超深基坑工程支護及開挖方案優(yōu)化設計研究
關鍵詞：超深基坑工程,支護及開挖,方案,優(yōu)化設計
1.工程簡介
某暨綜合交通樞紐工程坐落于深圳市福田區(qū)的城市核心區(qū)域，車站總長1024米，寬78米，其共設8線4站臺，為地下三層式結(jié)構(gòu)，建筑面積約12.8萬平方米。暨綜合交通樞紐匯集了客運專線地下火車站，地鐵1. 2. 3, 4, 11號線以及城市地面交通，是集國家高速鐵路干線、城際鐵路、城市軌道交通和公路交通等多種交通方式于一體的現(xiàn)代化綜合交通樞紐工程。
2.基坑支護方案優(yōu)化設計
2.1基坑圍護結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化設計
車站主體圍護結(jié)構(gòu)采用1200mm厚地下連續(xù)墻。施工段一、施工段二、施工段五主體圍護結(jié)構(gòu)采用1200mm厚地下連續(xù)墻;考慮到地質(zhì)條件及周邊環(huán)境的差異，施工段三、施工段四主體圍護結(jié)構(gòu)部分地段采用1500mm厚地下連續(xù)墻，南北兩端封堵墻采用1200mm厚地下連續(xù)墻。車站地下連續(xù)墻嵌固深度在滿足整體穩(wěn)定性計算的同時，由于車站較長，地質(zhì)條件變化較大，根據(jù)不同的質(zhì)地情況，入土深度取值可不同，但應保證基坑底面之下的地下連續(xù)墻嵌入全風化巖層的深度不小于15m;嵌入強風化巖層的深度不小于5m;嵌入弱風化巖層的深度不小于2.5m。連續(xù)墻混凝土鋼筋保護層厚度迎土面為70mm，背土面為50rnm。
為保障地下連續(xù)墻施工質(zhì)量，墻體施工應分為五個大環(huán)節(jié)來控制，即測量放線、澆筑導墻、槽段開挖、鋼筋籠制作及安裝、泥漿制備和澆筑混凝土。地連墻成槽須采用跳槽施工，先施工兩個雙雌段(帶工字鋼接口)，然后施工二序的雙雄段(不帶工字鋼接口)。鋼筋籠必須由鋼筋班統(tǒng)一加工，鋼筋籠須在現(xiàn)場整體制作成型后，利用履帶吊進行整體吊裝。為防止鋼筋籠在起吊過程中產(chǎn)生不可恢復的變形，沿鋼筋籠豎向設置水平析架筋，采用主 (30OT/260T)、副 (150T/80T)兩臺履帶吊車起吊鋼筋籠。
導墻采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚150mm，高1200mm，。導墻開挖后，需做好排水、降水工作，施工時地下水位降到1.7米以下，保持溝槽干燥。挖出的土方及時外運。重型車輛、機械在成槽和成槽結(jié)束后，應盡量減少在旁行走，減小對槽壁的側(cè)壓力，避免因行走時造成瞬間側(cè)壓力引起槽壁坍方。鋼筋籠吊放須垂直入槽，避免因吊放傾斜碰撞槽壁引起塌方。
槽段開挖采用成槽機、沖擊鉆及雙輪銑槽機配合開挖成槽。強風化花崗巖以上地層采用成槽機抓土成槽，強風化花崗巖以下地層采用沖擊鉆機或雙輪銑槽機成槽。一般單元槽段長度為5m。根據(jù)連續(xù)墻的施工工藝，分1、2期槽段施工，當施工一個1期槽段后，中間隔開一個2期槽段，進行下一個1期槽段施工，當兩個1期槽段達到2.5MPa后，進行中間的2期槽段的成槽與其它工序。
泥漿的制作、使用，嚴格按技術操作要求進行，加強質(zhì)量管理，確保泥漿在施工過程中保持泥漿的可使用性質(zhì)。施工過程中隨時進行泥漿取樣試驗，按試驗結(jié)果判斷新泥漿的可使用性，再生和修正配合比等措施，確保成槽精度，安全施工。成槽中由于對泥漿污染較大，需注意地下水位變化情況，隨時向槽內(nèi)補充新泥漿進行調(diào)整，保持泥漿的液位。在槽段周圍要采取排水措施，防止地面水和雨水流入溝槽內(nèi)。首幅槽段澆筑硅前接頭處要預埋定位鋼板，方便閉合幅槽段開挖，定位鋼板要深入導墻面下6m。地下連續(xù)墻內(nèi)的混凝土是通過混凝土導管輸送到地下墻內(nèi)，導管直徑300mm的鋼管，混凝土澆灌過程中應隨時掌握澆灌高度及混凝土表面高度。采用測錘隨時測定混凝土高度及上升情況以及它們的高差，測定時每槽段不小于4處。在任何情況下都應保證混凝土導管埋入混凝土的深度最小5m以上，最大6m以下�；炷翝补嗟巾敳繒r，放慢澆灌速度，減小導管埋入混凝土深度。在已完成的槽段混凝土接頭處，用接頭刷連續(xù)清洗，直至接頭刷無泥為止，以防止硅接頭處出現(xiàn)夾泥，產(chǎn)生冷縫，引起滲漏。合理布置導管數(shù)量及間距，控制好各導管的硅澆筑順序，保證硅面的均勻上升，避免因泥漿卷入影響墻體和槽段接頭處的混凝土質(zhì)量而引起滲漏。保證混凝土具有良好的和易性，防止因硅流動性不佳，使導管之間和槽段接頭部位硅易卷入泥渣，影響混凝土質(zhì)量并降低其防滲性能。地下連續(xù)墻的功能包括擋土、止水和承受荷載。為使地下連續(xù)墻能充分發(fā)揮上述三項功能，為保證墻底端承力和止水效果，采用后壓漿技術。
2.2基坑支撐體系設計
明挖施工段主體基坑采用4道支撐進行開挖臨時支護，第一道采用600X1200的鋼筋混凝土支撐，標準段間距6m，第2一4道支撐采用中800mm，t=20mm鋼管橫撐，鋼支撐水平間距為3m，豎向?qū)泳酁?.5m一8.5m。
基坑開挖過程中先施工腰梁、架設鋼支撐，以盡早對圍護結(jié)構(gòu)進行支撐;然后采用分層、分臺階法進行基坑開挖，每層開挖高度不超過3m。
蓋挖逆做作段基坑開挖寬度78m，開挖深度深約31m，屬于寬大超深基坑，場地地下水水位高且水量豐富，土層中素填土、流塑淤泥、礫砂、粗砂厚度較大。鋼筋混凝土支撐施工必須結(jié)合挖土方案，做到開挖一塊施工一段，在60h內(nèi)完成支撐施工，以盡量減少每層土方開挖基坑無支撐暴露時間。待整道支撐施工完成、形成整體，混凝土達到設計強度80%后，才能進行支撐下面土方的開挖。
基坑開挖過程中先施工腰梁、架設鋼支撐，以盡早對圍護結(jié)構(gòu)進行支撐。鋼管支撐加工完成后運送到施工現(xiàn)場，安裝前在地面拼裝，土方開挖到鋼管支撐標高時，及時用吊車或汽車吊安設鋼圍凜與鋼管橫撐，通過鋼管支撐活絡端用油頂施加預加力，再用楔塊塞緊，取下油頂。在基坑開挖過程中將充分利用“時空效應”理論，鋼支撐的安裝和預加力的施加控制在8小時以內(nèi)。
3.基坑開挖方案優(yōu)化設計
3.1基坑開挖方案設計
明挖段基坑開挖必須在圍護結(jié)構(gòu)封閉且連續(xù)墻、冠梁和第一道混凝土支撐達到設計強度后進行。
基坑分臺階開挖，人工配合挖掘機直接接力挖裝，自卸汽車運輸。第一道鋼筋混凝土支撐下土方采用挖掘機反向開挖，其余各層順挖并隨挖隨撐�；炷裂菏┳髑�，先鑿出地下連續(xù)墻里的預埋件。在地下連續(xù)墻上立模澆筑混凝土腰梁，焊接完成支撐托架的安裝。鋼管支撐的安裝按土方挖完一段隨即支撐一段的原則進行，使其能及時發(fā)揮支護作用減小地下連續(xù)墻的變形，然后采用分層、分臺階法進行基坑開挖，每層開挖高度不超過3m�；臃侄畏謱娱_挖。每段長度為20一30m，每層厚度不得大于3m，每層土的開挖深度必須按設計要求進行，不得超挖，并按設計要求施工腰梁和混凝土支撐。下層土體的開挖應在混凝土腰梁達到設計強度、鋼支撐施加預加軸力后方可進行。鋼管支撐所在之處的土方挖完以后，通過測量放出這一道鋼管支撐與地下連續(xù)墻的接觸點，要保證鋼管支撐與地下連續(xù)墻的墻面垂直，位置適當。
底板位于弱風化地層中，基坑開挖時需要爆破施工，須采用微差、控制爆破。為避免超挖擾動原狀土，基底以上30cm采取人工突擊開挖。主體結(jié)構(gòu)緊跟土方開挖，自南向北按設計分段施工，每段長約24米，主體結(jié)構(gòu)自下而上逐層順序施工。負二層緊跟負三層、負一層緊跟負二層，形成流水作業(yè)。
明挖段支護體系建立的主要步驟:
(1)基坑開挖至第一道鋼筋混凝土支撐底標高，模筑施工冠梁和第一道支撐;
(2)向下開挖至第二道支撐中心線下0.5m后，施工腰梁及第二道支撐;
(3)向下開挖至第三道支撐中心線下0.5m后，施工腰梁及第三道支撐;
(4)向下開挖至第四道支撐中心線下0.5m后，施工腰梁及第四道支撐;
(5)向下開挖至基坑底，施作綜合接地網(wǎng)及墊層，施工結(jié)構(gòu)。
蓋挖段基坑開挖，首先需將頂板結(jié)構(gòu)以上部分明挖土方施工:表層上采用挖掘機沿橫向多工作面開挖，平均挖深約3m，開挖到頂板基礎標高。每層開挖一前20天先進行，待地下水位位于開挖面以下后，再開始相應節(jié)段的土。蓋挖施工段施工步驟為:
(1)負一層分兩層開挖，開挖至負一層中板主梁底標高，并考慮設置墊層的影響。
(2)施工負一層結(jié)構(gòu)，并對應頂板預留出土孔洞，負一層中板強度達到設計強度的85%以上，進行下層土方開挖;
(3)向下開挖負二層，負二層根據(jù)預應力錨索的位置進行分層開挖，及時施作預應力錨索;
(4)預應力錨索注漿強度達到設計強度后，施工負二層結(jié)構(gòu)，并對應上層位置預留出土孔洞，負二層中板強度達到設計強度的85%以上，進行下層土方開挖;
(5)預應力錨索注漿強度達到設計強度后，依次施工底板和負三層結(jié)構(gòu);
(6)負三層結(jié)構(gòu)施工完成后，進行車站內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工;
(7)內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工完成后，封閉預留孔洞，進行頂板防水層施工和頂板回填土填筑。
施工期間應注意地面和基坑內(nèi)的引排水，在雨季施工時，應準備一定量的抽水設備，及時排水，確保工程的安全和設備的正常運轉(zhuǎn)。另外，需在基坑四周地面設截水溝，基坑內(nèi)可根據(jù)實際情況設置臨時的排水溝和集水井。
基坑地下水治理設計為防止涌砂、流砂等誘發(fā)基坑周圍建筑物的過大變形或開裂等事故、病害，必須對地下水進行有效治理，主要為降水及截水兩種方式。根據(jù)深圳地區(qū)的工程經(jīng)驗，灌漿效果一般比較差，難以形成全封閉的帷幕體。場地內(nèi)局部地段淤泥質(zhì)細砂、細砂層及中砂層具液化性，對液化砂層采取普通注漿加固，加固寬度為基坑外5.0m，注漿深度宜分別進入上下不液化土層0.5m，注漿孔距1.5m，呈梅花型布置，漿液擴散半徑1.0米。灌注漿液:水泥采用標號不低于R32.5的普通硅酸鹽水泥，水泥漿液水灰比1:1注漿壓力，初壓:0.2一0.5MPa終壓:2一3Mpa。注漿前應進行現(xiàn)場注漿試驗，根據(jù)實際情況調(diào)整注漿參數(shù)，取得注漿施工經(jīng)驗。為縮短漿液的凝膠時間，在漿液中摻加3‰的速凝劑。注漿后土體應達到硬塑狀粘性土特性標準，抗壓強度多1.0MPa，注漿結(jié)束標準:進漿量小于20L/min，并達到設計終壓后穩(wěn)定10分鐘。
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