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学术前沿

浅析深基坑开挖与围护支撑

发布日期:2012-12-07 21:37

浅析深基坑开挖与围护支撑
 
摘   本文以西安某地铁站基坑施工为例,浅析施工方案、流程、要点及注意事项,为地铁车站基坑土方开挖及围护支撑施工提供参考资料,供相似工程参考。
关键词 地铁车站;深基坑;钢支撑
 
1 前言
      随着我国经济和城市的快速发展,人口愈来愈多涌向城市,城市交通拥挤问题日益突出。解决的方法有很多,其中地铁已经成为解决城市交通拥挤问题有效途径之一。据不完全统计,全世界已有40 多个国家,80 多座城市修建了地下铁道,拟建或者在建地铁的城市有 30 多个,尤其是像纽约、巴黎和伦敦等超大城市,虽然已经修建了很多年的地铁,但是随着城市建设规模的不断发展,还在不断建设中。现在我国如北京、上海、广州、深圳、香港等地也在不断扩展地铁网,西安、杭州、沈阳等地正在修建中,所以探讨地铁施工技术是非常必要的。
 
2 深基坑维护结构及开挖、支护工序流程
      深基坑由于开挖深度问题,普通的放坡在地铁施工中受到地域限制无法进行,所以地铁施工中深基坑开挖过程中主要以围护桩+ 钢支撑 + 桩间喷砼的保护措施,保证施工过程中的安全。本文以西安地铁 2 号线某车站为例,车站概况为两层三跨式框架结构,长180m,宽 20m,平均深度 17m 左右,地质条件为湿陷性黄土。
2.1 施工前准备
      由于本车站地处西安市南郊地段,地下水丰富,平均地下水位线在 8m 左右,所以开挖前应该提前 10 天~15 天进行基坑降水工程,将水位降到基坑底部工作面 1m~2m,才可进行车站主体土方开挖。本车站降水采用轻型井点降水系统,环状井点布置,环车站4m位置共设计 24 口深度 40m 的降水井,东侧 10口井下离心式水泵,将吸水管下至 30m深度,安装逆止阀,上端出水连接入排水总管,经沉淀处理后排入市政管网。
      本车站长 180m,宽 20m,平均深度 17m,开挖实方在 6 万 m3,所以开挖过程中选择 200型以上的大型挖掘机至少两部;如果选择南北同时开挖,就需要 4 部挖掘机,加长臂挖掘机及小型挖掘机各一台,才能保证按期完成施工任务。使用挖掘机进行大规模土方开挖优点在于可控性强,容易掌握施工进度,并且操作简单,纵坡操作容易,管理方便。由于场地限制,起重设备为 20t 龙门吊两部,用于架设钢支撑于以及端头井部分土方开挖。钢支撑轴力加压设备为两部液压千斤顶。
2.2 围护桩施工
      前期围护桩采用 Ф1000 的钻孔灌注桩,桩长 24m~32m不等,桩间间距 30cm,嵌固深度 7m。浇筑方法为水下灌注,采用 Ф300 导管,伸入孔底,导管底部距离孔底最好设置为30cm,严禁插入沉渣之中。一般钻机成孔后,要及时浇筑,避免放置时间过长,造成塌孔,对以后的施工造成不必要的影响。在施工过程中,一般浇筑前最好要等混凝土车全部到了现场以后进行连续浇筑,如果出现混凝土跟不上,要保证间隔不要超过 30 分钟,否则容易发生堵管。第一斗料是非常重要的,因为第一斗料要保证填充满导管,并在导管底部至少埋入混凝土 1m,所以根据导管长度、管径计算出混凝方量就可以进行灌注。如果第一斗失败就必须停止浇筑,清孔重新浇筑,在导管提升过程中,导管埋入深度不得小于 1.5m。
2.3 土方开挖
      围护桩完成后,进行土方开挖。首先,对车站开挖区域进行分段、分层、分小块施工,为了保证施工进度,确保安全生产,基坑土方开挖采用卡特 320 型挖掘机、小型挖掘机及人工配合挖土、修边的方法进行开挖。
      开挖过程中,由南向北开始挖掘,严格按照由上自下,分层分段开挖,留土护壁,快挖快撑,对称支撑,减少无支撑暴露时间,每段长度不大于 6m,每层开挖深度不大于 3m,严禁掏底开挖,保证安全生产。要严格控制标高,基底上面 30cm 土层由小型挖掘机配合人工进行整平,严禁超挖原始土层。
      待基坑开挖至基底后,以车站变形缝划分施工断面,进行基底整平,安装接地体,浇筑垫层,开始后续防水及结构施工。
      基坑开挖至北侧端头井时,撤出大挖掘机,留小挖掘机于基坑内进行倒土作业,加长臂挖掘机进行土方开挖至 12m左右。使用土斗、小挖掘机喂土,龙门吊吊装的方法,完成剩余土方开挖。
 
3钢支撑安装
      本车站一共三道钢支撑,采用 Ф600、t=14 的钢支撑,每节钢支撑由 24 根高强螺栓连接。每层土方开挖至下道钢支撑标高时,进行上道钢支撑安装,务必 8 小时之内安装完毕,并施加预应力,减少暴露时间,避免墙体由于内支撑力不足,造成桩间土方塌落。第一道架设于冠梁,每 6m一根,冠梁内预埋 1cm厚钢板,于钢板上焊接钢支撑支座,完成后,将钢支撑架设于支座之上。第二、三道钢支撑,每 3m一根,架设于钢围檩的支座上。南北端头按照图纸设置混凝土牛腿支座,每层各架设 6 根斜撑,按照设计要求分三次进行预应力加压,随挖随撑,完成后定时检测轴力计,发现预应力损失,即时补加,保证基坑安全稳定。在安装过程中要注意经常检查起吊设备的钢丝绳,出现拉毛、断裂情况的要及时更换,起吊过程中要让施工人员时刻保持警惕,避免起吊过程中造成的撞伤发生。
      应力控制,按照图纸设计,分三次进行预应力施加,第一次施加设计总值的50%,第二次施加设计总值的80%,第三次施加全额预应力。
 
4桩间喷砼
      本车站采用 C20 普通硅酸盐水泥,Ф8@150 钢筋格栅,用 Ф10 膨胀螺丝固定于围护桩上,以干喷法进行桩间喷砼,完工后进行抹光处理,以方便后续防水作业。
      在施工过程中,由于本车站地质条件属于湿陷性黄土地层,在无水情况下,桩间土层与桩体结合密实,所以每次开挖 3m~4m 后进行整体喷砼,可以提高施工效率,加快土方开挖进度。而在沙层情况下,一般开挖 1.5m~2m的深度时,就要进行喷砼,否则桩间沙层会快速塌方,严重者上层已喷砼位置后背沙层塌落,造成基坑外围地表下被掏空,有地表下陷的可能,对基坑安全造成严重影响,所以在沙层地质条件里,要严格随挖随喷,不可贪图土方开挖,造成基坑侧墙塌方。
 
5 施工过程中注意事项
      (1)开挖前要做好场地规划,对钢支撑的堆放、拼装地点尽量选择在吊装安全方便的问题,避免二次运输。
      (2)开挖前,要全面掌握开挖面内各类管线分布情况,避免管线被破坏,造成不必要的损失。
      (3)地处地下水丰富地区,要提前进行基坑降水。开挖前保证地下水位降至基底下1m~2m,方可进行基坑开挖。基坑边设置截水槽,防止地表水流入基坑,造成墙体不稳。
      (4)做好基坑开挖的施工组织方案,将每段的分段位置,开挖标高,各道钢支撑的位置等技术要点,向施工人员进行技术交底,使施工人员熟悉了解各工序所要求的技术标准。
      (5)做好基坑后期,桩体测斜、桩侧土体压力、钢支撑轴力、基坑周边地表沉降等检测工作,定期进行各项检测,对比警戒值,做好预防工作。
 
6结语
      现在,地铁建设已经成为了各大城市缓解交通的主要手段之一。广大地铁建设者必须严格控制深基坑开挖过程中的要点,开挖前综合考虑,统筹分析制定最优施工方案。本文仅以自己的施工经验,对深基坑开挖,结构支护等各工序流程做了简单的概述,与广大同行交流。
 
参考文献
[1]李德元.基坑开挖及支撑施工技术[J].科技创新导报,2011.2.
[2]李军,孙昌玲,李剑. 论深基坑支护设计[J].合肥学院学报(自然科学版),2009(01).