城际轨道交通狭长深基坑施工工法

1城际轨道交通狭长深基坑施工工法1前言莞惠城际轨道交通是珠三角城际轨道交通网的重要组成部分，全线共设车站17座，其中地下站10座，地面站1座，高架站6座，松山湖北站是该交通项目的第5个车站。该车站位于松山湖大道和新城路十字路口，沿松山湖大道偏新城路口设置，车站主体大部分位于松山湖大道南侧主路，均位于道路红线内，车站左线小里程临近之处有一大型天然湖泊-月荷湖（如图1松山湖北站地形照片），该湖是松山湖北部工业城生态核心区。车站基坑地下水位浅，埋深约为1.69～1.70m。基坑小里程范围内大部分土体为人工素填土、淤泥粉质粘土和残积层，土体遇水易图1-1松山湖北站地形照片崩解，只是在基坑底部才出现全风化、强风化混合片麻岩，少部分弱风化片麻岩。为了避免基坑开挖过程中出现大范围的渗水、漏水，乃至围护结构失稳，承担本工程的项目部在公路一局及厦门公司的支持下，组织科学技术攻关，经过不断的总结与提高，形成了一整套在大型天然湖泊边进行深大基坑开挖的施工技术，并成功应用，取得了明显的经济效益和社会效益。经认真总结，形成本工法。2工法特点1.加强车站基坑围护结构的施工质量控制，避免基坑出现渗水、漏水，甚至涌泥、涌砂的现象，确保松山湖大道路面行车的安全。2.采取有效的井点降水和排水措施，确保基坑内土体始终处于干燥、无水状态。3.合理优化土方开挖工序，加强对围护结构的支撑，提高整个基坑的安全与稳定性。4.采用信息化施工，通过采取多项有力的监控量测手段，不断的修改土方开挖和钢支撑施工参数。5.准备充足的应急物资，做好应急预案和应急抢险工作，避免重大事故的发生。23适用范围本工法适用于各种城市轨道交通狭长型地下车站的深基坑施工，尤其是在地质条件复杂、水资源丰富、周边有对沉降较为敏感的建（构）筑物时，其优势将更加明显。4工艺原理加强车站基坑围护结构的施工，采取合理有效的基坑内降排水措施，适当的减少每步土方开挖的尺寸，减少未支撑前围护结构的暴露时间，有计划地对土体进行分层、分条、条块、对称、平衡地开挖。同时运用多项监测手段，对基坑的施工时时监测，通过对监测数据的分析与整理，不断的调整施工参数，优化施工工序，有效推进施工进度。5施工工艺流程及操作要点5.1车站基坑施工工艺流程图（图5.1-1）5.2车站围护结构平面图与地质纵断面图（图5.2-1、5.2-2、5.2-3、5.2-4）5.3施工操作要点5.3.1围护桩基施工图5.3.1-1钻孔灌注桩与旋喷桩咬合图1.钻孔灌注桩应采取隔桩施工，并应在灌注混凝土24小时后进行邻桩成孔施工。在施工放线时，需根据施工工艺、施工水平、施工误差进行适当的外放（不超过20mm），以确保基坑的建筑界限、内净空尺寸和结构内衬墙的厚度。2.控制好泥浆的各项指标参数，包括泥浆的相对密度、含砂率、粘度、胶体率和酸碱度等，确保桩基成孔的质量。环向非均匀配筋钢筋笼在绑扎、吊装、埋设预埋件时，安装方向均应与设计一致。3.做好桩基的成孔检查，包括孔径检测、孔深和孔垂直度检测，及时清孔。水下灌注时的首批混凝土数量必须保证导管下口埋入混凝土的深度不少于1.5m，整个灌注过程3中必须保证导管埋入混凝土的深度始终控制在2～6m范围内，不得中途停止。图5.1-1车站基坑施工工艺流程图5.3.2止水旋喷桩施工1.旋喷桩采用双管旋喷桩，水泥为42.5普通硅酸盐水泥，与钻孔灌注桩咬合150mm。2.水泥浆液的水灰比为1.0，高压水泥浆射流的压力宜大于20Mpa，气流压力宜取0.7Mpa，提升速度可取0.1～0.25m/min，具体的参数应根据成桩工艺性试验（不少于2根）来确定，要求28天后土体的渗透系数k≤10-6cm/s。3.施工过程中，要重点对浆液配合比、沉钻与提钻速度、喷射压力、喷浆量大小和冒浆情况做好记录，形成资料，以备旋喷桩施工质量检查。采取钻孔取芯法及时完成旋施工准备钻孔桩、旋喷桩施工提前15天基坑降水施工基坑第一层土体开挖监测原始数据采集第二层土体开挖，钢支撑架设监测量测查明原因，采取措施是重复以上步骤，直至基坑底部地下管线探明、水资源与构（建）筑物调查冠梁、砼支撑施工降水井施工否下一循环施工完成基坑底垫层混凝土施工4喷桩的成桩质量检测，数量为桩基总数量的2‰，且每批不少于3根。5图5.2-1松山湖北车站围护结构平面图（第一道钢筋混凝土支撑）图5.2-2松山湖北车站围护结构平面图（第二、三、四道钢支撑）图5.2-3松山湖北车站纵断面图65.3.3基坑降水、排水1.基坑降水以管井井点降水为主，排水沟明排为辅。2.在基坑内设一排管井井点进行降水，井点间距约10m。基坑开挖前半个月必须进行场地降水，将地下水位降至基坑开挖面以下1m，开挖至基坑底时，也必须保证地下水位降至基坑底以下1m。3.基坑开挖过程中应根据具体情况在基坑内设置排水沟，在排水沟中每隔20m左右设置一直径0.8m的集水井。基坑向下边挖边加深排水沟和集水井，保持沟底低于基坑底不小于0.5m，集水井低于沟底不小于0.5m，集水井内水应随集随排。4.为防止地表水流入基坑，在基坑开挖轮廓外侧0.5m左右设置截水沟，每隔20～30m左右设置一集水井。基坑内的排水沟在施做垫层前应分段用粘土回填，以免地下水在沟内流动破坏土体。5.3.4冠梁与砼支撑施工1.受力钢筋加工应平直、无弯曲，各种钢筋连接接头一般设置在支撑跨度的1/3处，且位于同一连接区段内纵向受拉钢筋接头数量不大于50%。模板面应仔细清理，并均匀、充分地涂刷脱模剂，要有足够的强度、刚度和稳定性，拼缝要严密不漏浆，能承受混凝土的侧压力和施工荷载。2.混凝土要分层分段浇筑，采用插入式捣固器振捣密实，防止漏振和过振。混凝土具有一定强度并且保证混凝土棱角不因拆模而受损时可进行模板的拆除，挡头模板拆除后及时对断面混凝土进行凿毛处理。5.3.5基坑土方开挖1.基坑采用斜面分层分段的开挖方法，每小段长度一般按照1～2个同层水平支撑间距确定，约为3～6m；每层高度一般按照支撑竖向间距确定，但不宜超过3m，每小段开挖和支撑的架设形成均有严格的时间限制，一般为8～10h。2.斜面分层分段纵向总坡度不宜大于1：3，各级土方边坡坡度不宜大于1：1.5，各级边坡平台宽度一般不应小于3m；多级边坡间应设置安全加宽平台，平台宽度一般不小于6m，平台之间的土方边坡一般不超过二级。3.人工开挖沟槽底至支撑下方0.5m时要及时架设钢支撑，完成预加轴力的施加，严格遵循“先撑后挖”的原则，在钢支撑未达到使用前不得开挖基坑下层土体。74.开挖至坑底300mm处时应由人工开挖、找平并对坑底及时进行封闭，不允许欠挖，尽量减少超挖。每层土方开挖中，基坑四周都必须预留三角护坡，按土质特性和边坡土体的稳定性定出安全坡度，开挖过程中务必使土坡坡度不大于安全坡度，待支撑完成后再挖出三角护坡，采用龙门吊吊出基坑，运至弃土场。5.3.6桩间挂网喷浆1.桩基采用连续挂网，网格尺寸为15×15mm，搭接尺寸为1～2个网格尺寸。喷射混凝土设计厚度为10cm，设计强度等级为C25。2.喷射之前，先检查基坑开挖断面尺寸，合格后人工清理桩间碎土和桩身的泥土。钢筋网片利用钢筋固定，使其密贴受喷面，以提高喷射混凝土的附着力。3.喷射作业应采用分段、分片、分层依次进行，先将低洼处大致喷平，再自下而上顺序分层、往复喷射，分段长度不宜大于6m，高度不宜大于3m。4.喷射混凝土终凝2小时后，应进行养护，养护时间不小于14d。5.3.7钢围囹与支撑安装1.钢管支撑由活络端、固定端和中间标准节三部分组成，管节之间采用法兰盘高强螺栓连接。支撑安装前要结合设计图纸与施工现场量出的实际长度有关配撑计算，将活络端、固定端与标准管节在地面进行预拼装后采用吊车一次性整体吊装到位；2.每层土方开挖至支撑位置后，根据测量组放出的支撑中心线反算出支架顶面标高，再从此标高下移50mm、520mm的同一垂直线上分别打2个螺栓孔，待螺栓打到混凝土孔中后，再将支架套入锚栓上紧螺母，并牢固固定于桩基上。鉴于实际打设时孔眼位置变化，须根据实际锚栓孔间距、相互位置关系用氧气焊在支架上准确割孔。3.钢支撑应采用两点吊装，吊点一般在离端部0.2L左右为宜。支撑钢管与钢管之间通过法兰盘以及螺栓连接，当支撑长度不够时，应加工饼状连接管，严禁在活络端处放置过多的塞铁，以免影响钢支撑的稳定；4.第二层及以下层钢支撑在施工时，由于已经形成的第一道支撑系统，当钢支撑长度较长，需要采用多节钢支撑拼接时，应按照“先中间后两头”的原则进行吊装，并尽快将各节支撑连起来，法兰盘的螺栓必须拧紧，快速形成支撑，完成预应力的施加。5.3.8监控量测监控量测是监视基坑稳定、判断基坑支护结构是否设计合理、施工方法和工艺是否8可行的重要手段，也是保证安全施工、提高经济效益的重要条件，应用监测的信息指导施工并及时掌握支护系统的状况，确保支护系统和周围环境的安全。为了准确判断基坑围护结构是否安全，我方请中国建筑西南勘察设计院专家组对车站基坑施工进行全过程的监控测量，具体车站基坑监测项目、监测位置和监测对象、量测频率、精度控制值、测点布置见表5.3.8-1基坑施工监控量测控制项目一览表。6劳动力组织与安排表6-1劳动力组织情况表序号工种人员数量备注序号工种人员数量备注1现场指挥员4人8技术质检员6人2交通协管员3人9电工2人3施工测量员12人含监测10普工60人4安全员4人11机修工5人5电焊工6人12泥浆工8人6混凝土工30人13钢筋工40人7支撑工20人14机械手30人7主要机械设备表7-1主要机械设备情况表序号机械设备名称规格型号数量单位用途1小型反铲挖掘机徐工EC804台基坑底层土方开挖2反铲挖掘机PC400-64台基坑开挖，土方倒运3长臂反铲挖掘机WY60A2台基坑开挖，土方倒运4电动空压机10m3/h4台凿桩头、钻眼5封闭式自卸运输车KM3404辆基坑土方的外运6喷射砼拌和机PLD6001套喷射混凝土搅拌生产7混凝土罐车三一10m34辆混凝土的运输8湿喷机PZ-5B4台桩间喷射混凝土施工9装载机ZLC40B4台材料、设备的吊运10冲孔钻机CK-1520台用于桩基成孔施工11汽车吊浦沅25t2辆吊装作业12注浆泵HFV—5D4台桩间注浆堵水、防漏13旋喷机GXP-302台用于止水旋喷桩施工14砼输送泵HBT80C-1818Ⅲ1台混凝土输送15龙门吊中原20t2台吊装作业16发电机GKF3002台自备电源，防止停电17砼拌合站HZS1201套用于混凝土拌制9表5.3.8-1基坑施工监控量测控制项目一览表A类必测项目序号监测项目位置和监测对象量测频率精度控制值测点布置1围护结构水平位移围护结构上端部开挖过程中1天/2次±1mm沿基坑纵向10～15m一个2围护结构变形围护结构内开挖过程中1天/2次±1mm沿基坑纵向10～15m一个，同一孔竖向间距0.5m3地面沉降围护结构周围土体围护结构施工及基坑开挖期间2天/1次±1mm30m一个4地下水位基坑周围围护结构施工及基坑开挖期间2天/1次±5mm沿基坑纵向30m一个5支撑轴力支撑端部或中部开挖过程中1天/2次≤1/100(Fs)按钢支撑的30%设置6基坑周边建筑物监测沿建筑物基础周边2天/1次±1mm建筑物四周7支撑立柱沉降观测支撑立柱顶上2天/1次±1mm支撑立柱顶上，按立柱数量的20%设置B类选测项目8钢筋应力桩体主筋，混凝土支撑主筋开挖过程中1天1次50mm水平间距30m，竖向内外各设6～8个9孔隙水压力围护结构周围土体围护结构施工及基坑开挖期间2天/1次≤1Pa沿基坑纵向每侧布置三个，同一孔竖向间距2～3m。10围护结构侧土压力围护结构后和嵌固段围护结构前2天/1次≤1/100(Fs)围护结构迎土侧及嵌固段基坑侧，沿基坑，纵向每侧布置三组，同一孔竖向间距2～3m11土体侧向变形围护结构周边土体围护结构施工及基坑开挖期间5天/1次±1mm沿基坑纵向每侧布置三个，同一孔竖向间距0.5m说明：1.B类选测项目可以根据基坑的实际施工情况进行选择；2.各监测项目在基坑支护施工前应测得稳定的初始值，且不小于两次；3.各监测项目的监测时间间隔根