深基坑施工技術研究論文

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摘要介紹北京地鐵四號線,中關村車站三號出入口深基坑施工,采用排樁+鋼管支撐體系基坑支護技術,施工操作性強,且鋼管支撐系統可循環利用,有效控制了深基坑開挖過程中的圍護結構變形位移,防止了由此引起基坑外地面沉降,保證了施工工期和安全,取得了巨大的經濟效益。

關鍵詞明挖法深基坑排樁支護施工技術

1工程概況

北京地鐵四號線中關村站處于商業高度發達的高科技園區中心,車站主體位于交通繁忙的中關村大街主路下方,為全埋式地下車站,共設四座出入口和兩座風道。其中三號出入口位于車站西北角,設計為單層現澆鋼筋混凝土箱型框架結構,采用明挖法施工,基坑寬6.3m,挖深達13.0m,基坑土層從上至下為人工填土層、粉土層、粉質粘土層、粘土層、粉砂、中粗砂和砂礫層。結構西側8m為恒昌數碼電腦商城和中關村科技廣場展示中心,結構東側2m為中關村大街主路,基坑四周市政管線密布。只好采取直壁式支護開挖施工方法。基坑圍護結構采用Φ800mm混凝土灌注排樁和鋼管支撐體系,樁頂設0.8m高冠梁將排樁連接成整體,鋼支撐采用Φ400鋼管,支撐水平間距3.0~4.5m,豎向設3道。

2降水施工

基坑開挖前,需將坑內的地下水位降低并排除,使坑內土體在基坑開挖時,通過排水固結達到一定強度,提高坑內土體的水平抗力,減少基坑的變形量;增強基坑底部穩定性,減少坑底土體的隆起。本出入口結構范圍地層地下水主要為:①上層滯水,位于地面下3~4m,含水層為人工填土層和粉土層,透水性弱;②潛水,位于地面下8~9m,含水層為粉質粘土層和粉土層,透水性一般;③承壓水,位于地面下12m以下,含水層為粘土層、粉砂、中粗砂和砂礫層,透水性強。基坑降水采用管井+滲井方式,降水早于基坑開挖前20天開始。降水過程中對臨近建筑物和地下管線的安全進行觀察監測,同時在坑外地面設回灌井,必要時應采取回灌措施,確保周邊建筑物安全。

3基坑圍護施工

基坑四周設800mm混凝土灌注排樁圍護結構,樁間距1.0~1.2m,轉角部位局部加強。圍護樁采用旋挖鉆機成孔,導管法水下澆注混凝土成樁。鉆孔施工時,為減少對鄰樁的干擾,保證成樁質量,采用隔三打一的辦法施工(即每隔三根樁施工一根樁)。

冠梁將圍護樁連接成整體排架,使全體圍護樁形成共同受力體系,抵抗外部土體或圍巖側向荷載。圍護樁施工完成后,立即進行冠梁開挖和樁頂混凝土鑿除清理,圍護樁主筋錨入冠梁,冠梁采用與圍護樁同標號混凝土現場澆注,澆注時同時安裝預埋鋼板,滿足下部鋼支撐安裝需要。

土方開挖后圍護樁間采用噴錨支護,防止樁間土體掉塊。

4基坑土方開挖施工

基坑土方開挖遵循“分段、分層、分塊挖土,先中間后兩邊,隨挖隨撐,限時完成”的原則,利用土體在基坑開挖過程中位移的變化規律,對基坑開挖作動態管理,采用監控量測手段實行信息化施工,確保基坑變形量在設計允許之內。

水平開挖采用從一端先向另一端分段順序開挖,豎向開挖采用由上到下順序分層開挖。開挖時支撐和挖土緊密配合,隨挖隨撐。基坑沿縱向分段分層開挖,每層每段開挖長度不宜超過支撐的間距,第一層一般為7~8m,在第二層及以下土層一般為4m左右,每層開挖面標高以該層支撐的底面或設計基坑底標高為準,開挖完成及時安裝鋼支撐施加預應力。

為防止邊坡失穩,施工前先清除基坑邊堆土等荷載,同時在基坑四周做好防排水和管線保護措施。基坑開挖主要采用挖掘機進行,每一開挖區域分別配備長臂挖掘機和小型挖掘機。長臂挖掘機置于地面垂直開挖和裝運土方,小型挖掘機主要用于底部、邊角清理開挖和收集土方。

基坑開挖分層進行,從上到下、按層次序進行開挖,嚴禁掏底開挖。土方開挖分三層進行,每層均挖至鋼支撐以下0.5m位置,坡度和臺階滿足挖掘機作業要求同時盡量縮短長度。開挖流程見圖1。

5鋼支撐施工

圍護樁外加鋼支撐構成基坑空間受力體系,來支撐基坑外巨大的土壓力和諸多外加荷載,達到安全施工的目的。因此圍護結構支撐的質量控制十分關鍵,支撐采用Φ400mm鋼管(一般均采用Φ400mm、Φ600mm和Φ800mm鋼管,管徑視基坑寬度和支撐間距而定)。鋼管支撐為軸心受力結構,支撐直接撐在冠梁或鋼圍檁(俗稱“腰梁”),通過鋼圍檁直接承受排架樁傳遞的土體荷載或外力,以控制圍護樁向基坑內部位移變形。支撐一端設置應力調節裝置(俗稱“活絡頭”),主要通過千斤頂施加預應力來調節支撐長度,用于控制支撐軸力。

鋼支撐和鋼圍檁均采用工廠制作,現場安裝時支撐必須直順無彎曲,接頭緊密牢固。圍檁與圍護樁墻必須密貼,若有間隙須用速凝細石混凝土填實;當有角撐時,圍檁或圍護樁墻的連接處除設專門的斜支座確保支撐軸心受力外,還應在圍檁與圍護樁墻間設置剪力傳遞的措施。安裝實景見圖2。

鋼支撐安裝后立即按設計值在支撐一頭或二端施加第一次預應力,并檢查接頭擰緊螺栓。一般在第一次施加預應力后12h內監測預應力損失及圍護結構水平位移情況,并復加預應力至設計值。施加支撐預應力應注意以下事項。

(1)當晝夜溫差過大導致支撐預應力損失時,立即在當天低溫時復加預應力至設計值。

(2)當基坑變形的速率超過控制范圍,接近警戒值,而支撐軸力未達到自身的規定值時,可增大支撐軸力來控制變形。

(3)當圍護結構變形過大,采用被動區注漿控制圍護結構位移時,應在注漿后1~2h內對在注漿范圍的支撐復加預應力至設計值,以減少圍護結構外移所造成的應力損失。

(4)當支撐的軸力接近或超過設計值時,通過增設支撐來分解軸力,提高抗變形能力,阻止基坑變形進一步增大。

鋼支撐拆除分層進行,當基坑內結構施做到鋼支撐處時,并且此時的結構混凝土達到設計強度75%時,便可拆卸鋼支撐。在鋼支撐拆卸前先施加預應力將預加力端的鋼楔卸去,放散支撐軸力,然后吊出鋼支撐,拆除鋼圍檁。

6施工監測

深基坑監測是信息化施工常用的一種方法,在確保深基坑開挖安全上起著十分重要的作用。監測的主要內容有支撐軸力、圍護樁位移和沉降變形、基坑周邊地表沉降、基坑周邊管線的位移沉降、基坑周邊構建物的位移沉降、基坑隆起、地下水位變化等。在基坑開挖施工中,發現監控數據接近或超過警戒值時,應立即分析原因,準確地找出施工過程中存在的問題,及時調整施工步驟,采取相應的對策,便能有效控制基坑變形,確保基坑安全。

7施工注意事項

(1)施工降水不宜過快,降水過程中應加強周邊建筑物、管線和地表沉降監測。土方開挖必須在水位監測指導下進行。

(2)施工過程中注意基坑周邊用水管理,加強管線滲漏情況觀測,切斷基坑周邊水源補給途徑。若放線坑壁有滲漏情況,應查清原因,切忌盲目注漿堵漏。

(3)在施工中應嚴格控制基坑周邊堆載,基坑周邊2m范圍內嚴禁堆載,基坑周邊1.4倍坑深范圍應控制堆載。

(4)土方開挖必須與支撐架設同步施工,按設計要求分層開挖,嚴禁超挖和掏底開挖。開挖段的長度必須根據基坑深度和坡度合理確定,不宜過長。當基坑挖至設計標高后,必須馬上澆筑墊層混凝土,進一步減少基坑變形值。底板混凝土必須在5~7d內完成,相應結構層施工及時跟上,以建立永久的受力平衡體系,從根本上控制住基坑變形。

(5)加強施工監測,掌握邊坡的穩定狀態、安全程度和支護效果,以便隨時調整設計參數及基坑施工方案,確保基坑安全可靠。

8施工體會

由于受施工場地限制,該工程采用排樁支護具有較大優勢,排樁剛度大能有效保證基坑和周邊環境安全;排樁施工和土方開挖錯開進行,能縮短基坑暴露時間,有效保證施工工期;鋼支撐施工技術簡單易行,且可以重復使用,比一般的支護結構節省費用,綜合效益顯著(同類型基坑常采用排樁+錨索支護方式或土釘支護方式,錨索和土釘均為一次性投入,無法重復利用)。