超深基坑工程支護(hù)及開挖方案優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

 超深基坑工程支護(hù)及開挖方案優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

　　摘要：近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市土地資源越來(lái)越稀缺寶貴，為了節(jié)省土地，帶來(lái)了大量地下工程的規(guī)劃與建設(shè)。城市基坑工程越來(lái)越呈現(xiàn)出緊、近、深的特點(diǎn)。在建筑物林立，地下管線密布的城市內(nèi)建造深基坑，大大提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及施工的難度。因此本文對(duì)超深基坑工程支護(hù)及開挖方案優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。

　　關(guān)鍵詞：超深基坑工程,支護(hù)及開挖,方案,優(yōu)化設(shè)計(jì)

　　1.工程簡(jiǎn)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(zhǎng)1024米，寬78米，其共設(shè)8線4站臺(tái)，為地下三層式結(jié)構(gòu)，建筑面積約12.8萬(wàn)平方米。暨綜合交通樞紐匯集了客運(yùn)專線地下火車站，地鐵1. 2. 3, 4, 11號(hào)線以及城市地面交通，是集國(guó)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(hù)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

　　2.1基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

　　車站主體圍護(hù)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(hù)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(hù)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(jì)算的同時(shí)，由于車站較長(zhǎng)，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(yīng)保證基坑底面之下的地下連續(xù)墻嵌入全風(fēng)化巖層的深度不小于15m;嵌入強(qiáng)風(fēng)化巖層的深度不小于5m;嵌入弱風(fēng)化巖層的深度不小于2.5m。連續(xù)墻混凝土鋼筋保護(hù)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(yīng)分為五個(gè)大環(huán)節(jié)來(lái)控制，即測(cè)量放線、澆筑導(dǎo)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(gè)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(chǎng)整體制作成型后，利用履帶吊進(jìn)行整體吊裝。為防止鋼筋籠在起吊過(guò)程中產(chǎn)生不可恢復(fù)的變形，沿鋼筋籠豎向設(shè)置水平析架筋，采用主 (30OT/260T)、副 (150T/80T)兩臺(tái)履帶吊車起吊鋼筋籠。

　　導(dǎo)墻采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚150mm，高1200mm，。導(dǎo)墻開挖后，需做好排水、降水工作，施工時(shí)地下水位降到1.7米以下，保持溝槽干燥。挖出的土方及時(shí)外運(yùn)。重型車輛、機(jī)械在成槽和成槽結(jié)束后，應(yīng)盡量減少在旁行走，減小對(duì)槽壁的側(cè)壓力，避免因行走時(shí)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(jī)、沖擊鉆及雙輪銑槽機(jī)配合開挖成槽。強(qiáng)風(fēng)化花崗巖以上地層采用成槽機(jī)抓土成槽，強(qiáng)風(fēng)化花崗巖以下地層采用沖擊鉆機(jī)或雙輪銑槽機(jī)成槽。一般單元槽段長(zhǎng)度為5m。根據(jù)連續(xù)墻的施工工藝，分1、2期槽段施工，當(dāng)施工一個(gè)1期槽段后，中間隔開一個(gè)2期槽段，進(jìn)行下一個(gè)1期槽段施工，當(dāng)兩個(gè)1期槽段達(dá)到2.5MPa后，進(jìn)行中間的2期槽段的成槽與其它工序。

　　泥漿的制作、使用，嚴(yán)格按技術(shù)操作要求進(jìn)行，加強(qiáng)質(zhì)量管理，確保泥漿在施工過(guò)程中保持泥漿的可使用性質(zhì)。施工過(guò)程中隨時(shí)進(jìn)行泥漿取樣試驗(yàn)，按試驗(yàn)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(duì)泥漿污染較大，需注意地下水位變化情況，隨時(shí)向槽內(nèi)補(bǔ)充新泥漿進(jìn)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(yù)埋定位鋼板，方便閉合幅槽段開挖，定位鋼板要深入導(dǎo)墻面下6m。地下連續(xù)墻內(nèi)的混凝土是通過(guò)混凝土導(dǎo)管輸送到地下墻內(nèi)，導(dǎo)管直徑300mm的鋼管，混凝土澆灌過(guò)程中應(yīng)隨時(shí)掌握澆灌高度及混凝土表面高度。采用測(cè)錘隨時(shí)測(cè)定混凝土高度及上升情況以及它們的高差，測(cè)定時(shí)每槽段不小于4處。在任何情況下都應(yīng)保證混凝土導(dǎo)管埋入混凝土的深度最小5m以上，最大6m以下�；炷�土澆灌到頂部時(shí)，放慢澆灌速度，減小導(dǎo)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(wú)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(dǎo)管數(shù)量及間距，控制好各導(dǎo)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(dòng)性不佳，使導(dǎo)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(xiàng)功能，為保證墻底端承力和止水效果，采用后壓漿技術(shù)。

　　2.2基坑支撐體系設(shè)計(jì)

　　明挖施工段主體基坑采用4道支撐進(jìn)行開挖臨時(shí)支護(hù)，第一道采用600X1200的鋼筋混凝土支撐，標(biāo)準(zhǔn)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(guò)程中先施工腰梁、架設(shè)鋼支撐，以盡早對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐;然后采用分層、分臺(tái)階法進(jìn)行基坑開挖，每層開挖高度不超過(guò)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(chǎng)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(wú)支撐暴露時(shí)間。待整道支撐施工完成、形成整體，混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%后，才能進(jìn)行支撐下面土方的開挖。

　　基坑開挖過(guò)程中先施工腰梁、架設(shè)鋼支撐，以盡早對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐。鋼管支撐加工完成后運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)，安裝前在地面拼裝，土方開挖到鋼管支撐標(biāo)高時(shí)，及時(shí)用吊車或汽車吊安設(shè)鋼圍凜與鋼管橫撐，通過(guò)鋼管支撐活絡(luò)端用油頂施加預(yù)加力，再用楔塊塞緊，取下油頂。在基坑開挖過(guò)程中將充分利用“時(shí)空效應(yīng)”理論，鋼支撐的安裝和預(yù)加力的施加控制在8小時(shí)以內(nèi)。

　　3.基坑開挖方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

　　3.1基坑開挖方案設(shè)計(jì)

　　明挖段基坑開挖必須在圍護(hù)結(jié)構(gòu)封閉且連續(xù)墻、冠梁和第一道混凝土支撐達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行。

　　基坑分臺(tái)階開挖，人工配合挖掘機(jī)直接接力挖裝，自卸汽車運(yùn)輸。第一道鋼筋混凝土支撐下土方采用挖掘機(jī)反向開挖，其余各層順挖并隨挖隨撐�；炷�土腰梁施作前，先鑿出地下連續(xù)墻里的預(yù)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(jìn)行，使其能及時(shí)發(fā)揮支護(hù)作用減小地下連續(xù)墻的變形，然后采用分層、分臺(tái)階法進(jìn)行基坑開挖，每層開挖高度不超過(guò)3m。基坑分段分層開挖。每段長(zhǎng)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(shè)計(jì)要求進(jìn)行，不得超挖，并按設(shè)計(jì)要求施工腰梁和混凝土支撐。下層土體的開挖應(yīng)在混凝土腰梁達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度、鋼支撐施加預(yù)加軸力后方可進(jìn)行。鋼管支撐所在之處的土方挖完以后，通過(guò)測(cè)量放出這一道鋼管支撐與地下連續(xù)墻的接觸點(diǎn)，要保證鋼管支撐與地下連續(xù)墻的墻面垂直，位置適當(dāng)。

　　底板位于弱風(fēng)化地層中，基坑開挖時(shí)需要爆破施工，須采用微差、控制爆破。為避免超挖擾動(dòng)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(shè)計(jì)分段施工，每段長(zhǎng)約24米，主體結(jié)構(gòu)自下而上逐層順序施工。負(fù)二層緊跟負(fù)三層、負(fù)一層緊跟負(fù)二層，形成流水作業(yè)。

　　明挖段支護(hù)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(biāo)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(jī)沿橫向多工作面開挖，平均挖深約3m，開挖到頂板基礎(chǔ)標(biāo)高。每層開挖一前20天先進(jìn)行，待地下水位位于開挖面以下后，再開始相應(yīng)節(jié)段的土。蓋挖施工段施工步驟為:

　　(1)負(fù)一層分兩層開挖，開挖至負(fù)一層中板主梁底標(biāo)高，并考慮設(shè)置墊層的影響。

　　(2)施工負(fù)一層結(jié)構(gòu)，并對(duì)應(yīng)頂板預(yù)留出土孔洞，負(fù)一層中板強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的85%以上，進(jìn)行下層土方開挖;

　　(3)向下開挖負(fù)二層，負(fù)二層根據(jù)預(yù)應(yīng)力錨索的位置進(jìn)行分層開挖，及時(shí)施作預(yù)應(yīng)力錨索;

　　(4)預(yù)應(yīng)力錨索注漿強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，施工負(fù)二層結(jié)構(gòu)，并對(duì)應(yīng)上層位置預(yù)留出土孔洞，負(fù)二層中板強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的85%以上，進(jìn)行下層土方開挖;

　　(5)預(yù)應(yīng)力錨索注漿強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，依次施工底板和負(fù)三層結(jié)構(gòu);

　　(6)負(fù)三層結(jié)構(gòu)施工完成后，進(jìn)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(yù)留孔洞，進(jìn)行頂板防水層施工和頂板回填土填筑。

　　施工期間應(yīng)注意地面和基坑內(nèi)的引排水，在雨季施工時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)備一定量的抽水設(shè)備，及時(shí)排水，確保工程的安全和設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，需在基坑四周地面設(shè)截水溝，基坑內(nèi)可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置臨時(shí)的排水溝和集水井。

　　基坑地下水治理設(shè)計(jì)為防止涌砂、流砂等誘發(fā)基坑周圍建筑物的過(guò)大變形或開裂等事故、病害，必須對(duì)地下水進(jìn)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(yàn)，灌漿效果一般比較差，難以形成全封閉的帷幕體。場(chǎng)地內(nèi)局部地段淤泥質(zhì)細(xì)砂、細(xì)砂層及中砂層具液化性，對(duì)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(jìn)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(kuò)散半徑1.0米。灌注漿液:水泥采用標(biāo)號(hào)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(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)注漿試驗(yàn)，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整注漿參數(shù)，取得注漿施工經(jīng)驗(yàn)。為縮短漿液的凝膠時(shí)間，在漿液中摻加3‰的速凝劑。注漿后土體應(yīng)達(dá)到硬塑狀粘性土特性標(biāo)準(zhǔn)，抗壓強(qiáng)度多1.0MPa，注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn):進(jìn)漿量小于20L/min，并達(dá)到設(shè)計(jì)終壓后穩(wěn)定10分鐘。

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