大型深基坑多道支撑下土方开挖施工技术.pdf

'大型深基坑罗．遣文撑下土开挖施工技术褚剑鸣(上海外经工程咨询监理有限公司，上海200125)【摘要】通过工程实例，阐述了在深大基坑多道支撑下的土方开挖过程中选择不同的施工技术，对挖土进程、经济效益的影响也不同。根据工程特点有针对性地设置栈桥和辅助通道，可使基坑土方施工达到快速、安全、经济实惠的效果。【关键词】基坑围护；土方开挖；栈桥设置；出土坡道【中图分类号】TU941【文献标识码】B1工程概况‘2基坑围护及水平支撑体系设计该工程位于新城区中心地区，施工场地较为狭小，围护(1)本工程围护结构采用钻孔灌注桩挡土+三轴水泥搅体外边线东侧距围墙1．3～1．4m、南侧距围墙为1．1～4．0拌桩,／,moo@750mm止水，内置三道钢筋混凝土水平支撑和m、北侧距围墙1．2—1．7m、西侧距围墙约1．1m。项目总用一道钢管66o9X16斜撑。围护桩采用币1100mm和l150地面积28893m，总建筑面积约为162270131，其中地上17mm的钻孔灌注桩。支撑体系的布置以对撑为主，辅以角撑层为90413m，地下3层为71857ITI，最高高度为99．9m。和边桁架的形式。由一幢办公楼、一幢酒店公寓楼和商业裙房组成。(2)第一道冠梁(中心标高为一1．100m)和第二道钢筋本工程基坑近似矩形，长边约为273m，短边约为96m，混凝土支撑(中心标高为一4．000m)中的一道支撑梁与基坑面积约为2．6万m。大部分土方开挖深度为16．60m，09X16钢管斜撑组成斜向桁架支撑；斜撑和第二道支撑办公楼部分开挖深度l7．90m，公寓部分开挖深度l8．00m，均位于地下室顶板和地下室一层楼板之间；第三道支撑中心总开挖土方量约50X10m。基坑开挖深度涉及第④层淤标高为一9．400m，位于地下室一层楼板和地下室二层楼板泥质黏土，第⑤层粉质黏土中。拟建场地地下水类型有浅部之间；第四道支撑中心标高为一13．800in，位于地下室二层土层中的潜水和深部土层(第⑦、⑨层)中的承压水。浅部土楼板和地下室底板之间。层中的潜水主要补给来源为大气降水及地表径流。地下水3土方开挖与栈桥布置的难点埋深按50cm考虑。基坑深部土层中第一承压含水层主要存在于第⑦层中。第⑦层承压水水头埋深呈年周期性变化，(1)本工程由于基坑面积大而深，水平支撑道数多，周边没有场地，采用经济合理的栈桥和出土路线成为本次挖土成幅度为3．0～11．0m。故除对地表水和潜水进行抽水以外，功与否的关键。还必须对承压水进行泄压。场地土层土质情况见表l。表1场地土层物理力学性质(2)在设计栈桥作为挖土通道的同时，还要综合考虑栈桥兼作基坑混凝土浇筑停车位、钢筋堆放配料场地时的合理层土名层厚含水量渗透系数序h(m)(％)(cm／s)性和科学性。①I杂填土1．28(3)由大量工程实践可知。，土方车直接进入基坑内装土②黏土1．4234．9K=1．40E一07Kh=3．77E一07进行开挖是加快挖土进程最有效的施工方法。因此在布置③淤泥质粉质1栈桥和出土路线时，有条件的情况下应首先选用此方法。黏土．543．2K=8．76E一07Kh=7．61E—O6(4)对于本工程而言，采用土方车直接进入基坑内大开③砂质粉土1．63】．7K=1．40E一07Kh=4．69E一04挖还是按常规设置栈桥，或者二者进行组合利用，需要权衡③淤泥质粉质2743．2K=8．76E一07Kh=7．61E一06黏土．利弊、综合考虑各方面因素才能作出决策。④淤泥质黏土9．2650．7K=1．08E一07Kh=2．24E一074挖土施工流程⑤粉质黏土5．8936．1K：6．12E一07Kh：1．23E一06根据支撑的竖向布置情况，本工程土方分5层进行开⑥-粉质黏土3．5924．1K：1．64E一07Kh=6．48E一07⑦黏质粉土夹l—l粉质黏土1．631．7K：3．43E一05Kh=7．93E一05[收稿日期]2009—05—05⑦砂质粉土夹l一2粉砂7．6332．4K=2．30E一04Kh：5．18E一04[作者简介]褚剑鸣(1963～)，男，大学本科，工程师，国家注册监理工程师，国家一级注册建造师。234四川建筑第29卷4期2009．08 挖。施工流程为：围护桩边土方开挖，凿围护桩，围护外硬地坪施工，进行井点布置抽水一第一道围檩施工一第一层土方开挖(挖土标高一0．70一一4．40m)一第二道钢筋混凝土支撑施工一第一道支撑中钢管斜撑施工一第二层土方开挖(挖土标高一4．4O一一9．80m)一第三道钢筋混凝土支撑施工一第三层土方开挖(挖土标高一9．80～l4．20m)一+第四道钢筋混凝土施工一第四层土方开挖(挖土标高一14．20一一17．30m)一垫层底标高一17．30m处的垫层施工一第五层超深部分土方开挖(挖至标高一18．60m一一l8．70m)一超深部分垫层施工。5分层挖运土方案的优选5．1出土坡道△=△(1)第一层开挖深度为3．70m，土方量约95100n"l。采图1栈桥及出土坡道布置用大开挖形式进行挖土，土方车停在挖机后直接装车外运。缘的土方垂直挖起装至运土车外运(图2、图3)。此栈桥设这也是大量浅基坑工程通常采用的方法。置特点：(2)第二层土方开挖深度为5．40m，土方量约139000m。本次开挖采用在基坑内(从自然地坪至第二道支撑面)设置出土坡道、土方车直接进入基坑内装土的方法进行，以加快挖土进程。出土坡道设计宽度为12m，坡度为1：8～1：10，两侧成45。斜坡，采用建筑垃圾铺设，上辅车道板，车道板上焊接防滑钢筋。土方车行驶至挖机后土方装车外运。5．2栈桥布置优选第四层、第五层土方开挖深度为4．5m，土方量约88300。m。由于深度较深，无法采用大开挖形式进行挖土，只能采图2常规栈桥平面布置用设置栈桥的方法来开挖。开挖时采用坑内小挖机挖土并驳至栈桥边沿的堆土坑内，由长臂挖机停在栈桥上垂直挖起；_-1]r_I；If鼙桥(后期兼作钢筋操作装车外运。第三层土方开挖深度为4．40m，土方量约118700m。占孔灌l【l泵车停车位)1I；I一14．20—14．20．=!r—由此可见，第三层土方开挖方法是决定栈桥布置的关键。为保证安全、快速挖土，笔者对以下两种布置方式进行分析，并i童立拄程立柱桩识柱桩；f进行优选。l．-5．2．1按照大开挖思路设置栈桥及出土坡道为实现第三层土方大开挖，在第二道支撑上沿纬一路一侧设置一座纵向栈桥，第二一第三道支撑间设运土坡道，土图3第三层挖土工况方车由栈桥沿运上坡道开至第三道支撑面层挖土机停机位置，由挖土机挖土装车(图1)。此栈桥设置特点：(1)无需处理运土车的施工便道，运土车进出基地方便、(1)坡道设置困难(即需在第三道支撑面至第二道支撑省时。面之间修筑出一条运土坡道)，下卧层为淤泥质土，需提前对(2)三座栈桥上可大规模的运用挖土机械。淤泥质土进行加固处理。(3)平行出土，增加挖土作业面。(2)形成运土坡道的大量(1X10一2X10m)建筑垃圾5．2．3采用常规栈桥的优点的重复挖运。根据挖土成本核算及施工现场实际情况，对栈桥布置两(3)形成大开挖的形式，出土快速。种方案进行分析研究，其比较分析如下。5．2．2按常规方法设置栈桥(1)采用常规栈桥，无需大量的人力将建筑垃圾装人麻为确保出土安全、快速进行，在第二道支撑系统中利用袋、叠成坡道，无需对坡道下的下卧层基土进行加固处理。三道对撑设置三座栈桥(沿东西向)，作为第二道支撑下土方可节约费用约250万元。的出土平台。同时在第一～第二道支撑问设置钢筋混凝土(2)建筑垃圾堆筑坡道，运土车行驶很不安全。辅助栈桥，运土车直接从纬一路经辅助栈桥倒入至栈桥，开(3)采用常规栈桥兼作堆料平台，减小了坑边向坑内短至长臂挖机停机位置，由长臂挖机将坑内挖机接驳至栈桥边驳的距离，相应地减少塔吊设置数量(下转第237页)·四川建筑第29卷4期2009．08235 瓣韵潦鸯测鼙螭情况，预防管道阻塞；及时发现搅拌钻头和水泥土同步旋转块(每根3个)，同时在每一施工点留3个试样，做90d无侧的“抱球”现象，改进叶片角度，防止搅拌不良；检查检测仪器限抗压强度试验。钻孔取芯法检测可以直接掌握桩体的质设备的工作状况是否正常。量情况，通过试验得知抗压强度，但操作中必须注意：(6)认真作好各项记录工作，特别注意各项技术参数(I)为反映桩体的实际强度，钻孔宜打在桩体半径的2／5的变化，以便控制施工质量。处。(2)防止操作不当，钻杆偏斜，造成斜孔，导致取芯失败。3监测仪器控制(3)若取不到完整的芯样，可借助标贯试验判断其强度。3．1人为造成的缺陷但只能作为少量的弥补措施。水泥搅拌机是由人工操作，在很大程度上只能凭施工人5结束语员的经验施工，主观随意性大，因而难免产生一些问题，如：(1)喷浆不均匀。地质土层强度不一，土质相对较好水泥搅拌桩处理软基是近来发展应用的一项技术，具有时，强度相对较高，下钻阻力较大而导致钻进速度较缓，喷浆搅拌均匀、计量容易控制，外加剂掺入方便、噪音小、无污染、量较多；反之，发生喷浆量过少，重复喷浆时部分桩体无浆可节约成本等优点，尤其适用于施工期短、层数不高、荷载不大喷。的工程。实践证明，水泥搅拌桩加固处理软基后，可提高地(2)强度不均匀。由于喷浆不均匀，产生过喷、少喷、缺基承载力，减少沉降和沉降差异，提高工程质量。水泥搅拌喷的情况，造成桩身各部位强度不均匀，达不到设计要求。桩是隐蔽工程，必须实行源头、过程、成品三阶段控制，做到针对不同的土质情况，完全依靠操作人员来调整每米的分阶段、分层次、全过程、全方位控制，才能确保施工质量。喷浆量及钻进速度，以改变上述情况，难度很大。(1)成桩试验是基础，是依据，这是源头控制。3．2监测仪器控制(2)施工和仪器监测是过程控制，合理的工艺应有先进采用s1a型水泥土搅拌桩浆量监测记录仪进行监测控的仪器监测来保证，从而达到控制全过程的目的。制。仪器上安装有打印机、参数设置数码开关和显示器。采(3)试验检测是成品控制，检测成桩的质量是否符合设用传感器集深度和流量信号，并转化成数字，通过微机进行计，验证软土地基加固处理效果，这是最终目的。处理，通过显示器反映出水泥搅拌桩的施工全过程，同时打钻孔取芯法虽简易可行，但取芯会造成桩体扰动破坏，印相关数据和成桩曲线。导致桩体强度和承载力下降，建议降低抽检率。为使水泥搅(1)该仪器以0．1m作为深度单位来控制浆量，连续性拌桩的质量控制更具科学性和实用性，应研发更先进的检测好，分布均匀，且同一深度多次的喷浆量可以自行累加。仪器和方法，如自动化的施工、监测仪器，桩体的无损检测法(2)该仪器能通过数据、光柱、声光报警等信号来提示操等。作人员适时调整操作，从而有效地保证施工工艺的实施。本工程单桩竖向承载力特征值通过现场载荷试验，达到(3)仪器能自动测量、记录喷浆量和钻进速度，并打印相110kPa，符合设计要求。现已竣工三年，最终建筑物沉降最关数据和成桩曲线，无人为修改，确保了搅拌桩的施工质量。大值22mm，沉降基本均匀。各项指标均满足设计要求。4试验检测控制参考文献成桩28d后，采用钻孔取芯法检测，抽检率2％。检测桩体的完整性、搅拌均匀程度及桩的施工长度，无侧限抗压[1]GB50007—2002建筑地基基础设计规范[S]．强度是否满足设计。取样位置为桩头、桩身和桩底各取一试[2]浙江省标准DB33／1001—2003建筑地基基础设计规范[s]．址．毒．；|L．j止．1止．sIL．S．{止．址．；屯．‘IL．毒．‘．；IL．‘IL．jIL‘也．‘止．．SL址舢．{止．址．址．址．喜屯．址．址．址．址舢．址．L．址．；lL．址．‘止．址SIL．sIL．址(上接第235页)(减少2台)，节约费用约100万元。分缓解现场用地紧张的现状，显示出极大的综合经济效益。(4)钢筋堆放无需另行设置平台，充分利用了栈桥的空故本次土方工程采用了第一、第二层大开挖，第三～第五层间，可节约费用约40万元。利用栈桥出土的组合式挖土方案，达到既经济、快速、安全出(5)采用常规栈桥，基础混凝土浇筑无需采用固定泵，直土的目的。接用汽车泵均可浇筑到位，缩短了浇筑时间，节约了机械租赁费用。参考文献6结束语[1]叶书鳞，叶观宝．地基处理[M]．中国建筑工业出版社1997．由此可见，在基坑第二道支撑上东西向设置三座独立栈[2]赵志缙，应惠清．简明基坑工程设计施工手册[M]．中国建筑工桥具有相当的安全性、科学性，同时此栈桥可作为第二道支业出版社，2002．撑下方基础混凝土浇筑停车平台、钢筋堆放配料场地等，充四川建筑第29卷4期2009．08237'