组合基坑（精选8篇）
组合基坑 篇1
1 工程概况
某小区第二期工程,建筑物为住宅、附属配套、公共服务、商业、地下停车库及设备用房。场地属侵蚀堆积河谷邕江Ⅳ级阶地地貌,场地内地形平坦,平整后作为材料市场,地面标高在78.0m~79.5m。建筑基坑开挖面积约为3.5万m2,分期、分段开挖施工,平面布置图如图1所示。
建筑基坑南侧为工程第三期开发用地,场地开阔;北侧为城市规划道路;西侧为一小区交通道路;东侧为一大型材料市场。从东、西面中段及北面,基坑开挖边坡开口线内,有一改道排水渠(截面内净空尺寸:高×宽=2.0m×2.0m),在施工场地及周边红线范围内,无地下管线和重要设置。
该工程基坑支护周长约为718.19m,基坑开挖深度在8.45m~9.22m。开挖深度6.0m~14.0m,故工程的安全等级定为二级。
2 工程地质、水文地质情况
依据地质勘察报告资料揭露,场地岩土分层由上至下为:杂填土(1),属第四系全新统人工填土层,灰色,湿、稍密状,由黏性土、砾石组成,局部含块石及生活垃圾,层厚0.7m~3.7m;黏土(2),属第四系冲积层,灰黄色,灰白杂红色状,硬塑状,层厚0.6m~10.8m;粉质黏土(3),属第四系冲积层,土黄、灰黄色,硬塑状,局部坚硬状,层厚0.6m~8.4m;粉质黏土(4),属第四系冲积层,褐灰色,可塑状,层厚0.7m~14.9m;粉砂(5),属第四系冲积层,灰色、饱和、中密状,成分以石英为主,含少量泥质,局部粒径较大相变为细砂,层厚1.0m~19.6m;圆砾(6),属第四系冲积层,灰色、饱和、稍密状,成分以石英为主,砾石充填砂及少量泥质,层厚0.2m~1.0m。
场地范围内揭露两层地下水:一层属上层滞水,水位埋深为0.7m~3.0m,赋存于杂填土(1)的孔隙中,主要由大气降水、生活废水入渗补给,水量小,无统一水位;另一层属孔隙水赋存于粉砂(5)及圆砾(6)孔隙,主要由大气降水入渗补给,稳定水位埋深为4.1m~13.4m左右,场地水文地质条件中等复杂。
综合试验成果,基坑支护设计土层力学性质参数取值如表1。
3 基坑支护方案选型
3.1 总体方案分析
依据场地基坑周边环境、地质条件,从安全、技术、经济、施工组织等方面进行分析,选择基坑支护方案。
(1)南侧A~F段,边坡长184.97m,为工程第三期用地,场地开阔,施工灵活,基坑开挖有足够的位置,可按稳定边坡放坡。
(2)北侧C~D段,边坡长168.81m,基坑开挖分两级台阶(从上至下,上为第一级,下为第二级)。在第一级台阶边坡开口线内,设有一排水渠,在开口线处垂直开挖高2.55m。排水渠外侧为城市规划道路,渠顶与道路路面齐平,地下无管线。从排水渠底至基坑面为第二级台阶,垂直高6.05m。渠底边墙至建筑基础边水平距离为8.7m~9.7m,基坑边坡开挖有足够的位置,可按稳定边坡比放坡。
(3)东侧D~E段,边坡长58.92m,基坑开挖分两级台阶(从上至下,上为第一级,下为第二级)。在第一级台阶边坡开口线内,设有一排水渠,边坡在开口处垂直开挖高2.55m;从排水渠底至基坑面为第二级台阶,垂直高3.99m。渠底边墙距建筑基础水平距离为2.7m(施工工作面1.0m),可在渠底面以下按1︰0.18放坡。
(4)东侧E~F、西侧A~B,边坡长分别为124.68m、129.82m,基坑开挖深分别为6.55m、8.6m。由于道路及用地红线的制约,边坡开挖开口线(用地红线为界)至建筑基础边水平距离分别为3.25m、2.78m(施工工作面1.0m)。边坡不宜按稳定边坡比放坡,为此,采用坡比为1︰0.27进行放坡。
(5)西侧B~C,边坡长为51.0m,基坑开挖分两级台阶(从上至下,上为第一级,下为第二级),在第一级开挖边坡开口线内,设有一排水渠,水渠边墙距开口线0.8m,边坡垂直高3.3m,边坡比按1︰0.27放坡。从渠底面至基坑面为第二级,坡面垂直高5.1m,渠底边墙距建筑基础2.2m(施工工作面1.0m),边坡不宜按边坡比放坡,故边坡只能采用垂直放坡。
按上述分析,南侧A~F、北侧C~D段,边坡可采用简易的方式进行护面处理。东侧D~F、西侧A~B段,由于边坡放坡坡比小,坡面较陡,采用土钉、钢筋网、喷射砼护面。西侧B~C段,由于受场地空间限制,既不能按一定的坡比放坡,又要考虑到排水渠有足够的基底支承位置并满足承载能力条件,故该段边坡的第一级台阶面至边坡开口线,边坡釆用土钉、钢筋网、喷射砼护面。渠底面至基坑面为第二级台阶,边坡为垂直面。故宜采用占地空间小(渠底边墙距基坑开挖控制线1.2m)的支护结构进行边坡处理措施。
3.2 基坑支护方式选择
在场地、边界的制约条件下,适宜于该边坡B~C段(渠底面至基坑面),基坑支护方式大致有钻孔灌注桩支护结构,人工挖孔桩支护结构,桩锚支护结构,微型桩、土钉、锚索组合型支护结构等几种形式。
选择何种支护形式应根据基坑的场地、施工环境条件特征、基坑深度等情况而定。在方案阶段进行了以上四种类型的技术、经济、合理性的比较,最后选定微型桩、土钉、锚索组合型支护结构,既满足地质及场地环境条件,排水渠又有足够位置和支承渠底基础持力层,方案可行,且较为经济合理。
3.3 微型桩、土钉、锚索支护结构设计
微型桩是在坡面超前支护注浆微型桩(微型桩在受力计算中不作考虑,仅作为安全储备的作用),其作用是提高护坡面的表面刚度,使整个边坡形成一个整体,它对控制坡面位移、地面沉降、防止土方开挖过程中局部出现坍塌以及控制每层开挖到支护前这段时期内位移、抗倾覆方面起到重要的作用。
土钉、锚索是一种以土钉、锚索作为主要受力构件,在原位土体中安置拉筋、锚索以加固土体,从而提高挖方边坡稳定的新型支撑技术。土钉墙由被加固的原位土体,它通过注浆与土体界面上放置在土中的土钉群、锚索黏结力,以此抵抗墙后传来的土压力和其他作用力。微型桩、土钉、锚索、腰梁、护面钢筋网、喷射砼面层以及必要的排水系统,形成一种新的支护结构体系。
3.4 微型桩、土钉、锚索支护结构计算
该工程土钉墙支护结构设计计算(不考虑微型桩),是依据现行《建筑基坑支护技术规范》(JGJ120—1999),初步拟定基本结构尺寸并充分考虑面荷载(排水渠自重及满载重量q=59.29k N/m),土钉、锚索长度,地质参数等设计基本资料。采用土钉支护设计软件进行计算,据此对初始值进行修正。
由于土钉墙支护所在的支护基坑深度大于6.0m,其内部整体稳定性安全系数Fs不低于1.4;抗水平滑动的安全系数不小于1.2;抗整体倾覆的安全系数不小于1.3,且墙体底面最大竖向应力不应小于墙底土体作为地基持力层的地基承载能力值f理的1.2倍。计算结果(计算过程略)均满足各项系数要求。
3.5 土钉、锚索支护结构设计成果
基坑微型桩、土钉、锚索支护结构布置,布置图如图2所示。土钉墙底部标高70.7m、顶部标高75.8m,高为5.1m(不考虑渠底至地面高),边坡总高度为7.6m(基坑底至地面)。具体布置如下:
(1)从上至下依次布置为4排土钉,一排预应力锚索。土钉设计钻孔直径100mm,上两排孔长12.0m,下两排孔长9.0m,内设钢筋直径φ20@1500,垂直向间距1.2m。在上两排中间设一排1φs15.2@1500预应力锚索,孔长18.0m,自由段长6.0m,有效段长12.0m。
(2)微型桩一排,桩直径80.0mm,桩轴距1.5m,桩长9.0m,钻孔孔径130mm。
(3)支护面板钢筋φ6@200mm×200mm(单层双向),喷射砼面、C20砼。
(4)在锚索处,支护面板外侧,纵向设一道匸16槽钢腰梁,作固定锚具,同时增强面层整体稳定,协调基坑边坡变形作用,布置图如图2所示。
(5)整个护面设直径50.0mm排水管,间距2.5m梅花形布置,同时在墙顶线布置3个观测点,以便土钉墙位移观测。
4 微型桩、土钉、锚索组合型结构施工
4.1 微型桩
(1)土方开挖:基坑开挖至排水渠底标高、修边、整平渠底、定点、放线。
(2)钻孔:套管钻机成孔,孔径130mm,成孔后管底注浆至0.5m左右,然后拔出套管,下放钢管,注浆至管顶。
(3)注浆:注浆采用纯水泥浆,水灰比为0.45~0.5,注浆压力为0.3MPa~0.5MPa,二次注浆压力为1.5MPa~2.0MPa,注浆强度≥10MPa。
(4)养护:微型桩施工完成后应养护3d~10d方可开挖边坡,进行土钉墙支护施工。
4.2 预应力锚索
(1)制作:预应力锚索采用1φs15.2,1860MPa钢绞线,定位器间距1.5m。
(2)钻孔:锚索锚固体为130mm;孔深允许误差-20mm,成孔角度20°。
(3)注浆:注浆采用纯水泥浆,水灰比为0.45~0.5,注浆压力为0.3MPa~0.5MPa,注浆体强度≥20MPa。
(4)锚索张拉:预应力锚索张拉应在注浆体强度>15MPa,并达到设计强度等级的75%以后进行。
(5)锚索锁定:锚索张拉至设计荷载的0.9~1倍后,再按设计要求锁定,锁定值为设计拉力的50%。
(6)锚索控制应力:锚索张拉控制应力不应超过锚杆体强度标准值的0.75倍。为此,施工前应做锚索基本试验确定极限承载力及参数。
(7)钢靴:钢靴固定锚头作用,依据现场边坡及设计尺寸参数要求,构件宜在加工厂制作成品,工地现场装配、焊接成型。如图3所示。
4.3 土钉
(1)土方开挖:分层分段开挖,每层开挖深度不得超过该层锚杆标高0.3m,严禁超挖。先开挖基坑边作为锚杆施工工作面,后开挖中部。
(2)制锚:锚杆质量要求锚长误差100mm,杆体每隔2.0m做对中架。
(3)钻孔:机械成孔,孔径100mm,孔深允许误差-20mm,成孔角度15°。
(4)置筋:置筋前清除孔中废士干净,钢筋表面涂一层或多层防锈涂料,以防锈蚀。在钢筋上每隔2m~3m焊置一个定位架,以保证钢筋在孔中的位置。
(5)注浆:注入纯水泥浆,水灰比0.45~0.5,锚固体强度等级≥M10。
(6)修坡面:人工修整坡面、定点、放线,严格控制坡面到建筑基础外侧距离。
(7)钢筋网及搭接:钢筋网搭接(焊接),搭接长度按规范要求取值。
喷射砼护面厚100mm,砼强度C20;砼配合比为水︰砂︰石=1︰0.6︰2.2。边坡护面全部完工后方可排水渠施工。
4.4 质量检查、检测
(1)施工过程中须随时检查施工记录,并对照规定工艺对每根桩、每根土钉、锚索进行质量评定。
(2)对施工班组应及时检查并作记录,检查桩、士钉、锚索长,以及水灰比、水泥用量、注浆压力,对不符合设计要求的要及时调整、弥补。
(3)微型桩桩身完整性可采用低应变动测法检测,在成桩12d后,按总量的1%数量,且数量不少于3根进行抽检。
(4)土钉、锚索注浆完工28d后,按总量的1%数量,且数量不少于3根,进行抗拔检测。
5 组合型支护结构施工效果
该段支护工程从2011年3月21日开工至2011年4月28日施工完毕,同时基坑全面开挖。2011年5月5日起至2011年10月15日止,每隔7d监测一次。据观测资料,3个观测点水平、竖向位移变化速率分别在0.05mm/d~0.91mm/d、0.2mm/d~2.28mm/d,低于变化速率报警值(2mm/d≤D<4mm/d)。表明边坡支护结构施工过程工序工艺到位,支护结构运行受力良好。此后,经历了2011年9月30日的特大强暴雨袭击,排水渠满载运行工作,基坑又遭遇水淹,深达3.0m,经基坑抽、排水干后观察、观测,未发现支护结构护面位移、开裂、坍塌,充分说明支护结构经受考验,发挥了良好的支挡作用,完全达到了支护工程预期效果。支护现场效果如图4所示。
6 结语
基坑支护工程方案比选应立足现场,在地质、环境等基础上进行。依据实际情况,对基坑开挖周边较长、各段所在的位置条件不同,应因地制宜,分段分析和处理,不宜一概雷同。为此,有必要从总体方案进行场地具体分析、论证、经济综合比较,然后根据不同情况,确定方案,拟定结构尺寸及参数取值,计算结果验证,具体支护方案实施。
在实施前认真编制、制订施工组织方案,并经专家论证,严格按施工组织方案施工。工序工艺要求处理得当,人员密切配合,动态管理,出现问题应及时解决,在确保工程安全质量前提下,尽快实施。
该基坑支护工程的西侧B~C段(渠底面至基坑面),采用组合型支护结构形式,是在空间狭窄的基坑场地中具体应用的一次实践,运行效果良好,值得类似工程借鉴。
参考文献
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组合基坑 篇2
深基坑围护体系是由挡土系统（一般包括桩、墙）以及撑锚系统和止水排水系统组成空间体系．其影响因素之多远远超出上部结构。作为一个工程结构体系，它必须遵守力系平衡和变形协调的原则，即必须满足强度、抗渗及变形要求，即要有足够的安全度，又要节约投资。对于深、大基坑的围护体系。往往单一结构无法抵抗因基坑开挖产生的巨大水土压力以及由此而产生的变形影响。尤其是当基坑规模大、地质情况复杂、边界条件不同或形状多变时，采用单一结构要达到的强度、变形要求，必然要增大结构截面积或增加支撑或拉锚的数量．由此导致工程费用的大增。鉴于此．研究人员结合场地条件和工程实际情况．设计出各种形式的组合型围护结构，具有受力可靠、技术先进、经济合理等特点。组合型围护结构是采用性能相同或不同的建筑材料以及相同或不同的施工工艺组織构造组成的几何形状各异的围护结构，按其组合形式可分为3种类型，即：①不同材料构成的组合型围护结构：②不同形状构成的组合型围护结构：③不同材料和不同形状构成的组合型围护结构。
2组合型围护结构的力学特征和适用条件
2．1组合型围护结构的力学特征
组合型围护结构多为空间结构体系．其力学特征主要表现在几何特征与作用力之间的关系、空间形式与结构性能实现较完美的统一。
为了使围护结构能抵抗水平外力作用并保持自身稳定。要求结构构件在竖向和水平方向具有足够的强度和刚度。如果结构构件自身的强度和刚度不足（如单排桩、墙或平直的地下连续墙）。则必须提供别的外力来平衡水平力的作用，这就要求加设支撑系统或拉锚系统这样处理固然能使结构的力系保持平衡，从而保持围护结构体系的稳定，但支撑体系过多（如支撑道数过多或间距较密）。则不仅会增加投资。还会给基坑内土方作业和地下室施工设置障碍，使施工操作极为不便。从而影晌地下工程的施工质量，如造成支撑主休结构接缝处渗漏等，从而影响施工工期及综合经济效益。此外．拉锚伸入基坑外一定范围，将给周围环境稳定造成形响．在城市密集建筑群和管理群中实施也有一定的难度。组合型围护结构在这种情况下应用且有较大的优势，它是在一定质量条件下通过合理的质量分布．即改变结构几何形状，巧妙利用结构的空间效益及材料特性并合理布置来获得较大的强度和刚度，使结构体系内外力系保持平衡和稳定。因而组合型围护结构大多可做成悬臂式，为基坑内进行施工操作提供较大的空间。在组合型围护结构中，空间型又比平面型具有更高的平面效能，因它可利用有限的材料数量来获得最大的截面数量和截面惯性矩，从而大幅提高结构强度和刚度，增强围护结构的稳定性．获得更显著的经济效益。
2.2组合型围护结构的适用条件
该结构一般用于某些特定的工程条件和地质水文和环境条件，因采用常规围护结构难以解决深基坑工程组合型围护结构分析及应用问题或虽能解决但经济效益欠佳，故称为深基坑围护中的特种结构。但其结构形式和力学原理的完美统一则带有普遍性．都能用普通的建筑材料（如砖、石、混凝土、钢材等）和常用的施工工艺（如钻孔灌注、深层搅拌、高压注浆、旋喷、地下连续墙等）来实现，在目前条件下技术难度并不大，正因结构形式与力学原理能较好地统一，故其经济效益普遍较好。组合型围护结构一般适用于下列条件：①基坑范围大，开挖深度超大或超深；②环境要求严格，用常规的单排桩（墙）或重力式挡墙无法满足强度和变形控制要求；③加设内支撑或锚杆难以实施或周围环境不允许；④施工工期有明确的限制．坑内不允许有障碍；⑤采用常规围护结构方案经济效益欠佳。在具体应用时，还应给合工程情况、环境条件、地质和水文条件、基坑开挖深度、施工工艺特点和管理水平等方面的情况，综合分析和合理应用。以确保施工过程中的安全，并节省工程投资。
3组合型围护结构应用实例
某高层地下室基坑开挖平面尺寸为45mⅹ90m,开挖深度H=9m，土质近似为无粘性土。其加权平均指标为ф=30°r=19.5Kn/m3,c=0。原设计采用悬臂式支护桩，桩径d=1.2m,桩距s=1.8m．桩长L=17m,总桩数为150根。现改用桩-壳组合结构，桩径d=1.6m，桩距s=15m,桩长L=15m护壁厚度150mm.，总桩数为18根．圆柱壳半径R=20m,采用C20混凝土。
3.1壳板设计
壳板沿高度分为3段，每段高3m,压力计算如下：
Px=gxtg2(45°-ф/2)=6.5×(kN/m2)
Pmax=Pc=6.5×9=58.5(kN/m2)
由于Px环向内力Ne沿壳饭高度呈三角形分布．设计时可将壳板沿高度分成若干段，每段用其最大环向内力来确定单位高度所需的配筋量。本例将壳板分为3段。
Ne=–RPx=–20PxNel＝–390(kN/m)
Ne2=–780(kN/m）Ne3=–1170(kN/m)
壳板厚度从上至下分别取300、400、500m，经计算其配筋均为构造配筋（略）。
3.2支护桩设计
现取一中桩进行计算，承受的荷载为：
Qx=Pxs=97.5x(kN/m2)
qc=qmax=97.5×9=877.5(kN/m2)
内力分析可得：
RB=1558(kN)
MB=–39(Kn•m)
Mc=–2500(Kn•m)
MD=–1200(Kn•m)
经计算,锚拉杆As=5025mm2，需拉筋10ф25；支护桩外侧As=7168rnm2,配筋15ф25;支护桩内侧As=3440mm2，配筋7ф25；其余按人工挖孔桩构造配筋。
4结语
组合基坑 篇3
拟建场地位于太仓市娄江路西侧、县府东街南侧, 地块尺寸376.40 m×282.18 m。中部有一条东西向河道, 宽约10 m~35.0 m, 长约220 m, 贯穿整个场地, 水面标高1.12 m, 水深4 m~5 m左右, 淤泥0.20 m~0.50 m。属长江三角洲冲积平原区, 地貌形态单一, 水系发育。场地原为农田, 现为空荒地。场地地势除河道部位外较平坦, 勘探期间测得各勘探孔孔口标高在1.68 m~2.62 m之间, 最大高差为0.94 m。
如图1所示, 基坑开挖支护采用放坡+桩锚支护体系, 地面以下2.5 m采用1∶1放坡, 挂钢丝网后喷射混凝土;下部采用双排钻孔灌注桩加三排土锚进行桩锚支护, 排桩之间施加水泥土搅拌桩, 作为止水帷幕。本文拟对放坡开挖段采用强度折减法进行计算分析[1,2,3], 提出合理的施工应对措施。
2 安全性分析模型和参数选择
采用Mohr-Coulomb模型对边坡稳定性的影响进行研究, Mohr-Coulomb屈服准则是描述岩土工程材料最常用的准则[4], 该屈服准则的控制方程为:
其中, σ1, σ2, σ3分别为第一应力、第二应力和第三应力;c为粘聚力;ф为内摩擦角。
土层抗剪参数按照地层勘探结果取值, 如表1所示, c, 取标准值[5,6], 对于水位以下土层, 依据《基坑工程手册》, 土体c, 取标准值的0.875倍。
3 放坡段安全性分析
3.1 有限元数值仿真模型
基坑放坡开挖部位地层分布较为简单, 主要为填土和粉质粘土地层, 放坡坡度为1∶1, 放坡高度为2.5 m, 坡脚距离基坑内边缘长度为6 m。建立模型时, 取坡脚位置水平延伸长度为6 m, 坡顶水平延伸长度为6 m, 计算深度取第③层粉土地层边界位置, 即6.6 m, 地层分布和模型几何尺寸如图2所示。
如图3所示, 建立二维平面应变模型进行计算, 模型左侧和右侧水平约束, 底部竖向约束, 坡体施加土体自重荷载。由于施工过程中, 坡顶附近不可避免受到车辆重载和材料堆放等因素的影响, 计算过程中, 按照常规计算理念, 取坡顶超载为20 k N/m, 超载施加于距离坡顶3 m~6 m处。
3.2 放坡开挖施工参数分析
采用强度折减法, 计算得到放坡开挖段的坡体安全性系数为2.687 5, 由《建筑边坡工程技术规范》可知, 一级建筑基坑边坡安全性控制标准为1.35, 说明上部2.5 m采取1∶1放坡方案是可行的[7,8]。
图4为边坡发生滑坡时的等效塑性云图, 滑面由上部坡顶延伸至坡脚位置, 基坑潜在滑面呈圆弧状, 由潜在坡体的位置可知, 施工中应注意如下几点:
1) 由于潜在滑面上部位于坡顶位置附近, 因而应加强此区域附近的施工超载, 避免大型设备在此区域通行, 同时应避免坡顶位置材料堆载;
2) 坡顶位置处应设置截水沟, 防止雨水从坡顶渗入, 导致土体有效应力减小, 引发边坡失稳;
3) 坡脚位置处应施加堆载, 并在此处设置排水沟, 减小坡体失稳的概率。
4 结语
本文以太仓市万达广场为工程依托, 采用岩土工程摩尔—库仑经典本构模型, 对上部放坡下部排桩的组合支护体系下基坑放坡开挖段的安全性进行计算分析, 强度折减法计算结果显示, 放坡段安全系数为2.687 5, 大于基坑规范规定的限值。针对潜在滑移面位置, 提出保持基坑稳定的三项施工措施:严格控制施工荷载与坡顶保持一定安全距离;坡顶设置截水体系;坡脚压载和排水体系设置。施工过程表明, 本文提出的方案有效保证了组合支护体系下基坑放坡段的安全性, 有效避免出现坡脚滑动、坡顶裂缝等工程事故隐患。
摘要：摒弃组合体系的相互干扰因素, 采取单项分析方法, 对放坡和排桩组合体系下的深基坑进行放坡段单项分析, 根据计算结果提出了相应的施工措施, 相关研究成果可以为其他相关工程提供参考。
关键词：基坑,放坡,强度折减,组合支护体系
参考文献
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组合基坑 篇4
1 工程概况
某客运专线车站站房应急工程深基坑, 呈长方形布设, 基坑总面积 ( 含放坡面积) 为3 574 m2。根据应急程度不同, 基坑分两部分施作, 其中Ⅰ-1 期应急工程基坑为2 134 m2, 基坑西侧为杭甬客专临时正线, 边缘距离杭甬临时正线线路中心线约9 m; 基坑南北两侧为站房灰空间及雨棚施工场地; 基坑东侧为杭长铺轨基地, 基坑东南角有1 号牵引变电站和输电线, 牵引变电站距离最近的桩基施工约24. 6 m, 施工环境十分复杂。
2 施工工艺原理及施工流程
1) 基坑内支撑采用钢筋混凝土支撑与钢管支撑组合形式, 顶层采用钢筋混凝土支撑可以确保支撑体系的稳定性, 下层采用钢管支撑, 提前在预制场进行预制, 可用吊车直接吊装, 加快了拼装和拆卸的速度, 减少了施工振动对既有线铁路运行的影响。2) 在顶层钢筋混凝土支撑拆除时, 采用金刚绳混凝土切割技术, 不受钢筋混凝土支撑截面形式影响, 金刚石绳索在液压马达带动下绕混凝土支撑高速运动研磨切割, 钢筋和混凝土可一次性切割完成, 无需二次处理。3) 临近既有线深基坑组合内支撑快速拆卸施工顺序为: 平整场地→施工围护桩、工程桩、临时立柱桩→施工坑底加固及止水帷幕→放坡开挖至第一道钢筋混凝土支撑底标高, 并施作护坡面层及坡顶截水沟→开挖基槽施工冠梁和第一道钢筋混凝土支撑→开挖至第二道钢支撑底标高→安装第二道钢腰梁和支撑→开挖到基底标高→开挖过程中施工围护桩之间网喷混凝土→施工垫层、防水、底板→底板达到设计强度后, 拆除第二道支撑及腰梁, 然后施工防水、侧墙至第一道支撑底→施工主体结构→待侧墙混凝土达到设计强度, 施工临时钢倒撑→拆除第一道支撑 ( 采用金刚绳切割技术) , 继续施工主体结构。
3 使用范围及关键技术特点
临近既有线深基坑组合内支撑快速拆卸施工技术适用于临近既有线深基坑内支撑施工, 也可为其他基坑内支撑施工提供技术参考。其关键技术特点有: 1) 在临近既有线深基坑施工中, 对内支撑结构进行优化, 采用钢筋混凝土支撑与钢管支撑组合形式的内支撑, 顶层采用钢筋混凝土支撑可以确保支撑体系的稳定性, 下层采用钢管支撑, 可提前在预制场进行预制, 加快了拼装和拆卸的速度, 减少了施工振动对既有线铁路运行的影响。2) 将顶层钢筋混凝土支撑的拆除方式进行优化, 放弃了传统打眼爆破及冲击钻凿除的方法, 采用了金刚绳混凝土切割技术, 不受钢筋混凝土支撑截面形式影响, 切割速度快, 减少了拆除时产生的振动, 有效降低了对既有线的影响。3) 钢支撑牛腿支撑焊接时, 采用SMW工法桩直接在H型钢表面焊接牛腿, 其他围护桩表面植入膨胀螺栓安装牛腿的方法, 有效降低了施工成本, 加快了安装速度。4) 钢管支撑拆除后, 可循环使用, 有效降低了施工成本, 减少了废弃混凝土的产生, 环保节能效益显著。
4 关键工序施工工艺及操作要点
4. 1 冠梁及第一道钢筋混凝土内支撑施工
1) 开挖前准备。a. 基坑开挖前, 按测设的原地面标高1 ∶ 1. 5放坡计算基坑的实际开挖线, 并用木桩和白灰作标识。b. 基坑开挖前应设置纵横向的排水沟或截水沟, 水沟应在开挖线5 m以外, 将地表水通过水沟排入天然水沟; 同时在基坑的四周设置集水坑及排水沟来进行基坑内的排水, 必要时采用潜水泵配合抽排, 严禁积水浸泡基坑。
2) 基坑开挖。a. 基坑开挖前要首先保证桩身的混凝土强度满足要求, 开挖至第一道钢筋混凝土支撑梁底面标高后结束。b. 开挖采用挖掘机开挖, 人工配合清理, 围护桩桩顶开挖时要保护好桩头钢筋。
3) 桩头处理及混凝土垫层施工。a. 围护桩开挖至冠梁底标高, 进行桩头处理。b. 桩头凿除前, 测量组先进行桩顶标高测量。破除桩头时, 在设计桩顶以上20 cm设置切割线, 采用切割机切割, 防止破坏有效桩体。c. 人工凿除剩余20 cm混凝土, 凿除时不得损坏主筋, 切使主筋锚入冠梁内的长度满足设计要求。d. 清理桩头浮渣, 经检测单位桩基检测合格后, 浇筑混凝土垫层, 准备进行冠梁支撑施工。
4) 钢筋绑扎。混凝土内支撑梁的钢筋绑扎需要在垫层混凝土达到设计强度值75% 后进行, 钢筋在加工厂进行集中加工, 然后运至现场绑扎固定。
5) 模板工程。a. 冠梁支撑模板选择竹胶板, 方木做斜撑模板支立。b. 混凝土内支撑模板安装应该在钢筋绑扎完毕后进行, 安装采用大块钢模, 也可以采用胶合板、组合钢模板等进行制作和安装。c. 模板安装前, 先放样定位模板的内轮廓线, 并用黑汁弹线或其他方法作好标识。安装时, 模板调直采用绷线法, 垂直度采用吊垂球法进行控制。模板采用“外撑内拉”形式进行加固, 确保模板尺寸精确, 整体稳定牢固, 浇筑过程中不会变形, 作业过程中保证基坑周边土体稳定。
6) 灌注混凝土。a. 支撑混凝土在搅拌站进行集中搅拌, 采用罐车运输至施工现场。b. 混凝土采用泵车分层浇筑, 分层的厚度要控制在30 cm ~ 45 cm之间。混凝土浇筑时采用插入式振捣器进行振捣, 严禁碰撞钢筋和模板。c. 混凝土振捣深度应控制在棒长度2 /3 ~ 3 /4, 施工时需快插慢拔, 不断上下移动振动棒, 以减少气泡, 并保证混凝土捣实均匀。
7) 混凝土养生。钢筋混凝土内支撑梁养生采用洒水、覆盖养生法。在混凝土浇筑完毕后, 12 h内即应覆盖和洒水, 对混凝土进行保水潮湿养生。具体实施时, 根据现场实际的混凝土类型、水胶比和外界的温度、湿度等综合考虑, 选定适易的养护方式和养护期限。混凝土养护用水应和拌和用水一致。
8) 拆模。a. 钢筋混凝土内支撑梁混凝土拆模时, 应在混凝土强度达到2. 5 MPa以上, 表面及棱角不因拆模而受损时, 且混凝土心部与外部温差小于15 ℃ 方可拆除。b. 混凝土拆模时, 除了控制在养护时的温差范围外, 还应注意: 在混凝土内部开始降温前不得拆模。在拆除模板时, 应保持养护作业连续不中断。
4. 2 第二道钢支撑施工
1) 基坑开挖。a. 第一道钢筋混凝土内支撑混凝土强度达到设计要求时, 继续进行土方开挖, 开挖到第二道内支撑底部标高。b. 基坑开挖同时, 及时对露出的围护桩加设钢筋网片, 喷射混凝土。
2) 腰梁和钢支撑梁加工。钢腰梁由型钢和钢板焊接而成, 钢支撑梁采用钢管和双榀焊接而成, 经设计检算合格后, 全部在厂家分段集中加工, 每段设置连接板、采用螺栓连接。
3) 钢腰梁和钢支撑梁施工。a. 在基坑开挖到第二道钢支撑底部标高时, 围护桩四周继续开挖, 下挖1. 2 m左右, 宽度1. 2 m, 在围护桩表面植入膨胀螺栓安装牛腿, SMW工法桩直接在H型钢表面焊接牛腿。b. 安装采用吊车进行, 分段采用螺栓连接后对接缝全部焊接 ( 见图1, 图2) 。
4. 3 倒支撑施工
1) 在底板混凝土浇筑完成, 并达到设计强度后, 拆除第二道支撑, 施工侧墙防水和墙体, 其混凝土标号达到设计时, 安装倒支撑。
2) 倒支撑应严格按照设计图纸采用钢管和钢板焊接而成, 在底板和侧墙施工安装其预埋件。安装工艺同第二道钢支撑施工工艺。
4. 4 组合内支撑拆除
1) 内支撑结构的施工与拆除顺序, 应与设计工况一致, 必须遵循先支撑后开挖的原则。
2) 在底板混凝土强度达到设计要求时, 进行第二道钢管支撑拆除, 钢管支撑直接卸掉法兰螺栓、钢腰梁在接缝处切割分离, 吊车吊至地面转运存放。
3) 在侧墙施工后, 安装倒支撑、主体结构施工第一道支撑底部, 侧墙在强度达到设计要求时, 同时对框架桥、东西两侧临时隔墙与围护桩之间的空隙进行素土回填 ( 回填材料采用级配良好的砂土或碎石土、分层压实每层粒径小于20 cm, 压实度不小于95% , 压实采用打夯机进行) , 进行第一道支撑拆除。
4) 第一道混凝土支撑采用液压金刚石切割技术进行切割 ( 见图3, 图4) , 拆除时金刚石绳索在液压马达带动下绕切割面高速运动研磨切割, 完成钢筋混凝土内支撑的切割工作, 利用吊车分段吊离, 并运至指定弃土场。
5 结语
通过优化内支撑结构及拆卸技术, 采用钢筋混凝土支撑与钢管支撑组合形式的内支撑, 钢管支撑拆卸方便, 同时将顶层钢筋混凝土支撑的拆除方式进行优化, 放弃了传统打眼爆破及冲击钻凿除的方法, 采用了金刚绳混凝土切割技术, 减少了拆除时产生的振动, 加快了拆卸速度, 有效降低了对既有线的影响, 确保工程按期完成。该方法具有施工速度快、操作简单、施工安全、对既有线影响小等优点, 对同类工程具有参考意义。
摘要：结合具体工程实例, 介绍了临近既有线深基坑组合内支撑快速拆卸施工的工艺原理及流程, 分析了深基坑组合内支撑快速拆卸施工技术的使用范围, 提出了该技术的施工操作要点, 有利于其在工程中的推广应用。
关键词：既有线,深基坑,内支撑,钢筋混凝土
参考文献
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[3]舒安, 洪琦.深基坑混凝土内撑4种拆除方法的比选[J].施工技术, 2011 (S2) :70-76.
组合基坑 篇5
1 工程概况
福州市轨道交通一号线群众路站位于八一七中路路中, 骑跨群众路, 设计为地下二层岛式车站, 车站两端延伸矩形区间, 北段至高桥路口, 南端至茶亭公园湖侧设置盾构工作井。工程总长度为481.627m (内净) 。工程总建筑面积23671m2, 分为车站部分17479m2 (其中车站站厅层面积7923m2, 位于地下一层;车站站台层面积9556m2, 位于地下二层) 、商业开发部分5600m2 (地下一层) 、过街通道及自行车停车库592m2 (夹层) 。
2 基坑支护方案
本车站及两端矩形区间大部位于华辰地下空间大基坑区域内。其基坑已经先期开挖至标高-0.94m。本工程基坑按已开挖深度 (罗零标高-0.940m) 起算大约需开挖7.90~13.018m, 北端端头井局部挖深10.02m, 南端端头井局部挖深13.018m, 工程总长481.627m, 宽16.47~21.15m (内径) , 局部加宽处26.073m。基坑支护结构设计采用Φ609钢管支撑 (t=16mm) , 采用Φ1000旋挖钻孔灌注桩作为车站及明挖区间的围护结构形式, 外侧单排三重管旋喷桩加灌注桩间旋喷止水帷幕, 局部受已建结构影响操作空间较紧张范围采用坑内外侧分别设置灌注桩间摆喷的止水形式。基坑设计采用两道钢支撑, 局部底板落深处加设三道钢支撑。基坑内降水主要采用管井井点降水。
整个基坑支撑均采用Φ609钢支撑。钢支撑体系由Φ609钢管支撑和防止因钢支撑跨度过大而失稳的格构柱及之间联系杆 (H700×300×13×24) 构成。第一道钢管支撑固定在围护灌注桩桩顶钢筋砼圈梁的后置钢板上, 第二道支撑采用H钢围檩, 两端盾构井钢围檩采用双拼488×300H型钢, 其它钢围檩均为双拼700×300H型钢。整个明挖段基坑钢支撑为二道Φ609钢支撑, 仅在两端盾构工作井和50轴~60轴处设置三道钢支撑。见图1。
3 基坑支撑安装施工
3.1 施工区域划分
支撑施工安装原则上由两端向中间进行, 参照施工图顺序进行施工。本基坑断面较长整个基坑拟分八段施工, 以每隔两条诱导缝为界, 见图2。
3.2 钢支撑形成的原则
①开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖原则;②先形成体系后受力原则;③先节点可靠后受力原则;④混凝土压顶圈梁达到一定强度后受力原则。
3.3 支撑施工流程
(见图3)
3.4 施工准备
(1) 钢管支撑加工整理。①钢管支撑法兰依据设计图进行加工, 根据地铁基坑支护支撑长短情况每道钢支撑采用一节钢支撑为单头法兰使支撑的长短可焊接或切割。②每根钢支撑的配置按总长度的不同, 配用一端固定段及一端活络段, 在两支承点间, 中间段最多不宜超过3节。③钢支撑配置时应考虑每根总长度 (活络段缩进时) 比围护结构净距小10~30cm, 但同时要考虑到围护结构的外放情况。④地面上要求专人负责检查支撑及其配件, 支撑在使用前应进行试拼装, 以保证支撑有适当的长度和足够的安装精度, 对不符合技术要求的支撑配件一律弃用。
(2) H型钢围檩加工制作。围檩采用新购置的标准型钢, 根据施工现场支撑位置在地面进行焊接, 围檩拼接工作量大要前期制作备用。
(3) 钢牛腿焊接。①本工程第二道、第三道支撑需焊钢牛腿。在焊钢牛腿之前先将灌注桩砼保护层隔一根凿除一根, 灌注桩凿除后使主筋露出, 钢牛腿焊在灌注桩主筋上, 间隔2m焊一块钢牛腿, 钢牛腿尺寸为750×400×12, 钢牛腿面应水平且标高要符合设计要求, H钢围檩搁置上去后应使每个钢牛腿都能受力。②基坑中部钢系杆搁置钢牛腿焊接在钢格构柱上, 每个格构柱焊两片钢牛腿。钢牛腿尺寸为350×400×12。
(4) H钢围檩安装。①钢围檩与支撑现场施工吊装设备均采用50t履带吊车。②钢围檩接长时必须焊接, 避免出现悬臂型式。钢围檩现场拼接点位置应尽量靠近支撑点, 且不宜超出围檩计算跨度的三分点以外。同时尽可能加大坑内安装段的长度, 减少安装节点的数量。每个拼装节点特别是转角处的节点必须采取措施保证围檩的可靠焊接, 确保工程安全, 确保钢围檩不产生水平位移。③H钢围檩与Φ1000灌注桩的间隙采用C30细石混凝土填充。
3.5 钢支撑安装
(1) 除盾构井45度角撑外每根钢支撑由三个构件组成, 组成构件为钢支撑活络头、Φ609×16钢管标准节12m长、单头法兰钢管 (见图4) 。
(2) 直撑在地面预拼, 采用整体吊装就位的方法。各节钢管 (中间节、调整节、端头节) 连成整体后, 便可由50t履带吊整体起吊安装, 将钢支撑管吊放到位, 搁在牛腿钢板上, 两段支撑管之间通过法兰盘以及螺栓连接, 法兰盘螺栓应全数拧紧。现场拼装支撑两头中心线的偏心度要控制在2cm以内, 安装时注意偏心向下 (见图5) 。
(3) 钢支撑吊装就位后, 先不松开吊钩, 将活络端拉出顶住预埋件, 再将2台100t液压千斤顶放入活络端顶压位置。为方便施工并保持顶力一致, 用专用托架将2台千斤顶固定为一个整体, 将其骑放在活络端上。
(4) 支撑安装完毕后, 其端面与围护桩面与围檩侧面应平行, 且应及时检查各节点的连接情况, 经确认符合要求后方可施加预应力。
(5) 为防止支撑在施加预应力后由于和围护桩 (或围檩) 不能均匀接触而导致偏心受压, 事先用速凝细石混凝土将空隙填实。
(6) 施加支撑预应力
①预顶力施加前, 必须对油泵及千斤顶进行标定, 使用中要经常校验, 使之运行正常, 确保量测预顶力值的准确。施加预应力的设备应专人负责, 且应定期维护 (一般半年一次) , 如有异常应及时校验。
②预应力分级施加, 重复进行。并同时防止围护结构的外倾, 损坏和对坑外环境的影响。
③千斤顶接通油管后即可施加预顶力。预应力值应为设计预顶力值加上10%的预顶力损失值。预顶力应分级施加, 第一次预加50%~80%, 通过检查螺栓、螺帽, 无异常情况后, 施加第二次预顶力到设计要求。每根支撑施加的预顶力值要记录备案。预应力加至设计要求额定值后, 应再次检查各连接点的情况, 必要时对节点进行加固, 待油泵额定压力稳定后锁定。
④预顶力施加到位后, 在活络端中楔紧楔块, 然后回油松开千斤顶, 解开起吊钢丝绳, 即完成整根支撑的安装。
⑤在支撑受力后, 严格检查并杜绝因支撑和受压面不垂直而发生徐变, 从而导致围护桩水平位移持续增大乃至支撑失稳等现象的发生。
⑥施加预顶力后, 要经常检查法兰盘螺栓的松动情况, 及时拧紧, 并再次检查其端板处空隙, 若有则应用微膨胀高标号水泥砂浆或细石砼填实。
⑦应特别注意最上面两道撑 (尤其是第一道撑) 端部与围护桩的接触面情况。在基坑开挖深度较大后, 接触面压力会减小, 乃至出现支撑与围护桩脱开的现象, 故采取及时复加预应力等措施, 防止支撑因端部移动而脱落。每次加撑后均应由上向下再补加一次预顶力。
⑧在下列情况需要复加预顶力:在第一次加预顶力后12h内观测预顶力损失及墙体水平位移, 并复加预顶力至设计值。当昼夜温差过大导致支撑预顶力损失时, 应立即在当天低温时复加预顶力至设计值。墙体水平位移速率超过警戒值时, 可适量增加支撑轴力以控制变形, 但复加后的支撑轴力和挡墙弯矩必须满足设计安全度要求。
(7) 支撑中部与钢系杆的连接钢板应在支撑施加预应力后焊接。
(8) 钢支撑构件的拼接采用螺栓连接, 支撑两端靠围檩处采用焊接。第一道支撑两端焊接在圈梁的后置钢板上。
(9) 支撑安装的容许偏差应符合以下规定:①同层支撑中心标高偏差不大于30mm。②支撑构件两端的标高差不大于20mm。③支撑与立柱的轴线偏差不大于50mm。④支撑水平轴线偏差不大于30mm。
(10) 支撑安装对土方开挖的要求
①在开挖过程中, 应采取措施防止碰撞或损伤支撑结构、格构柱或扰动基底原状土。②钢围檩、支撑安装对土方开挖的要求, 第一道支撑与第二道支撑的沟槽开挖详下图。③在支撑安装前, 根据双拼Φ609钢管的宽度, 开挖相应的沟槽。然后再进行支撑安装。
沟槽深度为钢支撑底标高向下200mm, 沟槽底宽以支撑外侧宽度两侧各增加500mm, 上口宽度以不塌方为宜。在支撑钢立柱结点处考虑结点部件的安装, 钢立柱四周土方挖土底标高相应比沟槽底标高再降低500mm。
(11) 特殊部位处理
①斜支撑。a.考虑到斜撑与围护结构有夹角, 所以在斜撑安装之前先把斜撑支座焊接在后置于围护结构上的钢板上, 使得支撑轴力与钢支托上的传力钢板相垂直, 同时于斜撑支座上焊接支撑所用牛腿钢板, 然后同安装直撑一样安装斜撑。b.由于斜撑部位不但受轴向力, 且受剪力作用, 因此在基坑开挖时, 应从支撑预埋件设置、基坑开挖次序、支撑支座的焊接三个方面采取措施, 保证斜撑质量符合设计要求。端头井开挖, 先开挖出外侧最长的支撑位置, 并架设牢固, 然后依次向内, 挖出较短的支撑位置, 依次架设。c.由合格电焊工焊接斜撑端头件, 工程技术人员应协助施工, 确保端面与支撑垂直。斜撑的焊接是斜撑质量控制的关键, 一般情况下, 上口质量较易控制, 下口由于焊工操作面小, 容易马虎, 施工中应派专门质检员对各道支撑的下口质量专项检验, 不合格即返工。d.开挖中, 加强对斜撑内力与变形的监测。
②临时立柱上支撑。中间搭设在临时立柱上的支撑在与立柱交叉的地方须设置支撑托架和抱箍, 以保证支撑在同一直线上。
3.6 钢支撑拆除
(1) 根据设计要求, 在主体结构施工过程中, 达到拆除条件并经监理确认后, 按照以下顺序逐步拆除支撑。
结构底板:待底板砼达到设计强度后, 三道撑处拆除第三道支撑。
二道撑处:浇筑底板和中板间侧墙结构至肋板处, 待侧墙和肋板砼达设计强度后拆除第一、二道支撑。
三道撑处:浇筑底板砼, 待底板砼达到设计强度后, 拆除第三道支撑。浇筑底板和中板间侧墙结构至换撑肋板顶和砼换撑肋板, 待其砼达设计强度后拆第一、二道支撑。
(2) 拆除时用履带吊将钢支撑托起, 在活动端设200t千斤顶, 施加轴力至钢楔块松动, 取出钢楔块, 按20%分级逐步卸载至取完钢楔, 再吊起支撑。卸载时注意结构内力监测和结构变形观察, 如有异常立即回顶。
(3) 钢支撑拆除后应进行修理, 凡构件变形超过规定要求或局部残缺的要求进行校正修补。
3.7 施工注意事项
钢支撑安装的质量直接影响到工程安全和施工人员的安全, 对于工程质量和地表沉降有着至关重要的作用, 必须引起高度重视。
(1) 钢支撑进入施工现场后都应作全面的检查验收, 都应保证质量, 进行试拼装, 不符合要求的坚决不用。
(2) 对施加支撑轴向预顶力的液压装置要经常检查, 使之运行正常, 确保施加的预顶力值准确, 每根支撑施加的预顶力值要记录备查。
(3) 钢管支撑连接螺栓一定要全数栓上, 不能减少螺栓数量, 以免影响钢支撑的拼接质量。
(4) 施加预顶力后, 应再次检查支撑端部与围檩的支托或吊挂情况, 有必要的作一定的加固。
(5) 在基坑开挖与支撑施工中, 应对围护结构的变形和周围环境进行监测, 内容包括围护桩体变形观测及沉降观测、支撑轴力的测试和邻近建筑物沉降观测。要求每天都有日报表, 及时反馈资料指导施工。
(6) 钢支撑的拆除严格按设计工况进行, 否则应进行替代支承结构的强度及稳定安全核算并得到设计的认可。
(7) 土方开挖时, 地面指挥应时刻注意开挖面与上面钢支撑的距离, 严禁碰撞支撑。夜间施工, 作业场所及通道处均设置照明设备和安全标识。在作业场所增加照明设备以加强照明;出入口、阶梯、通道等必要场所设紧急照明设备。
4 施工效果
基坑自2009年6月组合钢管内支撑开始施工至2009年8月支撑拆除, 历时近3个月。本工程的土体位移警戒值为50mm, 最大侧向位移不超过4mm/d, 位移发展值连续3d不大于3mm/d。周边建筑物累计沉降量小于7mm, 道路管线正常使用。监测点经3个月的连续观测, 桩顶水平位移最大为8mm。
另外, 从钢支撑内力测试结果来看, 最大轴力均未超过设计值, 说明整个支撑系统处于安全稳定状态, 工作良好。
5 结语
(1) 本工程超长形深基坑支护采用旋挖钻孔灌注桩、三重管旋喷桩与组合钢支撑、预应力钢管支撑相结合的支护体系, 基坑支护结构稳定性好, 围护无渗漏, 确保了周边环境和地下公用管线的安全;支撑材料可以反复周转使用, 使用一次的损耗约在10%左右, 因此造价至少比混凝土支撑降低25%以上。
(2) 预应力钢管支撑应及时安装并施加预应力, 以利基坑支护结构的稳定。在开挖预应力钢管支撑以下的土方时, 应尽可能调整预应力钢管支撑的受力状态, 以充分发挥其对深层围护墙水平位移变形控制的作用。
(3) 由于组合钢管内支撑可在场外预制, 现场拼装, 没有养护期, 故施工速度快, 工期短。拆除快速方便, 对周边环境影响小。
(4) 充分运用深基坑施工的"时空效应"原则, 将超长型深基坑分段、分层、分单元进行开挖、支撑, 使基坑开挖和支撑两道工序有机地结合, 可有效地控制了深基坑围护结构的位移量。
(5) 该技术在与多种围护形式并用时优势明显。
摘要：以福州市轨道交通一号线群众路站工程超深超长基坑工程为例, 全面介绍了组合钢管内支撑在超深超长基坑支护工程中的施工方法、监测及效果分析。实践证明, 组合钢管内支撑施工技术是一种施工方法简单、刚度大、施工速度快、对周边环境影响小、安全可靠的支撑形式。
组合基坑 篇6
关键词：综合交通枢纽,组合式基坑,数值模拟,放坡坡率,水泥土重力式挡墙
5基坑开挖的数值模拟
取图1所示的标准处横断面采用有限元软件plaxis进行二维平面应变计算, 通过单元“死活”实现土体开挖。
5.1土体本构模型与参数
土体及水泥土搅拌桩采用Hardening-Soil本构模型, 考虑土层变化, 各层土的重度、粘聚力、摩擦角采用勘察报告中基坑围护设计参数, 采用的是直剪固快指标, 整个过程都是开挖卸荷, 模量采用弹性模量, 土体参数见表1。
5.2接触面单元
搅拌桩与土体之间设置接触面单元。
5.3计算区域及边界条件
计算区域的选取, 由于基坑对称, 取一半进行计算, 宽度和深度分别取放坡开挖宽度和深度的约两倍。边界条件, 左右限制水平位移, 底部限制水平及垂直位移。
5.4网格划分
网格划分密度约1m×1m, 搅拌桩约为0.5m×0.5m, 采用高阶的15节点单元划分网格。
6围护变形结果分析及与监测值的比较
采用有限元计算软件plaxis进行分析计算, 水平位移云图 (mm) 计算结果如图2。
由图2可知, 最大水平位移发生在二级放坡处和水泥土搅拌桩重力式挡墙坝顶的范围内, 最大水平位移为77.78mm。
放坡监测结果最大值如图3。
水泥土搅拌桩重力式挡墙监测结果如图4。
由图4可以看出, 水泥土搅拌桩重力式挡墙顶的最大水平位移为52mm, 最大位移发生在距地面4m的位置。
由以上图表可以看出, 本基坑变形的计算值大于实际监测数值, 主要原因是:对于放坡, 监测数据采用了“归零”的技术处理方法, 即基坑开挖前, 基坑轻型井点降水引起的土体沉降、位移不计, 监测数据只是考虑土方开挖引起的位移值, 同时基坑开挖后采取了喷射混凝土+钢筋网护坡的措施进行了处理, 使得放坡的变形得到了控制;对于水泥土搅拌桩重力式挡墙, 理论计算没有模拟混凝土护坡垫层对水泥土搅拌桩重力式挡墙顶水平位移的约束作用和水泥土搅拌桩重力式挡墙内插筋的影响。从实测的数据和理论的计算结果可以看出, 采用理论计算的结果可以满足工程的要求, 工程施工过程中的变形在可控的范围内。
7结论
由以上分析可以看出, 在场地条件允许的情况下, 软土地区组合式基坑的浅基坑部分采用放坡和水泥土重力式挡墙的方案是可行的。此方案有利于机械化施工作业, 经济性合理。本工程对放坡和水泥土搅拌桩重力式挡墙采取了如喷射混凝土护坡和重力坝内插钢筋等一些构造措施, 施工过程中严格控制水泥土掺量, 按两喷三搅工艺进行施工, 尽量避免冷接缝出现, 不可避免地段, 采取相应加固措施;合理组织基坑降水与排水, 加强现场监控量测, 使基坑施工的安全得到了保障。
1研究的必要性
随着我国国民经济的持续稳定快速发展, 集铁路、航空、轨道交通等多种交通方式为一体的综合交通枢纽工程应运而生。综合交通枢纽的建筑特点是各种交通方式合理集成, 零距离换乘, 建筑体量庞大, 相互联系密切, 虹桥综合交通枢纽就是其中典型的一个。
基坑工程在虹桥综合交通枢纽中占有重要组成部分, 地下工程围护方案的合理性直接关系到工程建设技术水平与工程质量、施工进度与工程投资, 尤为重要的是直接影响工程安全, 是关乎枢纽工程建设成败的关键部分, 因此在枢纽建设中必须给予高度重视并进行深入研究。
2工程概况及周边环境
拟建场地位于上海市闵行区吴翟路以西、航建路南北两侧, 其地貌类型为滨海平原。拟建场地第一次进场施工时为村庄, 居民住宅及厂房较多, 场地中部有两条明浜纵横交错, 场地南端亦有一条明浜分布, 现住宅及厂房已拆迁完毕, 且场地中部明浜已清淤回填。拟建场地现已经基本平整, 地势较为平坦。
本次设计范围内的工程主要由SN5路连接体、虹桥地铁西站、虹桥国铁车站及西交通中心组成。国铁站房与地下二层地铁线路沿枢纽东西主轴线设置, 国铁站房由高架层、地面层和地下一层组成, 国铁站房地面层为轨道层, 10m高架层为高架候车厅和设备用房, 地下一层为地下候车厅和设备用房, 并设置东西走向地下大通道;东西走向地铁10号线、青浦线、2号线为东西向;地下三层为南北走向地铁5号、17号线。
3工程地质及水文地质
在勘察所揭露104.28m深度范围内的地基土属第四纪中更新世Q2至全新世Q4沉积物, 主要由饱和粘性土、粉性土和砂土组成, 具水平层理。根据土的成因、结构及物理力学性指标综合分析, 共可划分成12个主要层次 (第 (1) 、 (2) 、 (3) 、 (4) 、 (5) 、 (6) 、 (7) 、 (8) 、 (9) 、 (10) 、⑾、⑿层) 。其中, 第 (1) 、 (5) 、 (7) 、 (8) 层又可分为若干亚层或次亚层, 第 (7) 1层中分布有一透镜体 (第 (7) 1t层) , 第 (7) 1层、第 (7) 2层间分布有一夹层 (第 (7) 夹层) 。
拟建场地地下水主要有:浅部土层的潜水、深部土层 (第 (7) 层) 中的第一承压含水层。
拟建场地浅部地下水属潜水类型。勘察期间测得的地下水静止水位埋深一般为0.20~2.30m, 本工程第 (7) 层为上海市第一承压含水层, 根据上海地区的区域资料, 承压水埋深一般在3~11m, 均低于潜水水位, 并呈年周期性变化。
4基坑总体方案
虹桥综合交通枢纽的基坑平面形状很不规则, 单体工程很多, 深度变化很大。地下一层范围主要为国铁站房, 地下二、三层为地铁, 基坑总体呈南北两侧浅, 中间基坑深的布局形式。
根据建筑体形式与基坑所处的环境不同, 基坑方案一定要因地制宜, 在条件允许情况下, 尽可能化深为浅, 将深基坑通过合理卸载变浅, 节约工程投资, 降低施工难度, 提高施工安全度。根据本工程的特点, 采用组合式基坑支护方案:第一层基坑为两级放坡+水泥土重力式挡墙, 第二层基坑为地下连续墙+两道钢或钢筋混凝土内支撑。本文仅对第一层基坑的放坡+水泥土重力式挡墙的围护体系进行研究。
4.1土坡参数
两级卸土放坡沿第一层基坑周边设置。第一级放坡坡高3.55m, 坡度为1:2, 一级平台宽度为8.0m;第二级放坡坡高为2.5m, 坡度为1:2, 二级平台宽度为10.0m。放坡坡体设置100mm厚C20网喷混凝土面层, 配筋采用φ8@200x200的钢筋网片, 均为构造措施。
4.2水泥土搅拌桩重力式挡墙参数
水泥土搅拌桩重力式挡墙结合二级卸土放坡设置, 其中采用二级卸土放坡的方式卸除了6.05m高的土方, 余下的5.1m高差采用双轴水泥土搅拌桩 (φ700@500) 作为基坑围护结构。挡墙宽度为5.7m、插入深度为9m, 总长度为14.1m, 见图1。
参考文献
[1]刘建航, 侯学渊主编.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 1997.
[2]黄绍铭, 高大钊主编.软土地基与地下工程 (第二版) [M].北京:中国建筑工业出版社, 2005.
组合基坑 篇7
深基坑土钉支护具有施工方便、支护费用较低的优点, 但是, 当基坑处于软土地基且支护深度>6 m时, 深基坑的水平位移变形较大, 容易引发坍塌事故。本文介绍的工程, 在控制土钉支护深度范围 (深5～6 m) 、保证水平移位变形满足规范要求的条件下, 对下部采用了钢筋混凝土灌注桩和钢筋混凝土水平支撑支护方案, 既有效控制了基坑变形, 又达到基坑支护费用较低的目的。
1 工程概况
某市大自然城市家园2期北区3号、4号楼及人寿保险大楼场址位于市府大道东首南侧, 为地下2层、地上21～32层的高层建筑, 框剪结构, 总建筑面积74 784 m2, 其中地下室面积15 104 m2。工程基础采用钻孔灌注桩, 桩径分别为Φ 800 mm和Φ 700 mm。
该工程±0.000相当于黄海高程系统绝对标高4.95 m, 场内现有自然地坪标高为4.70 m, 北侧是市府路人行道, 距建筑物距离3 m, 其标高由东向西逐渐抬高, 自然地坪标高为4.700～6.600 m。
该工程设2层地下室, 其中地下室1层结构板面相对标高为-4.0 m, 地下室底板面相对标高为-7.65 m, 板厚600 mm, 垫层为200 mm片石灌砂和100 mm厚素混凝土找平层, 实际开挖深度为8.80～10.70 m。
该场区的工程地质及水文地质情况, 根据岩土工程勘察报告, 其基坑开挖深度影响范围内的土层由上而下依次为:①杂填土:全场分布, 层厚0.30～1.50 m;②黏土:全场分布, 层厚0.90～2.40 m;③淤泥夹砂:层厚5.10～8.40 m;④淤泥:层厚8.00～10.00 m。
根据勘察和施工期间观测, 场地内地下水主要为表浅部黏性土层中的孔隙水, 水位埋藏较浅并随季节变化, 埋深一般在0.40～1.40 m。根据区域水文地质资料, 水径流条件差, 其单井涌水量<10 m3/d, 渗透系数为 (10-7～10-8) cm/s, 由大气降水和地表水补给。
2 深基坑支护方案
初步设计为土钉墙支护方案, 在进行专家论证时, 认为该方案基坑变形较大, 不能保证基坑安全, 未获通过, 并建议采用土钉与钻孔灌注桩组合支护方案。项目部最终接受了该建议, 改进后的基坑支护方案见图1、图2。
2.1 土钉墙部分
2.1.1 钢材
(1) 锚管:采用Φ 48 mm×3 500 mm的焊接钢管。
(2) 土钉墙骨架钢筋:采用Φ 16 mm钢筋 (Ⅱ级钢) , 挂网钢筋采用Φ 6.5 mm@250 mm×250 mm (Ⅰ级钢) 。
(3) 锚管上的注浆孔开口直径为Φ8 mm, 螺旋型布置, 单面孔间距30 mm。
2.1.2 水泥
(1) 注浆和喷射混凝土均采用P·O32.5R水泥。注浆配合比 (质量比) 为:水泥∶砂=1∶0.5, 水灰比0.45, 注浆压力≮0.6 MPa, 灌浆量≮30 kg/m;喷射混凝土配合比 (质量比) 为:水泥∶砂∶石子=1∶2∶2, 石子粒径为5～10 mm, 要求水泥砂浆必须拌和均匀, 随捣随用, 一次拌和的喷射混凝土及水泥砂浆在初凝前用完。
(2) 土钉围护结构施工期间的开挖要求:①基坑周边15 m范围内严禁堆载;②沿基坑6 m范围内分层分段开挖, 每层开挖高度为锚管下30～50 cm, 分段长度第1层≯24 m, 第2层≯12 m;③挖到淤泥层时, 其分段长度≯6 m, 并采用跳槽开挖, 开挖出作业面后, 应立即进行支护;④下层土体应在上层土钉注浆3 d后方可开挖。
2.2 钢筋混凝土灌注支护桩及支撑部分
(1) 围护桩采用Φ
800 mm简易钻孔灌注桩, 混凝土强度等级C 25, 坍落度16～20 cm, 充盈系数≥1.1, 主筋伸入冠梁700 mm, 要求围护桩施工不得发生断桩、混凝土离析、夹泥等现象, 桩位偏差≯5 cm, 垂直度偏差不大于0.5 %桩长度。在吊放钢筋笼时, 要注意钢筋笼的方向, 配筋多的一面朝向基坑开挖侧, 配筋少的一面朝向挡土侧。灌注基桩混凝土时, 要将主筋保护层厚度严格控制在50 mm范围内, 主筋间距偏差≯10 mm, 箍筋间距偏差≯20 mm, 并超灌1 m余量, 使修整后的桩长度满足设计要求。
(2) 支撑及冠梁混凝土的强度等级为C
30, 必须在达到设计强度80 %以上方能进行土方开挖, 要求支撑的水平轴线偏差≯30 mm, 支撑两端的标高差≯20 mm, 支撑中心标高及同层支撑顶面的标高差≯30 mm, 支撑与立柱的轴线偏差≯50 mm。支撑的钢筋按受拉考虑, 采用焊接连接, 其中承载水平支撑荷重的支撑桩采用桩径Φ 700 mm、强度等级C 25的简易钻孔灌注桩。支撑采用开槽施工, 并严格将地模整理平整, 主支撑必须一次浇注完成, 不允许留施工缝。如果支撑桩桩位与工程桩发生冲突, 可沿轴线方向作适当调整。
(3) 拆撑。
地下室底板施工时, 同时在底板侧面和围护墙体之间的空隙用强度等级为C 20的素混凝土浇注, 地下室底板的混凝土达到设计强度的80 %以上, 方可拆撑。立柱的支撑柱端与支撑桩应一次成桩, 立柱上部嵌入水平支撑600 mm。
(4) 其他施工要求按YB
9258—97《建筑基坑工程技术规范》和JGJ 94—2008《建筑桩基技术规范》的有关规定执行。
3 施工工艺
混凝土钻孔灌注桩的施工工艺流程为:施工准备→测量放线并确定桩位→埋护筒、复桩位→钻机就位后调整垂直度→造孔→质量验收→吊放钢筋笼→吊放导管→清孔→灌注混凝土→拆导管→拆除护筒。
土钉与喷锚网施工工艺的主要流程为:第1层开挖→修边坡→定位→安装锚管→挂网→锚管固定→喷混凝土 (δ=80～100 mm) →注浆→第1层支护结束→第2层支护→重复上述工序→第3层开挖→重复上述工序→到底标高结束。
4 基坑监测
4.1 基坑监测方案
基坑开挖期间的监测是保证整个基坑安全的一个重要措施。通过监测, 可及时了解围护体系的受力及变形情况, 对设计参数进行分析, 以调整施工参数, 指导下一步施工。基坑工程监测应由专业的监测队伍进行, 并保证及时将监测资料反馈给施工现场及相关部门, 以便及时分析处理。
(1) 监测内容。
主要包括基坑外侧的土体沉降及水平位移监测 (喷锚支护) 、支护结构墙体顶面位移、围护桩测斜 (倾斜度) 、坑外土体深层土体水平位移监测 (测斜孔预埋在围护桩内) 、水平支撑的内力及竖向立柱的沉降监测等。
(2) 监测频率。
观测的周期或频率根据变形速率与观测变形值确定, 一般在基坑开挖期间监测频率为1～2次/d, 变形较大时可增加至2～3次/d。
(3) 警戒值。
基坑周边的水平位移量警戒值为北侧6 cm, 南侧10 cm;另外, 位移速率连续3 d在5 mm/d以上也为警戒值。
(4) 报警值。
报警值以位移量与基坑深度的比值表示, 该工程黏土为0.5 %, 淤泥为1 %, 流塑状淤泥为2 %;变形速率的报警值为10 mm/d。如果监测结果超过报警值, 必须采取应急措施及时处理。
(5) 监测资料的整理。
在实施基坑监测的过程中, 要将工程的平面布置图以及各测点水平位移与沉降的实测值、最大变形值、发展方向、变形速率等内容整理归档, 以备查询。
(6) 监测结果的分析与评价。
在获取监测结果后应及时进行分析, 确定产生该变形值的原因, 对周边环境及支护结构安全的影响。若发现水平位移速率呈增大趋势且不收敛时, 应及时予以报警, 以便采用补强方案与应急措施, 及时排除险情。
(7) 应急措施。
在基坑开挖过程中, 若围护结构水平位移超过警戒值或受力达到设计值的80 %, 应根据具体情况分析位移产生的原因, 分别采取坑外卸土、加长锚管或土方反压等技术措施。
4.2 监测结果
该工程在土方开挖与土钉施工过程中, 基坑边缘曾出现裂缝, 城市主马路与市府路边花坛之间、花坛与人行道之间、人行道至土地围墙之间曾经出现过宽度5～10 mm或5～15 mm的裂缝, 当钢筋混凝土支护桩及钢筋混凝土水平支撑施工完毕, 边坡变形较小, 保持在60～95 mm之间, 属于设计控制的安全范围之内, 未出现坍塌险情。
参考文献
[1]JG J 120—99, 建筑深基坑支护技术规程[S].
[2]GB 50202—2002, 建筑地基基础工程施工质量验收规范[S].
组合基坑 篇8
某市人民医院新建医疗中心大楼位于市区繁华地段, 高23 m, 为7层框架—剪力墙结构, 筏板基础, 基坑平面尺寸15 m×47 m, 开挖深度4.8 m～5.9 m。该工程场地狭小, 地下室几乎满布整个施工现场。特别是基坑东面紧邻该院的检验楼和门诊楼, 基坑支护结构设计好坏不仅影响工程地下室能否顺利施工, 还关系到周边建筑物的正常使用和安全。根据地质勘察报告, 场地内岩土层主要组成为:杂填土、素填土、黏土 (含可塑状黏土层和硬塑状黏土层) 、灰岩。从支护设计角度考虑, 场地的岩土层情况可简化为:①填土, ②可塑状黏土, ③硬塑状黏土。各土层的物理力学性质指标见表1。
地下水位在地表下2.4 m～5.8 m, 地下水类型为上层滞水和岩溶裂隙水, 前者富存于上部土层中, 主要来源为大气降水;后者富存于岩溶裂隙中, 水量丰富且具承压性。
2 深基坑支护设计方案
基坑平面布置如图1所示, 根据基坑周边建筑物、城市道路及地下管线的分布情况, 从技术、经济和进度等方面进行比较, 本工程基坑支护采用以下设计方案:1) 基坑南面、北面、西面和基坑东面的中段距周围电缆沟、工棚较近, 基坑支护采用土钉墙, 造价低、施工工艺简单。2) 支护结构设计的重点是基坑东面的南段和北段。基坑侧壁紧邻医院的检验楼和门诊大楼, 这两幢大楼均为4层砖混结构, 片石条形基础, 基底埋深1.6 m, 基础外边线距基坑边缘仅1.2 m, 对基坑的变形十分敏感。为保证建筑物的正常使用和安全, 对支护结构的设计和基坑开挖提出了很高的要求。经多方比较, 从以下几方面考虑, 决定采用排桩与钢管土钉墙组合支护:a.场地狭小, 基坑开挖无放坡可能, 土钉支护安全稳定性不足。b.基坑底部土质较好, 基坑开挖深度不大, 为采用悬臂式排桩支护结构提供了可能性。同时, 排桩支护可紧邻建筑物基础施工, 满足场地狭小的施工条件。c.基坑周围建筑物距坑边距离小于基坑深度, 位于受基坑工程扰动的敏感区, 基坑支护安全等级为一级, 由以往的工程经验可知, 悬臂式排桩支护桩顶水平位移相对较大, 建筑物容易因沉降而产生裂缝。因此, 决定采用排桩与钢管土钉墙组合支护, 以有效控制支护结构的变形, 保证建筑物的安全。
3 组合支护结构内力分析及截面设计
排桩与土钉墙组合支护的计算, 采用理正深基坑支护结构设计软件FSPW5.3, 该软件系统是国家行业标准JGJ 120-99建筑基坑支护技术规程的配套软件。基坑支护不考虑水位影响 (采用降水措施) , 基坑侧壁重要性系数取1.1, 排桩的混凝土强度等级为C30。排桩与注浆土钉组合支护的典型剖面如图2所示, 排桩采用泥浆护壁钻孔灌注桩, 桩径800 mm, 间距1 000 mm;土钉布置于桩间土中, 横向间距1 000 mm, 竖向间距1 200 mm, 土钉水平倾角为10°。土钉采用ϕ60钢管, 端头2 m～3 m长度范围内加翼, 形成锚刺。钢管管面预留ϕ10注浆孔, 间距200 mm, 呈梅花形布置。采用加翼土钉可以扩大钢管周边注浆土体的范围, 在土钉周围形成“十”字形水泥柱, 从而提高了土钉的抗拔力, 加翼钢管见图3。
4 组合支护的施工
1) 施工顺序:基坑开挖前先施工护壁桩, 待桩身混凝土强度达到75%后, 再进行注浆钢管土钉墙的施工。2) 基坑开挖和土钉墙施工按自上而下分段分层进行。机械开挖后辅以人工修整坡面。每层的开挖深度为1.5 m。3) 土钉注浆采用配合比1∶1水泥砂浆, 待钢管打入设计长度后, 采用压浆机用0.1 MPa～0.3 MPa压力注入钢管内。注浆过程中应严格控制注浆压力, 以防地面起拱和不均匀沉降。4) 混凝土面层采用单层ϕ6@200双向钢筋网, 80厚, C20混凝土。钢管端头与200×200×10钢板焊接。焊接方法为:钢板中心氧割ϕ63 mm孔洞, 钢管穿过孔洞, 周边与钢板满焊。为提高钢板下混凝土的局部抗压强度, 在钢板与钢筋网之间增设2×2ϕ12加强筋, 长600 mm。5) 排水措施:a.土钉墙顶采用砂浆或混凝土护面;b.为排除积聚在基坑内的渗水, 在坑底设置排水沟及排水井, 距坑壁0.5 m;c.设置ϕ80～ϕ100水平塑料泄水管, 长300 mm, 插入土层, 2×2铅丝网封口, 内填砂砾滤水层, 间距2 m×2 m。
5 施工监测
在基坑东面医院的门诊楼和检验楼各设置了3个沉降观测点, 分别位于大楼外墙的两个大角和中间。经监测, 其最大沉降量为5 mm, 满足施工规范规定一级基坑地面最大沉降监测值为3 cm的要求。在组合支护边坡土体顶部设置了4个观测点, 经监测, 其向外水平位移最大值为7 mm。
6 结语
悬臂式排桩支护结构因桩顶水平位移相对较大, 通常情况下只适用于基坑开挖深度不大, 且对支护结构变形要求不高的基坑支护工程。某市人民医院新建医疗中心大楼在基坑开挖场地狭小, 在紧邻建筑物的条件下, 采用了排桩与注浆钢管土钉墙组合支护的形式。该工程基坑支护施工正值雨季, 经过雨季大暴雨的冲刷, 基础施工振动荷载的作用, 基坑坡面完整, 坡体稳定。目前, 该工程已通过主体验收, 根据施工动态监测结果, 相邻建筑物的主体结构没有因基坑开挖而出现裂缝, 说明该支护方案在工程实践中是可行的, 达到了预期的目的, 产生了较好的社会效益。
参考文献
[1]JGJ 120-99, 建筑基坑支护技术规程[S].
[2]侯学渊, 刘建航.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 1995.