14钢筋焊接,钢筋网片为Φ6@200,外喷100mm厚C20素混凝土罩面。
2.2 基坑降水方案
采取管径联合盲沟组合式降水方法施工,首先在设计图纸基坑最深处(集水坑)周围2～3m处布置管井,再遵循梅花形布置的原则布置其余管井,降水井成井直径600mm,井管使用无砂混凝土管,外径400mm,井管外侧50～100mm干净碎石回填,井深15m,井间距14～16m,井数7眼。随降水随开挖,遇渗透系数小的土层时在已布置好的相邻两管井之间增设盲沟,缩短渗透系数小的土层渗水路线,将水汇集到基坑周边布置的集水井或附近降水管井内。保持管井降水连续性工作,同时土方开挖与盲沟降水交替进行,盲沟始终位于开挖面以下0.5m,直至水位达到降水设定标高。
3 主要技术措施
3.1 深层搅拌止水帷幕桩施工
3.1.1 施工工艺
2)深层搅拌桩采用湿法喷浆、四搅两喷施工工艺,施工机械有:PH-5B型深层搅拌桩机、注浆泵、搅拌筒等。
3.1.2 主要施工技术要点
1)喷浆水泥用量为60kg/m,水泥浆水灰比0.6～0.7。
2)严格控制桩位偏差<50mm,搅拌桩搭接偏差<30mm;成桩垂直度<1%。防止土方开挖后帷幕桩间漏水现象发生。
3)桩机到达标定孔后对中、操平、校正垂直度,保证塔身与地面成90°,确保桩垂直度误差在1%以内。
4)制备水泥浆时严格按水泥浆配合比0.6～0.7搅拌水泥浆,待压浆前将水泥浆倒入集料斗。
5)预搅下沉待搅拌机的冷却水循环正常后,启动搅拌机电机,放松起重机钢丝绳,使搅拌机沿导架搅拌切土下沉,下沉速度可由电机的电流监测表控制,工作电流不应大于40A。搅拌机下沉时开启灰浆泵将水泥浆压入地基中,边喷边旋转。
6)提升喷浆搅拌搅拌机下沉到达设计深度后,开启灰浆泵将水泥浆压入地基中,边喷边旋转,同时严格按照设计确定的提升速度提升搅拌机。
7)重复上、下搅拌搅拌机提升至设计加固深度的顶面标高时,集料斗中的水泥浆应正好排空,为使软土和水泥浆搅拌均匀,再次将搅拌机边旋转边沉入土中,至设计加固深度后再将搅拌机提升出地面,搅拌过程同时喷水泥浆。
3.2 土钉墙支护施工
3.2.1 施工流程
第一层土方开挖→施工定位→钢管土钉加工→打入钢管土钉,土钉体注浆→安放钢筋网片、土钉头加固→喷射混凝土罩面→第一层土钉施工完毕→第二层土方开挖,循环上述过程直至全部土钉施工完毕。
3.2.2 质量要求
土钉位置偏差小于±50mm,注浆水泥水灰比0.6,混凝土强度等级C20,厚度100mm。钻孔倾斜角10°,偏差范围±1°;钢筋网直径Φ6@200×200。
3.2.3 施工步骤
1)土方开挖紧密配合土钉墙施工,采用分层、分段开挖。分段长度15m。每层土方超挖深度0.30m,并将施工场地平整。
2)土钉定位成孔根据施工图测放土钉施工标高及土钉施工孔位。
3)钢管土钉加工钢管直径48mm,每个500～800mm打3个3～5mm溢浆口,溢浆口用胶带缠绕,溢浆口外焊角铁倒刺以保证成孔直径。
4)打入钢管土钉利用空压机将钢管打入土体,钢管接头采用钢筋焊接连接。
5)土钉体注浆将注浆管与钢管连接牢固,注浆采取压力注浆。
6)安放钢筋网片、土钉头加固土钉体间加强筋采用Φ14钢筋,与土钉体焊接连接牢固。钢筋网直径Φ6@200×200。钢筋网格安放与土壁表面距离不小于30mm。边壁上的钢筋网应延伸至地表面,其长度不小于500mm。
7)喷射混凝土按配合比要求拌制混凝土干料。为使回弹率减少到最低限度,喷头与受喷面应保持垂直,喷头与作业面间距宜为0.6～1.0m。喷射顺序应自下而上,喷射时应控制用水量,使喷射面层无干斑或移流现象。
8)喷射混凝土面厚度100mm,强度等级C20,严格按照实验室给定的配合比配制混凝土。混凝土骨料最大粒径不大于6mm,水灰比不大于0.45,砂率宜为48。每批留取试块进行强度测定。
9)喷射混凝土应分段进行,同一分段内喷射顺序应自下面上,依次喷射厚度100mm。搭接处斜交,搭接长度不小于200 mm。
3.3 管径联合盲沟组合式降水施工
3.3.1 施工工艺流程(见图6)
3.3.2 管井降水
1)施工准备施工人员认真熟悉图纸,运用CAD计算软件布置降水井,布置时要避开基础桩基及基础柱、梁等重要承重结构,在每个集水坑周围2～3m处分别设一口管井,其余管井呈梅花状布置,井距14～16m,井深低于降水面8～10m。井点定位使用全站仪精确定位。
2)钻机成孔、换浆、回填井底碎石层降水井成井直径600mm,采用泥浆护壁,成井深度15m左右。钻机成孔、换浆、回填井底碎石层,成井后及时调整井内泥浆比重及泥浆含砂率,泥浆比重不大于1.1。成井后井底先回填200mm厚碎石层。
3)安装井管、填滤料井管采用外径Φ400mm、壁厚50mm的无砂混凝土管作为滤水管,外缠一层40目滤网,其中最下一节采用普通混凝土管作为沉砂管。井管接管时,无砂管周围用3根竹皮10号铅丝绑扎以保证上下无砂管轴心相对,井管外包裹40目滤网一层,并保证井管接触处连接严密。
降水井安放时,使井管高出场地地坪0.3m以上,并设醒目标志加以保护。降水井安放后立即组织回填滤料,滤料使用5～10mm清洁碎石,填料时要用铁锹沿井管四周缓慢填入,填至地面为止(见图7)。
4)洗井井管下完滤料填满后,立即使用污水泵进行洗井作业,洗井时间为2～3台班,洗井结束后,随即进行抽水作业,将水排放到场外的排水沟内。
5)基坑开挖时,降水井周围采取人工开挖,井口要保护、覆盖,防止杂物掉入井内。
6)调整泵型号、管井增加回水阀调换涌水量大的管井中的潜水泵,由40泵换成60泵,同时在涌水量小的管井扬水管管口增加回水阀,将一部分水回灌至管井内,保证抽水连续进行,防止水泵空转烧坏。
3.3.3 盲沟、集水井排水
1)人工开挖盲沟、集水井在基坑底或开挖面,开挖排水盲沟以增加涌水量,盲沟间距1 0 m,布置在相邻两管井之间,在基坑四角或坑边设置集水井,使地下水沿盲沟流入集水井中,抽水排出基坑外。
集水井设置在基础范围以外,集水井底比相连的盲沟低1m,集水井直径(或边长)为0.6～0.8m。盲沟底宽不少于0.3m,纵向坡度为3%～5%,沟底面比基坑底(或开挖面)低0.5m,沟底铺200mm厚粒径20～40mm碎石。
2)下井、砾料回填当集水井挖至设定标高时,坑底铺约0.3m厚的碎石滤层,随即放置钢筋过滤笼(过滤笼为直径0.7m钢筋笼外围40目滤网),同时将坑内过滤井周圈用直径20～40mm碎石填满。
3)排水设备采用潜水泵、离心泵或污水泵,水泵的选型可根据排水量大小及基坑深度选用。
3.3.4 管井及盲沟、集水井布置
管井及盲沟、集水井布置示意如图8,9所示。
4 技术和经济效益
山西大剧院多功能小剧场降水深层采用搅拌桩止水、土钉墙支护、管井联合盲沟组合式降水方法施工,提高工效,加快施工速度,节约投资,降低成本,顺利完成基坑开挖和结构底板施工,杜绝了突涌、地表塌陷、围护结构倾斜等工程事故,监测项目都控制在警戒范围内,与传统施工方法相比,在不增加降水井情况下,加快降水速度,降水效果显著。取得了良好的经济和社会效益。
5 结语
该施工方法适用于地下水位高、涌水量大,基坑上部为透水性好、渗透系数为1～200m/d的砂土、碎石土,基坑底部或下部为透水性差透水系数<0.5m/d的粉质黏土,降水深度大于5m的明挖深基坑降水施工。管井联合盲沟降水,利用盲沟改变土层中地下水的渗透路线,缩短其渗水距离,可以解决水位高、含水丰富且土质透水性差的深基坑降水问题,经过实践此方法降水效果明显,成本较低,具有广阔的推广前景。
参考文献
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[5]姚天强,石振华.基坑降水手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2006.
大跨度深基坑 篇4
关键词：深基坑,土方开挖,边坡稳定,支撑体系
深基坑是在天然地面下因工程施工需要而临时或永久开挖所形成的地坑[1]。深基坑工程是一个令人值得深入研究的岩土工程课题[2]。随着城市建设的发展,深基坑开挖的数目越来越多,开挖条件也互不相同[3]。深基坑土方的开挖是基坑工程的一个重要内容,基坑土方如何组织开挖,不但影响工期、造价,而且还影响支护结构的安全和变形值,直接影响环境的保护[4]。因此,深基坑开挖具有相当的复杂性与艰巨性[5]。近年来随着国民经济的不断发展,城市交通得到了很大的改善,地铁作为一种比较新型的交通方式也得到了很大的发展,同时在施工中会碰到对已有车站的穿越和对将来修建车站的预留,或者对已有车站的部分拆除、结构凿除和改建等难题[6,7],因此地铁车站深大基坑工程开挖施工的研究也越来越受到相关工程单位的重视。本文通过对苏州火车站地铁2号线基坑工程的分析研究,详细阐述了地铁车站深大基坑工程开挖的新技术。
1 工程概况
苏州火车站综合改造工程主要由新建沪宁城际铁路苏州站、普速铁路苏州站、城市地铁交通2号线与4号线车站以及与之配套的无柱雨棚、生活和办公所属房屋工程组成。火车站枢纽共分5层,其中地上2层,地下3层,其中地上第二层为高架的候车大厅,地面层为城际和普速铁路站房。地铁2号线是苏州火车站改造工程的一部分,与高架候车室、站房工程、地下空间同步设计、同步施工。苏州地铁2号线呈东西走向,地铁4号线呈南北走向,其位于苏州火车站城际站房与高架候车厅正下方,与国铁站房合建。
地铁2号线基坑开挖长度118.3 m,宽度38.4 m/28.7 m,基底开挖标高-15.5 m(局部-17.1 m),与地铁4号线在-1层,-2层垂直重叠部位长度26.4 m,开挖土方量为46 267 m3,其中-1层土方为23 954 m3,-2层土方为22 313 m3。故地铁2号线土方开挖属于深大基坑开挖。
2 水文地质条件
2.1 地质条件
苏州站场地位于太湖冲湖及泻湖沉积平原区,地势平坦,第四系覆盖层厚度较大。据勘察结果,60 m以内土层为第四系全新世至早更新世沉积的疏松沉积物,以粘性土为主,间夹砂性土。
2.2 水文条件
场区内地表水系极其发育,地表水由太湖水补给,水位标高变化主要受太湖水位、周围江湖水位及季节性降水影响。勘察期间测得:场区内潜水稳定水位标高为2.0 m～2.5 m;微承压水主要赋存于浅层粉土、粉砂夹粉土层中,富水性中等;微承压水水位标高为1.0 m～1.5 m,场区内承压水主要赋存于中部的粉土、粉砂层中,富水性中等;承压水水位变化一般在8 m～12 m。
3 施工安排
根据本地区施工经验知,地表水、潜水及微承压水对深基坑工程建设有影响,当基坑开挖深度超过15 m时,可能还会受承压水的影响。故地铁2号线基坑进行开挖前,按照基坑降水方案,布置好降水井,实施降水。地铁2号线-1层基坑土方用明挖法施工,基底标高为-7.9 m,并按施工布置留出出土通道。由于地铁2号线-2层基坑基底标高为-15.5 m(局部为-17.1 m),故现以地铁2号线-2层基坑开挖为例进行具体阐述。
3.1 -2层基坑开挖方案
1)开挖原则:按照“时空效应”施工方法实施,采用“分区、分层、分段、对称、平衡”的开挖方法和“随挖随撑,以尽量减少基坑暴露时间为目的”的支撑方法作为主导思想,应用机械施工为主,人力施工为辅的开挖方式,每层、每段采用盆式挖土法进行具体施工;
2)开挖分区:根据设计图纸,地铁基坑开挖分区段划分,2号线基坑分B区,D区及C区(与4号线重叠部分区段)(见图1);
3)开挖分层:根据2号线基坑布置方案,基坑-2层分两层开挖,第一层开挖深度1.6 m,开挖标高为-9.5 m;第二层开挖深度6.0 m,开挖标高为15.5 m,由于第二层开挖深度大,故又分成两小层,第一小层开挖深度3 m,开挖标高为-12.5 m;第二小层开挖深度3 m,开挖标高为-15.5 m;局部较深处分成第三层挖至基坑底设计标高,开挖深度1.6 m,开挖标高为-17.1 m。每个开挖区的各个开挖层均分成6 m小段开挖;
4)总体上2号线基坑土方开挖由东西两端对称平衡地向4号线方向同时进行;机械挖不到的死角用人工翻挖,堆向坑下小挖掘机或坑上长臂挖掘机,设计坑底以上30 cm厚的土方均采用人工清底,尽量减少机械对坑底土体的扰动。
3.2 土方外运
1)根据苏州市政府相关规定,弃土只能在晚上23:00至早上5:00之内外运,以防堵塞交通及影响市容;2)用20台15 t自卸翻斗车在晚上外运,则可完成土方任务;3)为保证市内清洁,防止车辆漏、掉泥土,要对运输车斗进行改造。
4 挖土方法
4.1 基坑开挖前的准备工作
1)清除基坑范围内障碍物,修好基坑出土道路及施工场地范围内运输便道;
2)做好地面排水及基坑降水工作,确保降水效果;
3)按工程监测要求,作好各种不同类型的测点布置,并测设各测点的初始数据;
4)按设计要求完成冠梁施工,并达到设计强度。
4.2 基坑开挖具体方法
1)基坑-2层上部第一层(1.6 m厚)开挖用EX200挖掘机直接在基坑内挖土,自卸车直接在路基箱上退到基坑内运土出坑,开挖标高为-9.5 m,与大基坑高差按1∶1放坡,坡底距冠梁边设置1.5 m宽平台,组织2号线冠梁施工,冠梁采用C30早强混凝土浇筑,确保浇筑完7 d内,混凝土强度达到设计强度的85%,使其具备安装钢支撑的条件,安装一道钢支撑;
2)第二层1小层(3 m厚)待支撑安装完成后,在钢支撑间沿横向方向设铺路基箱,作为挖掘机及自卸车行走道路,EX200挖掘机退回基坑内挖土,自卸车由路基箱上退到基坑内运土出坑用;
3)第二层2小层(3 m厚)用EX200挖掘机站在基坑周边挖土,基坑内用铲斗容量为0.4 m3挖掘机喂土给基坑边上挖掘机,装车运土出坑;
4)局部较深处,第三层开挖采用长臂挖掘机在连续墙外侧基坑边上,挖掘机长臂伸入基坑内挖土出坑,下部采用铲斗容量为0.4 m3挖掘机负责水平方向集土工作,基坑外利用-1层基础承台架设200 mm厚路基箱作为运土道路,自卸汽车退至挖掘机装车位置,运土出基坑,运至弃土场;
5)在各层每小段开挖时,均采用盆式开挖法施工;先挖中间部位土方至设计开挖面,在连续墙边每侧留出6 m宽度土方,待中间部位土方开挖完成后,开挖两侧预留部位土方,每小段土方开挖至设计基坑底标高后,立即施工基础垫层及基础底板钢筋混凝土结构;
6)在前期,站房-1层土方开挖结束前,尽可能利用站房预留出土通道进行出土;基坑内至基坑顶在基坑东南侧设置了1条进出坡道,最后基坑内剩余土方可由坡道运出基坑。
5 技术措施
5.1 边坡稳定保证措施
1)根据施工经验,分层开挖,放坡坡度,在即时开挖时,一般不小于1∶3,本次施工采用1∶2;施工间隙时段过长时,坡度设为1∶3,层与层之间设置平台,平台宽度3 m;总放坡坡度约为1∶4;2)在冠梁顶上砌高50 cm的挡水墙,防止地表水流入基坑并用钢管架刷警戒漆做防护围栏;3)一般土质土坡,覆盖彩条布,让水直接流入排水沟以避免大量水渗入土中;4)在坡顶与坡脚处设置排水沟,及时用水泵抽水。
5.2 土方开挖质量保证措施
1)每层土方开挖前,降水必须把地下水位降到基底标高以下2 m～3 m,并且土方达到相应的固结要求后才能开始开挖;2)挖土时防止超挖,水准仪随时测量挖土标高,严格控制土方开挖造成相邻区的土方高差;3)基坑开挖接近基坑底300 mm时,配合人工清底,不得超挖或扰动基底土;4)必须采用非对称开挖部分,建议对靠近地铁车站两侧土体进行加固,加固以深度6 m,宽度5 m左右为宜,待加固体达到一定强度后再开挖[8,9]。
5.3 支撑体系、质量技术措施
1)支撑体系要通过比较支撑刚度、挡墙刚度、开挖形状和土的力学性质等综合确定[10];2)2号线基坑设置1道钢支撑,采用ϕ609 mm钢管,在转角处设置厚为300 mm的钢筋混凝土角撑与钢支撑对应;3)钢支撑的施工要求紧随挖土的施工作业,随挖随撑,无支撑挖土的暴露时间控制在8 h～12 h内,无特殊情况下,严禁超过16 h并根据情况制定应急方案,并且遵循先撑后挖的施工原则;4)每组钢支撑安装后必须施加预应力,预应力的施加严格按照设计要求进行。挖好每小段土方后,在8 h内安装好支撑,12 h～14 h内观测预应力损失及地下连续墙等围护结构水平位移情况,会同有关各方商定附加预应力的实施。
6 结语
1)深大基坑工程开挖施工的主要参数为基坑规模、邻近环境要求、几何尺寸、支撑形式、开挖方式和地基条件等,其中最主要的施工参数是分层开挖的层数、每层开挖深度,以及每层开挖中基坑挡墙被动区土体开挖后、挡墙未支撑前的暴露时间。2)地铁车站深大基坑工程开挖应考虑承压水的影响,要按照基坑降水方案,布置好降水井,实施降水。3)深大基坑工程应遵循“先撑后挖”的施工原则,安装好钢支撑,按规定时限正确施加预应力。4)应用“时空效应”理论,采用“分区、分层、分段、对称、平衡”的开挖方法和“随挖随撑”的支撑方法,对称开挖对地铁车站结构更为有利,每层、每段均采用盆式挖土,能有效地控制基坑变形,保护周围建筑物、地下管线、邻近隧道等的安全,保证基坑土方的顺利开挖,缩短工期,降低成本,取得良好的社会效益和经济效益,值得同类工程借鉴。
参考文献
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大跨度深基坑 篇5
1 逆作法施工技术
1.1 逆作法施工技术的概念
逆作法施工技术是建筑基坑支护中的一种技术。逆作法施工技术可以通过对地下建筑结构存在的自身抗力的合理利用, 实现对基坑的支护。在运用逆作法施工技术进行施工的过程中, 需要对梁板与柱之间、梁板与墙之间的节点问题加以重视, 这些节点会对建筑物结构是否协调等方面产生一定的影响[1]。
1.2 逆作法施工技术的种类
根据基坑支撑方式的不同, 可以将逆作法施工分为部分逆作法、半逆作法以及全逆作法三种。
1.3 逆作法施工技术的优点
将逆作法施工应用到工程中, 能够有效地缩短工程的工期、节约工程的成本、提升施工效率、对基坑变形进行有效控制。由于逆作法施工技术的这些优点, 它常常被用于软土地区的深大基坑工程中。
2 将逆作法施工技术应用到深大基坑首层盆式开挖中
将逆作法施工应用到软土地区的深大基坑工程中时, 当工程的地下梁板结构施工结束之后, 需要运用暗挖的方式进行下层土方的开挖工作, 暗挖的方式会降低工程的工作效率, 且挖土的工作环境较差, 因此, 可以采用盆式开挖的方式完成深大基坑首层土方的开挖工作。深大基坑首层盆式开挖需要将工程施工对周围环境的影响降至最低水平。将逆作法施工技术应用到深大基坑首层盆式开挖中, 由于墙体的入土深度相对较大, 因此就基坑而言, 应该对变形进行有效控制。在制定深大基坑首层盆式开挖方案的过程中, 需要充分考虑工程的水文地质条件、基坑平面尺寸以及施工方法等因素的影响。为了提升工程的施工效率, 可以在保护环境的前提下, 尽量增加盆式开挖的土方量, 这种做法会对预留土堤宽度、盆中开挖深度等因素的确定提供合理的依据[2]。
3 深大基坑首层盆式开挖对基坑变形的影响
以上海中心裙房深大基坑工程为例, 对深大基坑首层盆式开挖对基坑变形的影响进行研究。
3.1 上海中心裙房深大基坑工程
上海中心裙房深大基坑工程的总体方案是裙房逆作与主楼顺作相结合。上海中心裙房地下室所采用的施工方法是逆作法施工, 它的围护结构是地下连续墙, 上海中心裙房地下室的开挖深度是27.2m, 地下室墙的深度是48m。上海中心裙房深大基坑的首层开挖方式是盆式明挖, 为了避免或较少裙房施工对主楼施工的影响, 运用分块开挖的方式, 当土方开挖工作结束之后, 要使用混凝土垫层进行跟进。上海中心裙房施工的时间处于地下公共通道结构施工结束之后[3]。
3.2 上海中心裙房深大基坑工程的水文地质条件
上海中心裙房深大基坑工程的土壤是由砂土、饱和黏性土以及粉性土组成的, 这种土壤具有分层分布的特点。深度小于24m的土壤主要是由黏土组成的, 该施工现场的土壤具有灵敏度高、压缩性高、含水率高以及强度低等特点, 这些特点会对上海中心裙房深大基坑工程的施工产生不良影响。根据埋藏条件可以将施工现场的地下水分成承压水和浅层潜水。在上海中心裙房深大基坑工程施工的过程中, 基坑外部的潜水情况变化幅度较小, 它的埋深范围处在1.5-3.5m之间[4]。
3.3对上海中心裙房深大基坑的分析模型进行计算
3.1.1确定土体计算参数
在上海中心裙房深大基坑工程中, 施工现场的粉制黏土、淤泥质粉制黏土、淤泥质黏土等土层中都是以黏土为主的, 对此, 可以选用修正剑桥本构模型, 结合施工现场的地质情况勘查报告中的相关数据确定土地的计算参数。就-3 粉砂土层、-2粉砂土层以及-1 砂质粉土土层而言, 需要运用M-C模型, 确定出土体的计算参数。
3.1.2 确定接触面参数和支护结构参数
二维快速拉格朗日法中的接触面是无厚度双面接触面单元, 这种物厚度双面接触面单元需要服从拉伸破坏准则和库伦剪切破坏准则;二维快速拉格朗日法提供了7 种不同的支护结构单元, 这些支护结构单元包含实体单元、梁单元、岩石锚杆单元等。上海中心裙房深大基坑工程的地下连续墙的模拟是通过实体单元和梁单元实现的。
3.4 上海中心裙房深大基坑工程的计算结果分析
3.4.1 工程的不同地墙刚度与地墙简化方式对墙体侧移的影响
就悬臂开挖而言, 分别运用梁单元和实体单元完成对墙体的模拟的过程中, 会产生一定的差异, 这种差异的产生原因是, 在深大基坑的开挖过程中, 墙体的后测表面会受到开挖侧隆起土体向上摩擦力以及其他土体向下摩擦力的影响。当选择梁单元对连续墙进行模拟时, 由于墙没有厚度, 虽然有摩擦力的产生, 却不会产生弯矩;就实体单元而言, 开挖侧隆起土体与其他土地对连续墙产生的向上和向下的作用力会因为墙体的中和轴产生弯矩, 这种弯矩会将墙后水平应力引发的弯矩中和掉。随着墙体厚度的不断增加, 墙体侧移不断减小, 但减小幅度相对较小。随着工程基坑开挖深度的不断增加, 墙体侧移的最大值也不算增大。就深大基坑首层盆式开挖而言, 当墙体厚度处于0.8-1.6m之间时, 墙体厚度的变化不会对基坑变形产生明显的影响。在对墙体进行模拟计算的过程中, 与运用实体单元对墙体进行模拟相比, 梁单元对墙体进行模拟的计算结果更大, 其偏大范围处在10%-21%之间。为了有效考虑土体对连续墙摩擦力的作用, 最好选择实体单元完成对工程中连续墙的模拟[5]。
3.4.2 工程盆边预留土堤尺寸对基坑变形的影响
盆边预留土堤的作用主要包含以下两种:第一种是通过对土堤下部土体竖向应力的提升, 促使土堤下部土体产生的被动土压力增加, 进而对围护墙埋入段的侧向位移进行控制;第二种是通过水平抗侧压力的产生, 实现对围护墙侧移的有效控制。随着土堤宽度数值的不断降低, 土堤的水平抗侧压力也呈现出缓慢降低的趋势。当土堤宽度达到20 时, 土堤水平抗侧压力处于最小值。但土地抗侧压力并不会随着土堤宽度的增加发生增加。如果盆边预留土堤的宽度为0, 当对这部分土堤进行挖除时, 会引发较大幅度的基坑变形。因此可以说, 盆边预留土堤具有较强的控制墙体变形作用[6]。
结论:随着大型地下工程数量的不断增加, 人们对深大基坑工程的重视程度越来越高。本文以上海中心裙房深大基坑工程为例, 对上海中心裙房深大基坑的分析模型进行计算, 并对工程的不同地墙刚度和简化方式对墙体侧移的影响、工程盆边预留土堤尺寸对基坑变形的影响进行分析。
摘要：随着经济的不断发展, 大型地下工程的数量呈现出逐渐增加的趋势。深大基坑施工在大型地下工程中占据着极其重要的地位。与其他基坑相比, 深大基坑的首层盆式开挖对基坑变形方面的要求更高。本文对基于深大基坑首层盆式开挖对基坑变形的影响进行分析。
关键词：深大基坑,首层盆式开挖,基坑变形
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大跨度深基坑 篇6
某小区工程共3栋, 其中12#及15#地上25.5层, 13#楼地上28.5层, 地下1层, 总建筑面积为42306m2。工程结构形式:主体采用钢筋混凝土框架剪力墙结构, 基础为天然基础, 塔楼为整体筏基, 其余为柱下独立基础。筏板基础长87.2m, 宽13.1m, 厚1.8m, 混凝土总量2261.5m3。
由于工程底板混凝土为厚大体积混凝土, 极易产生温缩裂缝, 采取适当措施, 消除和控制温度裂缝的产生成为工程质量关键。
2 大体积混凝土裂缝的成因及主要机理
2.1 大体积混凝土微观裂缝和宏观裂缝
微观裂缝也叫做肉眼几乎不可能看到的裂缝, 其裂缝宽度一般是在0.05毫米以下, 一般情况下还没有承受荷载的混凝土中都会存在一定数量的微观裂缝, 但混凝土中的微观裂缝对混凝土的正常工作不会造成影响, 同样也可以承受一定的拉力, 由于待裂缝的混凝土非常易产生应力集中, 造成混凝土具有较低的抗拉强度。宏观裂缝是肉眼可以看到且裂缝宽度大于0.05毫米的裂缝, 从混凝土结构的承载力、耐久性和正常使用等要求, 我国最新规范规定, 实际工程中在最严格控制的条件下允许裂缝宽度0.1毫米。
2.2 大体积混凝土结构裂缝产生的机理
1) 混凝土内约束裂缝产生的机理
深基坑大体积混凝土结构, 浇筑后由于体积很大其水泥的水化热非常大, 导致在混凝土内部聚集的水泥水化热很难散发出去, 引起大体积混凝土内部温度显著升高。然而在大体积混凝土表面散热较快, 这样导致混凝土整体形成比较大的内外温差, 使深基坑大体积混凝土内部产生一定的压应力, 其表面产生一定的拉应力。如果在大体积混凝土的表面存在的温度梯度较大的话, 其表面就会引起较大的表面拉应力, 此时如果大体积混凝土的龄期也非常短的话, 其整体的抗拉强度也就很低, 如果大体积混凝土由于温差而产生的表面拉应力, 超过了大体积混凝土的极限抗拉强度, 就会导致在大体积混凝土表面产生不同程度的表面裂缝。这种因为大体积混凝土表面和内部温差而导致的裂缝, 被称做内约束裂缝。这种类型的裂缝一般在混凝土浇筑早期产生, 其裂缝形状一般是不规则状态, 裂缝深度比较浅。在大体积混凝土表面裂缝处很容易产生应力集中, 导致大体积混凝土表面裂缝进一步扩展。
2) 混凝土外约束裂缝产生的机理
在大体积混凝土降温过程, 其内部产生的热量逐渐散发出去, 由于混凝土外边的温度不断的下降致使大体积混凝土很容易产生收缩, 同时, 在混凝土硬化的过程中由于多余水分被不断的蒸发以及碳化等原因也能导致大体积混凝土产生一定的收缩变形, 在深基坑内如果在混凝土收缩过程中受到地基和结构边界条件的约束 (外约束) , 阻碍其自由变形, 从而产生拉应力, 当两种应力进行叠加后超过了大体积混凝土的抗拉极限强度时, 则在大体积混凝土中产生一定数量的收缩裂缝, 此裂缝称为外约束裂缝。这种裂缝具有以下特征:裂缝沿着交接面向上不断的延伸, 靠近基底的裂缝宽度最大而在上部裂缝宽度较小, 严重的情况下还会产生贯穿混凝土的破坏性裂缝, 导致混凝土结构的耐久性、整体性、防水性以及稳定性等, 受到严重的影响, 致使其不能正常使用, 产生严重的危害。
3 影响大体积混凝土裂缝产生的各环节、各要素分析
根据大体积混凝土结构裂缝产生的机理, 项目部组织有关工程技术人员对大体积混凝土施工各要素、各环节可能产生裂缝进行分析, 其结果见图1。
4 控制深基坑大体积混凝土裂缝采取的技术措施
4.1 材料、配合比方面措施
1) 水泥:选用低水化热的32.5级矿渣硅酸盐水泥, 目的是降低混凝土中水泥产生的水化热, 控制其温度收缩。
2) 掺加掺和料 (粉煤灰) :粉煤灰具有一定的活性, 因此掺入一定量的粉煤灰, 可生成硅酸盐凝胶, 其密实度和强度就会有所增加, 收缩变形就会有所降低。当拌合大体积混凝土单位用水量一定的条件下, 可以非常显著的改善大体积混凝土的和易性。用粉煤灰替代部分水泥, 可以降低水泥的用量, 进而就降低了水泥水化产生的热量。如果保持混凝土拌合物的流动性, 优质粉煤灰的需水量比较小, 混凝土的单位用水量就会降低, 从而提高混凝土的强度, 进而防止裂缝的产生。
3) 掺加外加剂—高效缓凝减水剂和UEA微膨胀剂
(1) 掺高效缓凝减水剂
在深基坑大体积混凝土中掺加一定量的缓凝减水剂, 能够在保持大体积混凝土本身的工作不变的前提下显著减少拌和水的用量, 降低水灰比, 改善大体积混凝土的和易性, 使水泥在水化过程中水化较充分, 进而提高大体积混凝土的强度。在保持大体积混凝土强度不变的条件下, 可节约10%的水泥用量, 进而降低了水泥的水化热, 同时也可以延缓水化热释放的速度。
(2) 掺UEA微膨胀剂
在混凝土中掺加一定量 (约10%) 的UEA微膨胀剂, 可以抵消一部分混凝土在硬化过程中的收缩, 且使混凝土内部更加密实, 可以防止或减少混凝土收缩裂缝的出现。
4) 粗骨料:选用5~30㎜级配均匀机碎石, 含泥量不大于1%。碎石粒径越大, 表面积越小, 水和水泥用量越小。
5) 细骨料:为减小混凝土的后期收缩, 宜采用中粗砂, 细度模数2.5~3.0, 不使用人工砂。砂的含泥量不得大于3%。
6) 拌和水:采用洁净地下水, 地下水温度较低, 有利于降低混凝土浇筑温度。
7) 配合比:配合比计量必须准确, 各种材料用量允许偏差须符合规范要求。水胶比控制在0.45以下, 坍落度控制在180~210㎜范围, 砂率控制在40%以内。
4.2 混凝土搅拌、运输、浇筑方面措施
1) 混凝土搅拌必须充分, 不得有生料出仓。
2) 搅拌前, 应做好各种材料的降温措施。如:外加剂、砂石等必须覆盖, 不得露天存放, 避免阳光直射, 并在拌合前2d将碎石洒水降温;拌合水预先加冰块降温;散装水泥提前进料降温等。
3) 根据混凝土方量合理安排罐车运输, 运输能力必须保证混凝土连续浇筑。罐车等待下料时间不宜过长, 混凝土一旦出现初凝现象应做废料处理。
4) 混凝土车在等待下料期间, 可用地下水冲浇罐体, 有利于降低混凝土浇筑温度。
5) 混凝土场内运输输送泵管用一层麻袋包裹并经常洒水保持湿润, 降低混凝土入模温度。
6) 混凝土入槽前, 对基坑槽内四壁及槽底洒水降温。
7) 混凝土浇筑程序:采用薄层推移, 每层浇筑厚度500㎜以内, 且控制混凝土均匀上升, 避免过大高差一次到顶, 充分利用表面散热。
8) 混凝土应保证振捣密实, 不得漏振, 同时, 上一层振捣要插入下一层内10㎝内, 以消除两层之间接缝。
9) 混凝土表面处理:混凝土浇筑完毕后, 应及时用铝合金刮尺将表面泌水刮走;混凝土初凝时, 用铝合金刮杆将表面刮平, 并用木、铁抹子进行抹压, 混凝土初凝后、终凝前再进行一次抹压, 使混凝土面层再次充分达到密实, 与底部结合一致, 以消除混凝土由初凝到终凝过程中由于收缩硬化而产生表面裂缝的最大可能性, 整个抹压应控制在混凝土终凝前完成。
10) 施工缝、后浇带处理:为减少混凝土收缩引起的附加应力, 工程中设置施工后浇带。施工后浇带在相邻板块浇筑完两个月后再浇注混凝土, 后浇带宜采用快易收口网模板, 强度等级较原设计提高一级的微膨胀混凝土, 且浇注时温度宜低于主体混凝土浇注时的温度。
4.3 混凝土养护及温度控制方面措施
1) 混凝土养护:采用薄膜和草垫对混凝土进行保温保湿养护, 养护时间不少于14天。保温保湿养护覆盖时间以混凝土表面终凝为宜, 使混凝土处于封闭似高温湿热养护条件下, 提高其早期抗拉强度, 减少混凝土基础内温度梯度, 降低混凝土中心与表面温差和降温速度, 充分发挥混凝土自身抗裂能力。利用混凝土应力松弛特性, 使混凝土内部因温差产生的抗拉应力值小于混凝土本身同期抗拉强度, 以达到防止产生裂缝效果。
2) 温度控制与测温:应根据工程平面形状尺寸、厚度等不同情况布设测温点, 同时测混凝土中心、表面及大气温度, 温度上升阶段每2~4h测一次, 降温阶段每8h测一次, 根据温度记录, 增减保温材料厚度或层数, 确保控制大体积混凝土中心温度与表面温度之差及表面温度与环境温度之差小于25℃。当大体积混凝土中心温度与表面温度之差超过25℃时, 可增加保温材料厚度或层数;表面温度与环境温度之差超过25℃, 可适当减少保温材料厚度或层数, 反之亦然。当混凝土中心温度低于入模温度后可停止测温。
4.4 其他方面措施
如根据气候条件影响, 采取防雨、防台风等措施保证混凝土浇筑质量, 从而提高混凝土抗裂性能。
5 结语
深基坑大体积混凝土要从各环节来控制混凝土质量, 但最重要应该从材质和保温保湿养护着手, 这二个环节一旦出现问题, 大体积混凝土将不可避免产生裂缝, 但其它环节也不可忽视。
通过以上各项措施的落实, 大体积混凝土的施工满足了设计和规范要求, 减少了因出现有害裂缝面必须处理的费用, 得到甲方和监理方的肯定。
参考文献
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[2]朱伯芳, 王同生, 等.水工混凝土结构的温度应力和温度控制[M].北京:水利水电出版社, 2008
大跨度深基坑 篇7
1 基坑施工对盾构隧道的影响
软土地层的特点“三高三低”, 即高含水量、高灵敏度、高压缩性、低密度、低强度、低渗透性, 具有较大的流变性, 土层易受工程扰动, 地层变形大小及持续时间对近接工程施工极为敏感。而地层变形又会对隧道结构产生不利影响, 有可能使隧道结构产生较大变形, 导致渗漏或衬砌结构和道面结构层开裂、结构承载能力下降。
笔者通过这几年的地铁保护工作, 亲历了众多因地铁保护区内项目施工导致地铁发生的重大隐患。在笔者所在城市, 在地铁沿线保护区90%以上的深大基坑施工对地铁结构的影响超过控制标准 (控制标准在项目申报时由地铁公司依据项目影响评估结果及地铁结构现状确定, 结构变形最大不超过±10 mm) , 个别项目, 盾构隧道及车站变形甚至达到控制标准的几倍, 严重影响地铁结构的服役状态, 对地铁的结构安全及运营造成极大风险。
基坑施工导致变形的工序很多, 影响变形较大的工序大致为围护结构及桩基施工阶段、基坑开挖阶段 (包括开挖降水) 、基坑回筑支撑破除阶段。各个工序对地铁的影响原因在前人各种分析文章中已进行分析总结。笔者通过对所在地铁保护区内项目影响变化数据统计分析可以看出, 桩基 (围护阶段) 施工变形数据占数据变形总量的10%~20%, 个别距离较近的可以达到25%。基坑开挖阶段 (开挖降水) 变形数据占总变形量的40%~80%, 基坑回筑阶段变形数据占总变形量的10%~20%。软土地层经扰动后, 需进行较长时间的固结沉降, 因此在基坑施工阶段的影响存在滞后特性, 在工序结束之后继续发展, 一般在变形工序完成的一周后数据方可逐渐稳定。
2 近接施工对盾构隧道变形控制存在的问题
2.1 基坑开挖的整体设计
基坑时空效应中的时间效应主要体现在基坑底下的地下墙被动区和地下墙底下的土体滑动面都会因坑底暴露时间过长而产生相当的流变位移, 从而引起周围地层的位移增大。在深大基坑施工过程中, 普遍采用大开挖大降水施工, 土方开挖时间及混凝土支撑施工时间均较长。如只是单纯考虑基坑本体安全, 利用基坑的时空效应理论, 可以有效降低资源投入, 提高工程的效费比。但部分项目在一层土方开挖完成至支撑成型至少需半个月, 不少甚至需20天至一个月时间方可形成对撑, 导致周围土层位移持续增大, 盾构变形无法得到有效抑制, 基本超过控制标准。现在已有部分项目在设计之初考虑地铁保护的需要, 对基坑进行分解, 采用盾构侧小基坑先行施工的方案。工程实例发现, 较小基坑的施工, 短时间内支撑体系可以成型, 对盾构变形的控制有利。
2.2 项目影响评估的效力
影响分析评估结果是保护区项目获准实施的首要依据, 土体参数具有不确定性和复杂性的特性, 数值计算模型在建立土层本构模型时进行种种简化, 并不能完全体现地层的真实情况。部分项目的影响评估, 或对岩土物理力学参数进行修改或选用不合理的参数或选取不恰当的本构模型, 使之项目的影响结果满足盾构隧道变形控制要求, 对盾构变形的控制缺乏指导意义。目前对评估机构的责任追究存在较大困难, 此类情况并不鲜见。
2.3 基坑施工过程的控制
施工过程中对盾构隧道变形控制至关重要, 但目前基坑类项目对基坑本体安全的重视程度远高于对盾构隧道的影响控制。在桩基阶段及基坑开挖阶段隧道侧大范围的土方堆载、止水帷幕渗漏水、在基坑开挖阶段过深的降水、不合理的开挖顺序、不合理的施工组织导致支撑体系成型时间过长、基坑回筑阶段不合理的换撑或不合理的拆撑、拆撑的施工震动过大、肥槽回填不及时等施工过程中存在的质量安全问题, 对盾构隧道变形均有不小的影响。因此, 盾构隧道变形控制的要求在施工过程中应考虑方方面面, 任何可能影响盾构隧道的作业内容均需认真对待。
3 基坑施工盾构隧道变形控制措施
3.1 基于地铁保护考虑合理的基坑设计
采用合理的基坑围护设计及基坑开挖方式。从控制基坑位移的最优方案考虑基坑的整体设计。基坑的围护设计应采用刚度高、支撑稳定支护体系, 如地下连续墙+混凝土支撑。在开挖方式上, 盖挖法对控制周边地层变形有较大的优势 (杭州地铁保护区某项目基坑距离隧道最近6 m, 基坑底与隧道底部同高, 基坑完成后地铁变形控制在4 mm以内) , 软土地层大跨度半盖挖顺作法对基坑周边土体的变形控制及周边建筑物的保护已有相关工程实例, 可以考虑以其形式进行基坑设计。
从基坑变形的传播路径上, 可采取隔断方法来减小基坑施工对周边环境的影响。隔断法可以采用钢板桩、地下连续墙、树根桩、深层搅拌桩等构成墙体, 墙体主要承受施工引起的侧向土压力和差异沉降产生的摩阻力, 亦可用以隔断地下水降落曲线。
3.2 桩基阶段的控制
桩基施工对隧道的影响主要表现为沉桩挤土效应、桩荷效应和打桩振动效应。合理的围护桩型是在此阶段施工控制地铁变形的关键, 同时也是基坑开挖阶段变形控制的关键。应采用低振动, 低挤压效果的桩型, 降低土体扰动的同时, 提供合适的围护结构刚度。可采用三轴搅拌桩槽壁预加固, 改善墙侧土体、降低围护桩墙的扰动, 高压旋喷桩可以提供必要的止水效果, 采用地下连续墙作为围护刚度支撑。为达到止水效果, 目前亦有在地下连续墙外增加一层TRD止水墙。地下连续墙施工采用槽壁预加固、调整泥浆配比、适当提高泥浆液面高度等措施;同时可适当缩短地下连续墙单幅槽段宽度, 以减少槽壁坍塌的可能性, 并加快单幅槽段施工速度。
3.3 施工过程的控制
遵循“先撑后挖、及时支撑、分层开挖、严禁超挖”的原则, 合理确定基坑开挖的分区及其顺序, 尽量缩短基坑无支撑暴露时间, 对钢支撑及时施加预应力、严禁超挖和坑外地表超载等, 开挖完成时及时浇筑垫层能较有效地防止流变。可采用盆式开挖或岛式开挖的方式施工, 并结合开挖方式及时形成支撑和基础底板。开挖过程降水应随开挖深度逐步降低承压水头, 以控制承压水头与上覆土压力满足开挖基坑稳定性要求为原则确定抽水量, 不宜过量抽取承压水以减少降承压水扰流对邻近环境的影响。施工过程应时刻关注地铁结构变形监测数据情况, 考虑地铁结构监测数据反应的滞后性, 提前对工序进行调整或采取主动的措施抑制变形。
4 结语
近年来地铁沿线逐渐成为房产投资热点, 土地的价值导致地铁周边基本为深大基坑, 加之设计单位、施工单位素质参差不齐, 每一项建筑活动都对地铁结构产生不同程度的影响, 加速隧道结构变形, 甚或影响列车安全运营。为确保保护区内工程项目施工期间地铁安全运营不受影响, 地铁隧道保护区的施工技术措施及技术参数仍需根据实践不断修正, 项目在实施各阶段亦应提高地铁结构安全保护的优先级。
参考文献
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