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        復(fù)雜地形環(huán)境下的深基坑支護(hù)與土方開挖施工技術(shù)

        2021-12-22 06:38:28戴連雙馮中超王紅兵
        建筑施工 2021年9期
        關(guān)鍵詞:錨桿施工

        戴連雙 張 麗 趙 迎 馮中超 王紅兵

        中國新興建筑工程有限責(zé)任公司 北京 100009

        隨著城市現(xiàn)代化的發(fā)展,城市內(nèi)土地利用率越來越高,為滿足人員居住需求,對舊有房屋、廠房等土地進(jìn)行拆遷新建的項(xiàng)目越來越多。經(jīng)過多次拆建的地塊,地下土質(zhì)往往較復(fù)雜,地形環(huán)境為人工拆遷后形成,在基坑開挖過程中更容易發(fā)生土體失穩(wěn)的情況,危及周邊已有建筑物及設(shè)施設(shè)備。

        針對拆遷后新建項(xiàng)目的地塊,施工前,應(yīng)首先進(jìn)行施工勘察,結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際地形、地貌、地質(zhì),復(fù)核基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案及土方開挖方案的合理性、可行性,深化、優(yōu)化邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)方案,通過模擬分析流水及工序流程,反復(fù)推敲調(diào)整確定最終的支護(hù)方案及施工方法,保證邊坡安全及土方開挖施工需求。

        1 工程概況

        廣華新城小區(qū)配套學(xué)校項(xiàng)目總占地面積5.6萬 m2,總建筑面積96 751 m2(地上46 530 m2、地下50 221 m2),建筑高度24 m,地上1/3/4/5層,地下2層,基礎(chǔ)埋深約11.8 m。

        項(xiàng)目分東西2個(gè)區(qū),西區(qū)為5棟教學(xué)樓,地下1層和首層為公共學(xué)習(xí)、活動(dòng)區(qū),2—4層為教學(xué)樓,2層架空連廊連通各主樓;東區(qū)為生活服務(wù)樓和場館,地下為餐廳、籃球館、游泳館、報(bào)告廳、車庫,地上為操場。

        原狀基坑為占地約6萬 m2的坑槽,坑內(nèi)植被密集,地形起伏不定,基坑四周有配套完整、已投入使用的小區(qū)、市政道路、管廊等建筑及設(shè)施。

        2 施工重難點(diǎn)

        1)工程原狀基坑的坑側(cè)進(jìn)出不等,坑面高低起伏,中心區(qū)域與場地四周高差約14 m,四周市政道路、管線、建筑物施工已完成,坑內(nèi)地表有大量垃圾、渣土及植被覆蓋,坑槽占地面積廣、存在周期長,周邊及場內(nèi)環(huán)境幾經(jīng)變換,現(xiàn)狀地質(zhì)條件不明、地下管線及障礙物情況不清。開工前的場地條件摸查尤其重要。

        2)項(xiàng)目進(jìn)場前,基坑四周市政道路、管廊、雨污水管線、燃?xì)?、電力等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)已完成,基坑周邊管線情況復(fù)雜。基坑邊坡距市政道路僅3~6 m,基坑四周有管廊,管廊底標(biāo)高在現(xiàn)狀標(biāo)高以下約10 m,有支溝進(jìn)入紅線內(nèi);市政雨污水管網(wǎng)已完成,有管井進(jìn)入紅線內(nèi);南側(cè)有3道燃?xì)夤芫€,與支護(hù)樁距離不大于200 mm;北側(cè)有管廊施工遺留,北側(cè)前程路沿路有深度12 m、間距1.5 m×1.2 m梅花形布置的管廊土釘。

        這一系列的問題,給項(xiàng)目基坑支護(hù)及土方開挖帶來極大挑戰(zhàn)。

        3 方案優(yōu)化

        3.1 地下障礙物排查

        與項(xiàng)目周邊市政、管廊、燃?xì)獾葐挝患笆┕挝蝗〉寐?lián)系,充分了解現(xiàn)場周邊管線情況,繪制管廊、雨污水管、電力管線等與項(xiàng)目基坑的位置關(guān)系圖,具體如圖1~圖3所示。

        圖1 地塊周邊暗埋管廊平面位置

        圖2 地塊周邊雨污水管線平面分布

        圖3 地塊周邊電力管線平面分布

        經(jīng)與市政單位溝通,北側(cè)前程路沿路有深度12 m、間距1.5 m×1.2 m梅花形布置的管廊土釘,確定地塊北側(cè)護(hù)坡樁在土釘影響區(qū)域內(nèi),布樁盡量避開土釘;南側(cè)有3道距紅線不大于20 cm的供廣華片區(qū)范圍內(nèi)居民臨時(shí)使用的燃?xì)夤芫€。

        圖1中,A段管廊基礎(chǔ)底板標(biāo)高為27.00~28.04 m,南側(cè)外墻距紅線5 m;有2道支溝進(jìn)入紅線范圍內(nèi),支溝標(biāo)高30.2 m;北側(cè)管廊施工采用8~12 m長、間距1.5 m梅花形土釘墻護(hù)坡。B段管廊基礎(chǔ)底板標(biāo)高為26.16~27.14 m,東側(cè)外墻距紅線1 5 m。C段管廊基礎(chǔ)底板標(biāo)高為26.05~27.17 m,南側(cè)外墻距紅線14.45 m;有2道支溝進(jìn)入紅線范圍內(nèi),支溝標(biāo)高26.79 m。

        圖2中,北側(cè)、西側(cè)分別有2個(gè)市政管井進(jìn)入紅線,南側(cè)有6個(gè)市政管井進(jìn)入紅線。

        圖3中,A段有3道電力支溝進(jìn)入紅線,B段電力埋線距紅線20 cm,C段有1道直線井距紅線2 m。

        3.2 清槽深度預(yù)判

        3.2.1 地質(zhì)條件分析

        廣華學(xué)校新城小區(qū)配套學(xué)校項(xiàng)目屬永定河沖洪積平原的中下部,地層除上部人工填土層外,其下均為第四紀(jì)一般沉積層,巖性主要為黏性土、粉土、砂土、圓礫等交互層。根據(jù)本次勘察揭露地層條件,本場區(qū)第四系覆蓋層厚度大于50.0 m。

        原址為化工二廠,經(jīng)2011年污染土治理清挖回填+市政管廊開挖回填+燃?xì)?、雨污水、市政道路施工開挖回填+外來單位建筑垃圾雜填,形成目前的現(xiàn)狀基坑。

        根據(jù)本次勘查現(xiàn)場鉆探、原位測試及室內(nèi)土工試驗(yàn)成果,按照地層沉積年代、成因類型,將擬建場區(qū)本次勘察深度60.0 m范圍內(nèi)的土層劃分為人工堆積層、一般第四系沉積層2大類,并按地層巖性和物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo),進(jìn)一步劃分為7層。

        3.2.2 相關(guān)圖形繪制

        根據(jù)地勘報(bào)告,深入分析各層土質(zhì)分布情況,初步確認(rèn)各區(qū)域基坑開挖深度,進(jìn)一步明確現(xiàn)狀地勘報(bào)告中渣土、素土、砂土及粉質(zhì)黏土的分布范圍,繪制人工填土層底標(biāo)高等值線(圖4),并結(jié)合學(xué)校地塊原狀地形(圖5)進(jìn)行分析。

        圖4 人工填土層底標(biāo)高等值線

        圖5 學(xué)校地塊原狀地形

        3.3 原設(shè)計(jì)方案

        基坑支護(hù)設(shè)計(jì)是基坑土方開挖階段保證邊坡安全的輔助手段,因地制宜地選擇合理的支護(hù)方式將有利于保證邊坡安全,提高土方開挖作業(yè)效率。

        在2017年地勘單位勘查現(xiàn)場后,形成的初步基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案中,采用單排懸臂樁、雙排懸臂樁、放坡噴錨3種支護(hù)形式組成的支護(hù)設(shè)計(jì)方案[1]。

        如圖6所示,深入調(diào)查場地條件,結(jié)合當(dāng)前設(shè)計(jì)基礎(chǔ)邊線,擬對基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化。

        圖6 廣華學(xué)校原設(shè)計(jì)基坑支護(hù)方案

        4 基坑支護(hù)

        優(yōu)化后的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)如圖7所示。

        圖7 深化后的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

        1)北側(cè)管廊距離紅線5 m、距槽邊7 m。

        ①A段預(yù)計(jì)清底標(biāo)高20.00 m(深14 m),設(shè)計(jì)采用雙排φ800 mm支護(hù)樁,樁間距2.00 m,排距2.80 m,樁長20.00 m。樁間土采用土釘加固,土釘長度2.80 m,樁頂設(shè)混凝土蓋板,斷面尺寸3 700 mm×700 mm??紤]距槽邊不足3 m范圍內(nèi)預(yù)計(jì)清底標(biāo)高20 m(深度15 m),為保證樁身穩(wěn)定性,樁頂設(shè)計(jì)卸土高度1.5 m,寬6 m,卸土范圍采用噴錨支護(hù)。

        ②B段往東延伸段緊鄰現(xiàn)狀場地電纜,放坡時(shí)局部形成高差3.5 m的臨空面,為確保3.5 m豎直邊坡及整個(gè)邊坡安全,在29.5 m標(biāo)高位置施工鋼管樁,樁頂設(shè)200 mm厚C20混凝土板。

        2)西側(cè)管廊距紅線16 m,距槽邊20 m,電力線路距紅線1 m。

        ①C段預(yù)計(jì)清槽高度為26 m(深9 m),采用單排樁+錨桿。

        ②D段預(yù)計(jì)清槽高度為23 m(深12 m),考慮避開電力管線、錨桿角度避讓管廊基底1 m的需求,護(hù)坡樁采用單樁+雙排錨桿,錨索角度20°,第1道錨索距樁頂4.5 m。

        ③E段為西側(cè)往北延伸段,利用現(xiàn)狀坡面,采用雙排鋼管樁+掛鋼筋網(wǎng)噴射混凝土護(hù)面。

        3)南側(cè)有燃?xì)夤芫€距紅線不足20cm,管廊距紅線18 m,距槽邊20~25 m。

        ①F段局部預(yù)計(jì)清底標(biāo)高27 m(深7 m)區(qū)域,采用單排樁+錨桿支護(hù)。

        ②G段預(yù)計(jì)清底標(biāo)高30 m(深5 m)區(qū)域,采用單排懸壁樁支護(hù)。

        ③H段清底標(biāo)高為27~28 m(深6 m),采用雙排φ800 mm支護(hù)樁。

        ④I段預(yù)計(jì)清底標(biāo)高26 m(深9 m),因槽邊距紅線2 m,考慮避讓燃?xì)夤芫€等因素,采用單排樁+錨桿。

        ⑤J段預(yù)計(jì)清底標(biāo)高24 m(深12 m),因護(hù)坡樁在紅線北側(cè)30 cm,燃?xì)夤芫€在紅線南側(cè)20 cm,該段支護(hù)采用單排樁+雙排錨桿支護(hù),錨索角度20°,第1道錨索距樁頂4.5 m。

        4)放坡區(qū)域。K段根據(jù)現(xiàn)有地形,采用1∶1.75二級放坡,土釘墻支護(hù)。

        5)根據(jù)不同區(qū)段的支護(hù)形式,繪制支護(hù)影響區(qū)域內(nèi)障礙物與構(gòu)筑物位置關(guān)系圖,如圖8所示。

        圖8 地下構(gòu)筑物與護(hù)坡樁位置關(guān)系

        5 基坑施工及土方開挖

        5.1 整體作業(yè)區(qū)劃分

        根據(jù)現(xiàn)狀地形條件,將基坑分為20個(gè)作業(yè)區(qū),開挖時(shí)由中心向南北,由西向東進(jìn)行,基槽土方開挖清底+基坑支護(hù)作業(yè)同步進(jìn)行(圖9)。

        圖9 土方階段施工分區(qū)

        5.2 施工部署

        1)第1步,護(hù)坡樁施工流水主要分為3個(gè)作業(yè)段,1段為1區(qū)→19區(qū)→11區(qū),2段為14區(qū)→15區(qū),3段為18區(qū)→17區(qū)→16區(qū)。

        2)第2步,在護(hù)坡樁施工時(shí),基坑內(nèi)部低洼區(qū)域同步展開清底施工,施工流水為:2區(qū)→3區(qū)→填土側(cè)向放坡區(qū)→5區(qū)→6區(qū)→8區(qū)→9區(qū)→7區(qū)→4區(qū)。以此實(shí)現(xiàn)基底驗(yàn)收及地基處理施工及時(shí)插入。

        3)第3步,基坑周邊土方縱向開挖根據(jù)支護(hù)施工要求分區(qū)、分步進(jìn)行,分東、西、南、北4個(gè)區(qū)域分別考慮,整體考慮西側(cè)→南側(cè)→北側(cè)→東側(cè)。南側(cè)、北側(cè)均由西向東流水,西側(cè)、東側(cè)由南向北流水?;涌煞?~5步挖至槽底,每步最大挖深不宜大于3.0 m。

        5.3 施工技術(shù)要點(diǎn)

        1)A段雙排樁施工。北側(cè)雙排護(hù)坡樁范圍挖溝槽,溝槽寬4 m,深3~6 m,清除地層內(nèi)混凝土塊、土釘?shù)日系K物后,采用素土填平。樁位嚴(yán)格按照施工圖坐標(biāo)放線定點(diǎn),采用長螺旋成孔,邊旋轉(zhuǎn)鉆桿,邊清除孔邊渣土。鉆孔過程中隨時(shí)觀察鉆機(jī)運(yùn)行電流數(shù)值和地層土質(zhì)狀況,避免深層土釘卡鉆問題[2]。

        2)I段、J段單排樁施工。因該區(qū)域護(hù)坡樁距燃?xì)夤芫€500 mm左右,直接成孔有拉斷燃?xì)夤芫€,造成安全事故的隱患。為避免該問題,采用鋼板護(hù)壁的臨時(shí)保護(hù)措施,先挖溝槽,找出燃?xì)夤芫€具體位置,預(yù)埋2 cm厚護(hù)壁鋼板后,填平至作業(yè)面,待樁身成形后,再將鋼板取出。

        3)鋼管樁施工。鋼管樁設(shè)置區(qū)域,在有一定坡度的斜向平臺上,施工重點(diǎn)是做好成孔質(zhì)量及樁身垂直度的控制。成孔前為保證樁的垂直度,需由水平尺前后、左右調(diào)整好鉆機(jī)的平整度。為控制樁位偏差,成孔前先用儀器精確定出樁位,每個(gè)樁位上釘上筷子,開鉆時(shí),鉆頭中心對準(zhǔn)筷子頭[3]。為保證樁徑,開鉆前要用尺子測量鉆頭尺寸,發(fā)現(xiàn)直徑不夠時(shí)立即調(diào)換或補(bǔ)焊鉆頭,鉆機(jī)累計(jì)達(dá)到200 m之后要測量鉆頭一次[4]。

        4)錨桿施工。本工程南、北、西側(cè)均有已施工完成的地下管廊,所有錨桿均穿越紅線,經(jīng)過管廊底部。錨桿施工時(shí)嚴(yán)格按照施工圖紙要求,加強(qiáng)錨桿錨固水平傾角的施工質(zhì)量控制[5-8]。

        5)基坑清底開挖。根據(jù)作業(yè)區(qū)塊不同,分不同階段預(yù)留臨時(shí)馬道進(jìn)出土方,保證槽內(nèi)交通順暢,提高效率。

        5.4 基坑監(jiān)測

        為準(zhǔn)確判斷基坑邊坡在土方開挖及結(jié)構(gòu)施工過程中的穩(wěn)定性,需要對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)和周圍環(huán)境的變化進(jìn)行監(jiān)測,并及時(shí)整理觀測數(shù)據(jù),以便指導(dǎo)現(xiàn)場施工。監(jiān)測的內(nèi)容有:護(hù)坡樁頂部水平及豎向位移、錨索軸力、支護(hù)結(jié)構(gòu)深部水平位移、周邊道路沉降、坑邊地面沉降等。

        6 結(jié)語

        在復(fù)雜地形條件下的深基坑施工,應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場地形及地質(zhì)條件,靈活調(diào)整土方開挖及基坑支護(hù)施工部署,實(shí)現(xiàn)多階段施工同步開展,提高施工效率。

        針對不同開挖深度、作業(yè)條件等現(xiàn)場實(shí)際情況,設(shè)置不同樁型的支護(hù)方式,有效地解決了基坑支護(hù)作業(yè)場地狹小、工作效率低下的缺陷。施工過程中,合理組織支護(hù)及土方開挖作業(yè)流水順序,可以有效地提升工作效率,解決了復(fù)雜地形條件下支護(hù)樁施工難度大、基坑開挖深度大、施工場地狹小等一系列問題,提高了土方開挖作業(yè)效率及邊坡安全性。

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