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吹填土地基深基坑支护施工技术

所属栏目:建筑设计论文 发布日期:2021-07-15 10:07 热度:

   围海造田形成的软土地基,普遍呈现“三高一低”的特点,存在典型的“二元”地层结构特征[1]。此类场地不经处理很难满足基坑开挖的条件。本工程结合现场实际,采用将土钉墙与预应力锚杆、高压旋喷桩及钢管土钉等方式结合起来的复合支护技术,利用BIM技术、无人机组合,协同施工组织,实现总体方案布置,大大节约了资源,带来了巨大的经济效益。

吹填土地基深基坑支护施工技术

  1工程概况

  绍兴滨海循环生态产业园(二期)项目(见图1),是绍兴市十大民生实事重要项目之一,地处钱塘江南岸,濒临曹娥江,项目用地面积230416m2,主厂房高60.3m,带一层地下室,框架结构,是一座日处理2000t的生活垃圾焚烧发电厂。项目由主厂房、综合楼、飞灰养护车间、水系统等单体构成,基础工程桩采用钻孔灌注桩,直径800mm,桩长约60m~71m,主厂房基坑为不规则形状,基坑长约110m,宽约100m,基坑开挖净深度为6.00m~7.60m左右,最大开挖深度10.1m。

  1.1地下管线分布情况

  本项目场地东北侧为绍兴市循环生态产业园区一期再生资源发电厂,东南侧为钱滨线道路,西南侧及西北侧原为养殖场,现为水塘及空地。场地东南侧有一条架空地热管通过,场地东北侧临近一期再生资源发电厂围墙处分布一条10kV电缆线(埋深约1.20m)、一条燃气管线(埋深约2.0m)、一条自来水管(埋深约0.5m),其余未发现有各类管线分布。

  1.2地质条件

  场地属萧绍滨海平原地貌,总体地形地势较为平坦,地基土具有成层分布的特点,主要成分包括砂质粉土、黏质粉土、淤泥质粉质黏土、粉质黏土、中细砂、砾砂等。按成因类型、物理力学特征,可将其分为6个工程地质层,1层又细分为2个亚层,2层细分为4个亚层,3层及5层均细分为2个亚层,其主要参数如表1所示。

  1.3水文条件

  本区域属亚热带季风气候,区内雨量充沛,多年平均降雨量为1450mm,地表砂质粉土土质松散,渗透性好,地下水主要来自于内河水入渗补给为生,局部为大气降水入渗补给,并向堤外钱塘江排泄。区内地下水水位埋深1.00m~6.90m,水位高程3.13m~3.18m,地下水位在基础埋深以上。

  2吹填土技术介绍

  所谓吹填土[2],就是在整治和疏通江河航道时,用挖泥船和泥浆泵把江河和港口底部淤积的泥沙通过水力吹填而形成的软弱沉积土。新近吹填的淤泥含水率一般超过100%,孔隙比大于2.0,外观呈流泥状态,土体尚未形成结构,强度基本为0[3],具有液化性能,往往欠固结,不具备施工的条件。现有吹填土的处理办法从技术思路和加固机理上区分可分为排水静力固结法和排水动力固结法[4],对于大面积的新近吹填形成的场地,方法核心无非就是“排水”和“固结”,前者为条件,后者为目的和结果。本项目场地原为养殖场水塘及河道,塘埂、便道及河岸的地面原始自然标高在4.29m~5.07m,利用水力通过输砂管冲填江沙至预定标高再进行强夯,吹填完成后高程在6.20m左右,形成的大面积吹填土,属于饱和黏性土,土体含水量高,地表承载力极低,若采取纯动力固结的方式,极易出现“橡皮土”。经技术研究讨论决定,在此吹填完成场地上进行工程桩施工及基坑围护施工,基坑支护形式采用高压旋喷桩、复合土钉墙结合深井降水的支护方案。为增加抽水压力,加强降水效果,采用自流深井降水,基坑开挖前基坑内地下水位须降至坑底以下1m。同时保证基坑超挖处的水位也降至坑底0.5m以下。项目于后期选取18个点对处理后地基进行浅层平板荷载试验,部分试验数据见图2,据试验数据分析,地基承载力特征值为180kPa,符合强度要求。

  3本工程基坑特点及重点、难点

  1)本工程基坑开挖面积巨大,达1.5万m2,根据基坑围护设计,放坡起始边线非常接近用地红线,基坑周边无道路及临时设施搭设场所。且基坑开挖深度较大,承台底开挖深度达5.8m~9.8m,属于深基坑开挖范畴,必须编制专项施工方案并经过专家论证后方可施工。2)控制高压旋喷桩的位置以及成桩质量,是本基坑安全的关键所在,应重点把控。对桩的位置和垂直度应严格控制,确保基坑工作面及围护安全。对高压旋喷桩的水泥含量控制应追踪记录每根桩的水泥使用量,不得少于规定要求。3)本工程开挖面积巨大,深井井点降水是本工程难点之一,需重点把控,对于降水点的布置应严格控制。土方开挖前一周,开始抽水,土方开挖期间未经设计人员同意不得停抽。同时应注意对降水点的保护,保证作业顺利进行。

  4深基坑支护方案设计与施工

  4.1深基坑方案设计

  根据场地工程地质条件及周围环境影响因素,综合考虑开挖深度和土层物性,并在确保安全可靠的基础上尽可能降低造价,参考相同类似工程情况的施工经验,按JGJ120—2012建筑基坑支护技术规程执行,基坑安全等级为Ⅱ级,重要性系数为1,离基坑6m范围以内不允许堆载设计值大于15kPa的施工荷载。对基坑支护受力变形与稳定分析,采用理正深基坑支护结构设计软件分析;计算每一工况稳定安全系数不小于1.35。经计算确定采用土钉墙结合深井降水的支护方案。本工程垃圾坑区域基坑开挖平面为16700m2,开挖深度约为7.6m,开挖土方约13万m3,规模大,基坑平面示意图如图3所示。

  4.2高压旋喷桩施工

  高压旋喷桩施工工序如下:测量定位→钻机就位、钻孔→插管→高压旋喷注浆、提升→废弃浆液处理→冲洗机具。本工程锅炉基础及渗滤液收集池周边最深处达-10.1m,采用高压旋喷桩(600@450)内外两排进行加固,外排48×3钢管,长6m,间距900mm,外排48×3钢管,长6m,间距1000mm,并设置直径10的泄浆孔。高压旋喷桩起到挡墙作用,旋喷桩技术采用二重管法,即将二重注浆管钻进到土层的预定深度后,通过在管底部侧面的一个同轴双重喷嘴,同时喷射出高压浆液和空气两种介质的喷射流冲击破坏土体。施工控制参数控制如下:浆液压力25MPa,空气压力0.7MPa,提升速度10cm/min,旋转速度10r/min,浆液流量100L/min,水灰比0.8。旋喷桩成桩均匀、持续、无缩径和断层,提升喷浆过程中严禁断浆,特殊情况造成断浆应重新成桩施工,垂直偏差不大于0.5%,水泥土养护时间28d,无侧限抗压强度大于2.0MPa,渗透系数小于10cm/s。

  4.3复合土钉墙施工

  复合土钉墙是将土钉墙与一种或几种单项支护技术有机组合成的复合支护体系,它的构成要素主要有土钉、预应力锚杆、截水帷幕、微型桩、挂网喷射混凝土面层、原位土体等[5]。锚管施工根据挖土阶段分层进行,施工流程见图4,采用自进式注浆钻进锚管的施工方法,先安装锚管,然后注浆,注浆完成7d后,将护面混凝土的面层钢筋网与锚头焊接牢固后,进行护面混凝土的施工。通过复合体系的有机组合,使土体形成了整体,保证了支护结构的整体稳定性,弥补了土体抗拉、抗剪强度低的弱点,施工中应注意以下要点:1)锚管连接采用套筒接头,钢管外径48mm,壁厚为3.0mm,钢管从离基坑壁2.50m开始沿管长方向每隔500mm转90°钻28注浆孔,钢管前端封闭,注浆利用钢管进行。2)土钉孔位允许偏差不大于150mm;倾角误差不大于2°;钢管设置完毕后,采用42.5复合水泥浆注浆,水灰比0.45。注浆压力控制不小于0.5MPa,每米注浆量不小于25kg,水泥浆应拌和均匀,做到随拌随用,一次拌和的水泥浆在初凝前用完。3)坡面喷混凝土,喷射混凝土厚度100mm,强度等级为C20,可按下列配合比:水泥∶石子∶砂=1∶2∶1.5,石子粒径为5mm~12mm,雨季加2%~5%速凝剂。钢筋网为6.5@200×200。泄水孔采用60PVC管,竖向及横向间距均为2.5m,梅花形布置,倾角15°,孔后需设滤网。

  4.4基坑降排水措施

  基坑内部及外侧均采用深井进行降水,降水施工应于开挖前10d左右进行,基坑开挖前基坑内地下水位须降至坑底以下1m,同时加强水位监测情况,及时对方案进行适当调整。自流深井工序如下:测放井位→挖泥浆池→安装钻机及成孔→清孔换浆→下井管→填加工砂→井口封闭→洗井→安泵调试→排水。由于现场场地周边环境空阔,对此,采取加强数据监测措施,保证深井降水对周围环境的影响,具体措施如下:1)降水运行开始阶段是降水工程的关键阶段,为保证在开挖时及时将地下水降至开挖面以下,因此在洗井过程中,洗完一口井即投入一口,尽可能提前抽水。2)降水的设备在施工前及时做好调试工作,安装前应对泵本身和控制系统作一次全面细致的检查,检验泥浆泵的旋转方向,各部螺栓是否拧紧,润滑油是否足,电缆接头的封口有无松动,电缆线有无破损等情况,然后在地面转1min左右,如无问题,方可投入使用。泥浆泵、电缆及接头应有可靠绝缘,每台泵应配置一个控制开关。安装完毕应进行试抽水,确保降水设备在降水运行阶段运转正常。3)工地现场要备足水泵,数量多于降水井数5台~10台。使用的泥浆泵要做好日常保养工作,发现坏泵应立即修复,无法修复的应及时更换。4)在基坑四周设置12个集水沉淀池,采用2m×4m×2m的集水沉淀池箱(钢板焊制地埋),在基坑顶部四周设置300×300排水沟(在地面硬化时混凝土现浇),并将排水沟与集水沉淀池连通,降水井内抽出的地下水先排入排水沟,再排入集水沉淀池,经沉淀池沉淀后再排入周边市政下水管网。5)降水过程中由专人指挥,对现场降水工作做好周密安排,轮流值班监护,巡查及观测记录每天的降水水位标高。及时掌握地下水位情况,保障基坑土方施工的顺利进行。

  4.5挖土方案

  项目充分利用BIM技术的特性,对施工全过程进行跟踪管控。前期方案设计阶段,基于协调平台与无人机扫描技术(见图5),对场地进行合理规划。图5BIM+无人机技术图基坑区域基于本基坑的规模及现场施工条件综合考虑,以池体膨胀加强带为界,分为两个施工段(如图6所示)进行开挖,出渣坑面积4700m2(Ⅲ区)为一施工段,垃圾坑挖土面积约为10000m2(Ⅰ区、Ⅱ区)为另一施工段。整个开挖过程按三个阶段进行,第一阶段挖土至标高-3.0m,PC250反铲挖掘机投入8辆,自卸汽车投入20辆;第二阶段挖土至设计基底标高上面300mm处,第三阶段为人工修整。

  5监测成果

  本工程基坑监测工作始于2019年6月29日,止于2019年10月21日地下室底板浇筑完成,且地下水稳定。施工期间进行了基坑深层土体水平位移和基坑地下水位及周边建筑物不均匀沉降监测。检测点位见图7,基坑变形的监控值见表2。根据施工期间及施工后监测数据统计,观测井累计水平位移值最大为16.2mm,水平位移速率变化最大情况为1.5mm/d,均符合《建筑基坑监测规范》要求值,基坑周边道路、建筑物、管道均未受施工影响,该工程的设计与施工取得了成功。6结语针对滨海地区吹填土的特性,采取了一系列的施工技术措施,通过完善的支护施工技术措施,及时制定补充方案,并结合BIM技术,弥补支护设计与支护施工之间的沟通缺陷,减少了基坑支护结构的变形。从反馈的监测数据来看,基坑整体开挖过程中变形情况良好,为吹填地基采取深基坑支护施工提供可靠的经验。

  《吹填土地基深基坑支护施工技术》来源:《山西建筑》,作者:陈永杰

文章标题:吹填土地基深基坑支护施工技术

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