浅谈建筑工程中的深基坑支护施工技术

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  【摘要】本文首先介绍了方案要点;分析了施工工艺流程;提出了工程实例。
  【关键词】替换;支撑;内插型钢
  【 abstract 】 this paper first introduced the main points plan; Analyzed the construction procedure; Put forward the engineering example.
  【 key words 】 replacement; Support; Interpolation steel
  
  
  中圖分类号:TU74文献标识码:A 文章编号:
  前言:
  在许多城市建设中,大部分建筑地处狭窄的城区,周边建筑物和道路都很多,基础埋置深度内土层和地基土大部分为杂填土、淤泥等不良地质土,一般采用水平网格钢筋混凝土梁支撑加止水帷幕钻孔灌注护坡桩的方法,进行土方开挖和基础施工。这种施工方法土方机械施工难、施工工期长、投入大、施工工艺复杂,且护坡桩腹部易移位。针对上述情况,经过反复研讨和分析对比表明,对于埋深小于 7m 的深基础,采用底板逐渐替换土层支撑护坡桩施工方案,可有效地控制基础开挖过程中桩身和土体位移。
  1方案要点
  1)基坑采用水泥土搅拌桩重力式挡土墙围护。因场地条件限制,坝体宽度不足时,为避免引起较大位移,设计在坝体内插型钢和钢管,坑底被动区加宽坝体。
  2)增加围护桩及坝体的埋入深度。坝体内的型钢插入深度加深,增强围护桩和坝体的抗弯强度和刚度,基坑内侧坑底以下加设双轴水泥土搅拌桩,控制住桩根部的位移。另外,在底板的支撑下,控制住桩上部位移。
  3)劲性围护桩及坝体深插入地基中,分区作业底板逐渐替代土层支撑坑底部围护桩及坝体的腰部。围护桩及坝体利用自身足够的强度和刚度,挡住基坑周边土体的侧压力。
  2施工工艺流程
  分区作业基础施工工艺流程:地质勘探→测量放线→围护桩及坝体施工→井点降水→土方施工→地基钎探→地基验槽→垫层施工→底板施工。
  3工程实例
  某文化活动中心,总用地面积10718m2,总建筑面积约 34602m2。其中地上建筑面积约25296m2,地下建筑面积约 9306m2,是层高为 4~6层的综合楼;其西半部为文化活动中心,东半部为影剧院。整个建筑设 1 层地下室,地下室局部外扩,在场地内形成统一的地下车库。基础形式采用桩承台加筏板基础,桩基采用PHC桩。地下车库底板面标高为-5.60m,底板厚度为 800mm,素混凝土垫层为100mm。故基础开挖深度为 6.50m,基坑开挖面积为8166m2,周边延长米为 371m。
  场地内稳定地下水位埋深为 0.95~1.15m,潜水位埋深一般在地面下 0.30~1.50m,常年平均地下水埋深一般为 0.50~0.70m,且地下障碍物多,管涌与流砂多,软弱土层厚度大,场地内第④层层厚较大,属于高压缩性土,具有含水量高、空隙比大、压缩模量小等特点,呈饱和流塑状态。这几层土的抗剪强度低,灵敏度由中到高,具有触变性和流变性特点,是上海地区最为软弱的土层;同时也是导致基坑围护体变形、内力增大的土层。
  首先建立平面高程测量控制网,做好高程和轴线控制桩。在基坑开挖后采用钢尺悬垂法将高程引测到基坑下面,并做好相对高程明显而稳定的标志,以此作为挖土和标高控制的依据。
  3.1地下室围护桩的设计与施工
  3.1.1地下室围护桩的设计计算
  本工程以 1-1 剖面为例,基础开挖深度为 5.60m,采用厚度为 4.70m 的搅拌桩围护结构,桩长为 13.10m,计算时考虑地面超载20kPa。
  3.1.2 地下室围护桩施工
  1)水泥土搅拌桩施工
  考虑到对周边环境的影响以及基坑开挖深度,工程采用水泥土搅拌桩重力式挡土墙围护结构。
  基坑西侧、北侧开挖区域和南侧靠近灵石路开挖区域(1-1 剖面)如图 4 所示。
  基坑开挖深度 5.60m,采用 4.70m 宽水泥搅拌桩重力式坝体挡土兼止水,局部内插H488×300×11×18@1000型钢,型钢长度为 15.00m。靠近基坑两排搅拌桩插入深度为 9.50m,桩长为 15.10m;外侧搅拌桩插入深度 7.50m,桩长为 13.10m。坑内侧坑底以下加3.70~4.20m宽双轴水泥搅拌桩,水泥搅拌桩水泥掺量为13%。
  ②基坑南侧靠近灵石路(局部)开挖区域,开挖深度5.60m,由于场地限制,坑外侧采用 3.70~4.20m 宽水泥搅拌桩重力式坝体挡土兼止水,局部内插 H488×300×11×18@1000 型钢,型钢长度为 15.00m。基坑内侧坑底以下加设2.00m宽双轴水泥土搅拌桩,桩顶标高为-6.50m,桩底标高为-14.00m,桩长 7.50m。坑外侧坝体靠近基坑内侧两排搅拌桩插入深度为 9.50m,桩长15.10m;外侧搅拌桩插入为 7.50m,桩长为13.10m,水泥搅拌桩水泥掺量为 13%。
  ③基坑东侧靠近平型关路开挖区域,开挖深度5.60m,由于场地限制,坑外侧采用 3.70m 宽的水泥搅拌桩重力式坝体挡土兼止水,内插H488×300×11×18@1000型钢,型钢长度为 15.00m。坑内侧坑底以下加设 2.00m 宽双轴水泥土搅拌桩,桩顶标高为-6.50m,桩底标高为-14.00m,桩长 7.50m。坑外侧坝体靠近基坑内侧两排搅拌桩插入深度为 9.50m,桩长15.10m;外侧搅拌桩插入为 7.50m,桩长为 13.10m。水泥搅拌桩水泥掺量为13%。
  ④施工工艺主要为“二喷三搅”,工艺流程为:定位下沉→沉入到达底部→喷浆搅拌上升→重复搅拌下沉→喷浆搅拌上升→重复搅拌下沉→重复搅拌上升→成桩。
  2)内插 H 型钢施工
  在插入型钢的部位需两侧铺设导向定位型钢,按设计要求在导向定位型钢上标出钻孔位置和插 H 型钢位置的记号。操作人员根据确定的位置严格控制钻机架的移动,确保钻孔轴心就位不偏。同时控制钻孔下钻深度的达标,利用钻杆和钻架相对错位的原理,在钻架上做出钻孔深度的标尺线,严格控制下钻、提升的速度和深度。在钻孔内的水泥土充分搅拌均匀后,初凝硬化之前,采用吊装机械将定尺的H 型钢吊起,插入指定位置,用 12t 吊车吊着振动锤夹着 H 型钢往下插到设计规定深度。然后进行换钩法,使 H 型钢脱离吊钩,固定在沟槽两侧铺设的定位型钢上,直至孔内水泥土凝固。待地下室结构混凝土浇筑完成并达到设计强度后,采用专用夹具及千斤顶,起拔回收H 型钢。
  3)轻型井点降水
  本工程自然地面标高-0.90m,降水至-7.60m,共设计 16 套轻型井点降水,其中外围 7 套,基坑内 9 套。设计总管 Φ75mm,井点管 Φ48mm,滤水管长度为1.10m,井点管间距为 1.20~1.50m。考虑到总管标高为-1.10m,滤水管顶面标高为-7.90m 进行降水。降水深度在开挖面以下 0.50~1.00m,在基坑施工期间在坑内设置观察井,随时测量水位变化情况。
  3.2土方施工
  1)本工程土方量约5000m3,开挖面积较大,为进一步控制基坑开挖过程的水平位移,施工中应有效利用时空效应的规律,以基础后浇带等为分界线,将其划分A、B、C三个条形区域,分区分块分两层进行挖土。挖土方向为由北向南,由西向东。挖土施工流程为:基坑降水→基坑挖土→垫层底板施工。
  2)采用 1m3挖土机 4 台,土方车若干辆配合。挖土机将桩位上面土方挖出,以后采用人工挖土,挖出的土方直接运出施工现场。
  3)机械挖土标高控制在设计标高以上 200mm 处,余下土方用人工修平至坑底标高,标高误差和平整度均严格按规范标准执行。
  4)坑内设置排水沟,及时排出雨水,严禁在坑边挖沟。
  5)在基坑开挖期间,每天观测围护桩顶的水平位移和沉降。若水平位移连续 3d 大于 3mm/d 或累计大于 30mm,应及时与设计院等有关部门联系进行处理。
  3.3垫层施工
  1)混凝土垫层施工采用随挖随浇,垫层必须在挖至基底后 24h 内浇筑完毕,垫层浇筑至护坡桩或坝体。
  2)垫层施工方向根据挖土顺序为:A 区→B 区→C区。3) 垫层要与坑底内侧的水泥土搅拌桩紧密结合,形成整体。
  3.4底板施工
  1)由于 A 区土方已开挖,A 区三面坝体将受到土压力作用,为此加快 80cm 厚底板的施工进度,支撑护坡桩及坝体的上部结构,控制护坡桩水平位移。
  2)增加钢筋绑扎、支模、浇筑混凝土作业班组,加速浇筑底板混凝土。底板外侧和护坡桩之间空隙用素混凝土浇筑,替换土层支撑护坡桩。
  3)在 A 区底板施工完,B 区进行机械挖土。4)同理,B 区土方挖至基底应立即浇筑混凝土垫层,进行底板施工。替换土层支撑护坡桩,最后进行 C区挖土。
  3.5质量控制措施
  1)围护桩须在工程桩打桩引起的超静孔隙水压力消散后,再开始施工。
  2)双轴水泥搅拌桩的施工应严格遵循“两喷三搅”的操作流程,水泥土搅拌桩应连续施工,搭接长度不小于200mm,搭接相邻桩间歇不得超过10h。
  3)喷浆搅拌时钻头提升(下沉)速度不宜大于0.5m/min,使原状土充分破碎,有利于水泥浆与土体均匀拌和,桩位偏差不大于 50mm,垂直偏差不大于 1%。
  4)施工中对浆液的配合比、水灰比以及各种材料质量(如水泥、钢管、型钢)进行严格的质量控制,水泥浆水灰比为 0.45,水泥掺量为 13%。
  5)待双轴水泥搅拌桩强度达到1.0MPa、龄期达到28d后,方可进行土方开挖。
  6)土方开挖应分段分层,留土护壁,落深区后挖,将基坑开挖造成的周围设施的变形控制在允许的范围内。
  7)混凝土垫层应随挖随浇,垫层必须在挖土后24h内浇筑完成。
  8)机械进出的通道应铺设路基箱扩散应力或局部加固地基。地面堆载应控制在 10kN/m2以内。
  9)在基坑开挖过程中,为确保把地下水位始终控制在基坑最低开挖面以下0.50~1.00m处,井点降水应保持连续抽水,应每天测报抽水量及坑内地下水位。中间区域的井点管在挖土前根据后浇带划分位置分块拆除。
  10)除井点降水措施外,地面及基坑内应设排水设施,及时排除雨水和地面流水,坑内排水严禁在坑边挖排水沟。
  11)加强观测围护桩的水平位移和沉降,做到一日一测。
  12)底板混凝土必须控制浇筑速度,振捣密实,加强测温和养护,防止混凝土开裂。
  3.6安全措施
  1)应严格按照基坑围护设计工况进行施工,并加强施工过程中的监测,须做到一日一测。观测土方开挖过程中围护桩桩身和土体位移。
  2)充分考虑可能产生的危险情况,如塌方、渗水及变形等,应作为重大危险源来控制,并制定针对性防治措施的应急预案。
  3)搅拌桩施工区域应实行封闭式管理,进入现场的各类施工人员必须接受安全教育,服从指挥,严格按操作规程施工。
  4)加强机电设备的维护管理,机电设备应有二级漏电保护。
  5)工程实施前,把施工现场地下管线的详细情况和制定的管线保护措施向现场施工技术负责人、工地主管、班组长直至每一位操作工人做层层安全交底。
  6)采用机械挖土时,挖土机间距应大于 10m。
  7)应尽量避免在基坑四周堆置土方、材料和设备。材料的堆放距坑边应有 1.0m 以上的距离。
  8)运输道路应平整坚实,坡度和转弯半径应符合安全规定。
  9)深基坑上下应先挖好阶梯或设置靠梯,禁止踩踏支撑上下;坑的四周应设安全栏杆或悬挂危险标志;夜间施工确保有足够亮度的夜间照明灯光。
  10)施工过程中,如遇到暴雨或者六级以上的大风时,必须立即停止施工。必要时应立即采取加固、稳固措施,确保施工安全。
  4结 语
  综上所述,采用底板逐渐替换土层支撑护坡桩施工方案具有如下优点:
  1)采用底板逐渐替换土层支撑护坡桩施工方案工艺简单,无须设内支撑,便于机械化快速挖土,节约工期,工程造价相对较低,具有良好的经济效益。
  2)施工中,速度快、无振动、噪音小、污染少。
  3)依靠本身自重和刚度保护坑壁,具有挡土和止水双重功能。
  4)在搅拌桩中插入型钢,增加了围护桩和坝体的刚度,确保了基坑安全,减少了桩身和土体的位移。
  參考文献
  [1]中华人民共和国行业标准.建筑基坑支护技术规程(JGJI20-99)[S].北京:中国建筑工业出版社,1999.
  [2]赵志缙.简明深基坑工程设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2000.
  作者简介:
  林应勋,男,1978年9月23日,工程师,本科,现从事建筑工程施工管理
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