上海深基坑底板替换土层支撑护坡桩施工工法

'深基坑底板替换土层支撑护坡桩施工工法江苏**三建集团有限公司1、前言在上海等城市施工过程中，大部分建筑地处狭窄的城区，周边建筑物多，道路多，基础埋置深度内土层和地基土大部分为杂填土、淤泥质土等不良地质土，一般采用水平网格砼梁支撑钻孔灌注桩的方法，进行土方和基础施工。这种施工方法土方机械施工难，施工工期长，投入大，施工工艺复杂，且护坡桩腹部易移位。针对上述情况，我公司经过咨询，反复研讨，对于埋深小于7m的深基础，在传统深层搅拌水泥土围护墙基础上，总结出一个施工工艺简单，方便土方、基础施工，护坡稳定可靠，施工速度快的施工方法《深基坑底板替换土层支撑护坡桩施工工法》，有效的控制基础开挖过程中桩身和土体位移。2.工法特点2.1使用本工法工艺简单，无须内支撑，便于机械化快速挖土，节约工期，工程造价相对较低，具有良好的经济效益；2.2施工中，速度快，无振动，噪音小，污染少。2.3依靠本身自重和刚度保护坑壁，具有挡土、止水双重功能。2.4在搅拌桩中插入型钢，增加了围护刚度，确保了基坑安全，减少了桩身和土体位移。3.适用范围本工法适用于挖土深度在7m以内的，有阀板基础的，基坑支护和土方开挖及基础施工。 4.工艺原理4.1基坑采用水泥土搅拌桩重力式挡土墙围护，因场地条件限制，坝体宽度不足时，为避免引起较大位移，设计在坝体内插型钢和钢管，坑底被动区加宽坝体。4.2增加围护桩及坝体的埋入深度，坝体内的型钢插入深度加深，增强围护桩和坝体的抗弯强度和刚度，基坑内侧坑底以下加设双轴水泥土搅拌桩，控制住桩根部的位移。另外，在底板的支撑下，控制住桩上部位移。4.3劲性围护桩及坝体深插入地基中，分区作业底板逐渐替代土层支撑住坑底部位围护桩及坝体的腰部。围护柱及坝体利用自身足够的强度和刚度，挡住基坑周边土的侧压力。5.施工工艺流程及操作要点5.1工艺流程5.2操作要点工程总用地面积10718m2，总建筑面积约34602m2，其中地上建筑面积约25296m2，地下建筑面积约9306m2 ，层高为4-6层的综合楼，其西半部为文化中心，东半部剧院。整个建筑设一层地下室，地下室局部外扩，在场地内形成统一的地下车库。基础形式采用桩承台加筏板基础形式，桩基采用PHC桩。地下车库底板面高为-5.6m，底板厚度为800mm，素砼垫层为100mm，故基础开挖深度为6.5m。基坑开挖面积为8166m2，周边延长米为371m。5.2.1地质勘探场地内稳定地下水位埋深为0.95-1.15m，潜水位埋深一般在地面下0.3-1.5m，常年平均地下水埋深一般为0.5-0.7m，且地下障碍物多，管涌与流砂多，软弱土层厚度大，场地内第④层层厚较大，属于高压缩性土，具有含水量高，空隙比大，压缩模量小等特点，呈饱和流塑状态。这几层土抗剪强度低，灵敏度中到高，具有触变性和流变性特点，是上海地区最为软弱的土层，同时也是导致基坑围护体变形、内力增大的土层。场地的工程地质条件及基坑围护设计参数如下表1所示。表1土层物理力学性质综合成果表土层编号土层层厚h(m)重度r(kN/m3)j(°)C(kPa)渗透系数建议值K(cm/sec)①杂填土1.98②粉质粘土1.6918.715173.0E-6③砂质粉土2.6718.927.579.0E-4④淤泥质粘土11.8017.09112.0E-6⑤粉质粘土7.7617.918165.2.2测量放线工程测量定位采用高精度全站仪1套，经纬仪1台，水准仪1台。首先建立平面高程测量控制网，根据业主提供的红线界桩点及城市坐标控制点，采用全站仪在场内布设临时平面测量控制点（轴线控制点），并做好测量控制点的埋设工作。依据测绘院提供的TP1 基准水准点，用精密水准仪测量出所有高程点的高程。其次是进行测量放样与复核，直接用全站仪放样出建筑主轴和坐标轴线的平行辅助线，并做好控制桩。放样完成后必须进行复核测量，复核时根据业主提供的坐标和理论值相比较。再次是高程引测，依据高程控制网中的高程控制点，依就近的原则进行高程引测。在基坑开挖后采用钢尺悬垂法把高程引测到基坑下面，做好相对高程的明显而稳定的标志，作为挖土、抄平的依据。挖土完成，对挖土高程面进行复测，然后才能进行垫层施工。5.2.3地下室围护桩设计与施工5.2.3.1地下室围护桩的设计计算。本工程以1-1剖面为例，基础开挖深度为5.6m，采用厚度为4.7m的搅拌桩围护结构，桩长为13.1m，计算时考虑地面超载20Kpa，计算简图如下：主要计算结果计算结果汇总表1-1剖面开挖5.6m地面超载20kN/m24.7m宽水泥土搅拌桩重力式挡墙整体稳定安全系数1.2抗倾覆安全系数1.25抗滑移安全系数1.05抗隆起安全系数1.46 5.2.3.2地下室围护桩施工1）水泥土搅拌桩施工考虑到对周边环境的影响以及基坑开挖深度，工程采用水泥土搅拌桩重力式挡土墙围护结构。（1．）基坑西侧、北侧开挖区域和南侧靠近灵石路开挖区域（1-1剖面）如图所示， 基坑开挖深度5.6m，采用4.7m宽水泥搅拌桩重力式坝体挡土兼止水，局部内插H488×300×11× 18@1000型钢，型钢长度为15m。靠近基坑两排搅拌桩插入深度为9.5m，桩长为15.1m，外侧搅拌桩插入深度7.5m，桩长为13.1m。坑内侧坑底以下加3.7-4.2m宽双轴水泥搅拌桩，水泥搅拌桩水泥掺量为13%。（⒉）基坑南侧靠近灵石路（局部）开挖区域（2-2剖面）如图所示， 开挖深度5.6m，由于场地限制，坑外侧采用3.7~4.2m宽水泥搅拌桩重力式坝体挡土兼止水，局部内插H488×300×11×18@1000型钢，型钢长度为15m。基坑内侧坑底以下加设2m宽双轴水泥土搅拌桩，桩顶标高为-6.5m，桩底标高为-14.00m，桩长7.5m。坑外侧坝体靠近基坑内侧两排搅拌桩插入深度为9.5m，桩长15.1m，外侧搅拌桩插入为7.5m，桩长为13.1m，水泥搅拌桩水泥掺量为13%。（3）基坑东侧靠近平型关路开挖区域（3-3剖面）如图所示， 开挖深度5.6m，由于场地限制，坑外侧采用3.7m的宽水泥搅拌桩重力式坝体挡土兼止水，内插H488×300×11×18@1000型钢，型钢长度为15m。坑内侧坑底以下加设2m宽双轴水泥土搅拌桩，桩顶标高为-6.50m，桩底标高为-14.00m，桩长7.5m。坑外侧坝体靠近基坑内侧两排搅拌桩插入深度为9.5m，桩长15.1m，外侧搅拌桩插入为7.5m，桩长为13.1m。水泥搅拌桩水泥掺量为13%。（⒋）施工工艺主要为“二喷三搅”。2）内插H型钢施工在插入型钢的部位需两侧铺设导向定型型钢，按设计要求在导向定位型钢上做出钻孔位置和插H型钢位置的记号。操作人员根据确定的位置严格控制钻机桩架的移动，确保钻孔轴心就位不偏，同时控制钻孔下钻深度的达标，利用钻杆和钻架相对错位的原理，在钻架上做出钻孔深度的标尺线，严格控制下钻、提升的速度和深度。在钻孔的水泥土充分搅拌均匀后，初凝硬化之前，采用吊装机械将定尺的H型钢吊起，插入指定位置，用12吨吊车吊着振动垂夹着H型钢往下插到设计规定深度。然后进行换钓法，使H型钢脱离吊钩，固定在沟槽两侧铺设的定位型钢上直至孔内水泥土凝固。待地下室结构完成并达到设计强度后，采用专用夹具及千斤顶，起拔回收H型钢。3轻型井点降水 工程自然地面标高-0.9米，降水至-7.6米，共设计16套轻型井点降水，其中外围7套，基坑内9套。设计总管φ75mm，井点管φ48mm，滤水管长度1.10m，井点管间距1.20-1.50m，考虑总管标高-1.1米，滤水管顶面标高为-7.9米进行降水。降水深度在开挖面以下0.5-1.0m，在基坑施工期间在坑内设置观察井，测量水位变化情况。5.2.4土方施工1）工程土方量约为5000m3，开挖面积较大，为进一步控制基坑开挖过程的水平位移，施工中应有效利用时空效应的规律，以基础后浇带为分界线，划分A、B、C三区，分区分块，分二层进行挖土。挖土方向为由北向南，由西向东。挖土施工流程为：基坑降水→基坑挖土→垫层底板施工。2）采用1m3挖土机4台，土方车若干辆配合。挖土机将桩位上面土方挖出，以后采用人工挖土，挖出的土方直接运出施工现场。3）机械挖土标高控制在设计标高以上200mm处，余下土方用人工修平至坑底标高，标高误差和平整度均严格按规范标准执行。4）坑内设置排水沟，及时排出雨水，严禁在坑边挖沟。5）在基坑开挖期间，每天观测围护桩顶水平位移和沉降，若水平垂直位移连续三天大于3mm/d或累计大于30mm，及时与设计院等有关部门联系进行处理。5.2.5垫层施工 1）砼垫层采用随挖随浇，垫层必须在挖至基底后24小时内浇筑完毕，垫层浇筑至护坡桩。2）垫层施工方向根据挖土顺序为：A区→B区→C区。3）垫层要与坑底内侧的水泥土搅拌桩紧密结合，形成整体。5.2.6底板施工1）由于A区土方已开挖，A区三面坝体将受到土压力作用，为此加快80cm厚底板施工进度，支撑护坡桩及坝体的上部结构，控制护坡桩水平位移。2）增加钢筋绑扎、支模、浇筑砼作业班组。加速浇筑底板混凝土，底板外侧和护坡桩之间空隙用素混凝土浇筑，替换土层支撑护坡桩。3）在A区底板施工完，B区进行机械挖土。4）同理，B区土方挖至基底应立即浇筑混凝土垫层，进行底板施工。替换土层支撑护坡桩，最后进行C区挖土。6.设备与材料6.1深层水泥搅拌桩机SJB-2型6台。6.2水泥采用普通硅酸盐水泥42.5级，水泥掺量为13%，水泥浆水灰比为0.5。6.3钢管为φ48×3.5mm，H型钢型号为H488×300×11×18。6.4汽车吊规格12T，数量1台。6.5水准仪S3，经纬仪T2、T6，全站仪。6.6挖土机4台，土方车辆若干辆。7.质量控制 7.1围护桩须在工程桩打桩引起的超静孔隙水压力消散后，再开始施工。7.2双轴水泥搅拌桩的施工应严格遵循“两喷三搅”的操作流程，水泥土搅拌桩应连续施工，搭接长度不小于200mm，搭接相邻桩间歇不得超过10小时。7.3喷浆搅拌时钻头提升（下沉）速度不宜大于0.5m/min，使原状土充分破碎有利于水泥浆与土均匀拌和，桩位偏差不大于50mm，垂直偏差不大于1%。7.4施工中对浆液的配合比和水灰比以及各种材料质量，如水泥、钢管、型钢，进行严格的质量控制，水泥浆水灰比为0.45，水泥掺量为13%。7.5待双轴水泥搅拌桩强度达到1.0MPa，龄期达到28天后，方可进行土方开挖。7.6土方开挖应分段分层，留土护壁，落深区后挖，将基坑开挖造成的周围设施的变形控制在允许的范围内。7.7砼垫层应随挖随浇，垫层必须在挖土后24小时内浇筑完成。7.8机械进出的通道应铺设路基箱扩散应力或局部加固地基。地面堆载应控制在10KN/m2以内。7.9在基坑开挖过程中，为确保把地下水位始终在基坑最低开挖面以下0.5~1m处，井点降水应保持连续抽水，应每天测报抽水量及坑内地下水位。中间区域井点管待挖土前根据后浇带划分位置分块拆除。 7.10除井点降水措施外，地面及基坑内应设排水设施，及时排除雨水和地面流水，坑内排水严禁在坑边挖排水沟。7.11加强观测围护桩的水平位移和沉降，做到一日一测。7.12底板砼必须控制浇筑速度，振捣密实，加强测温和养护，防止混凝土开裂。8.安全措施8.1应严格按照基坑围护设计工况进行施工，并加强施工过程中的监测，须做到一日一测。观测土方开挖过程中围护桩桩身和土体位移。8.2充分考虑可能产生的危险情况，如塌方、渗水及变形等。应作为重大危险源来控制，并制定针对性防治措施的应急预案。8.3搅拌桩施工区域应实行封闭式管理，进入现场的各类施工人员必须接受安全教育，服从指挥，严格按操作规程施工。8.4加强机电设备的维护管理，机电设备应有二级漏电保护。8.5工程实施前，把施工现场地下管线的详细情况和制定的管线保护措施向现场施工技术负责人、工地主管、班组长直至每一位操作工人作层层安全交底。8.6采用机械挖土时，挖土机间距应大于10m。8.7应尽量避免在基坑四周堆置土方、材料和设备。材料的堆放距坑边应有1m以上的距离。8.8运输道路应平整坚实，坡度和转弯半径应符合安全规定。 8.9深基坑上下应先挖好阶梯或设置靠梯，禁止踩踏支撑上下；坑的四周应设安全栏杆或悬挂危险标志；夜间施工确保足够亮度的夜间照明灯光。8.10施工过程中，如遇到暴雨或者六级以上的大风时，必须立即停止施工。必要时应立即采取必要的加固、稳固措施，确保施工安全。9.环境措施9.1每天安排专人清理清扫现场施工道路，渣土和施工垃圾及时外运。不得随意向外倾倒，或者运输过程中散落、飞扬到周围路上。9.2主要出入口设置车辆清洗车轮胎池，以保证施工泥浆不随车辆污染工程施工现场周围的环境和市政道路。9.3专人负责定期检查和清除排水沟内以及沉淀池中积存物。施工污水必须经过施工现场的三级污水沉淀池后方可排向周围市政排水管网。9.4施工现场水泥仓库等容易发生粉尘飞扬的地方，可用密目网进行适当的围挡，尽量减少粉尘飞扬到周围；每天对地面适当洒水，防止灰尘。10.效益分析10.1《深基坑底板替换土层支撑护坡桩施工工法》技术的应用，比传统做法相比,充份发挥施工机械的作用,加快施工进度,节省了大量的劳动力，有效提高劳动生产效率，节省了成本。10.2与传统做法相比减少了水平支撑和坚向钢支撑,节约了人民币６３万元. 10.3与传统做法相比,由于减少了水平支撑和坚向钢支撑,能充份发挥挖土、运土机械的施工性能,大大地提高了挖土机和运土车的效率,加快了施工进度，减少施工机械台班８０个，压缩工期２５天，节约费用３０万元。11.应用实例11．1崇明新城文化活动中心，框架四层，地下一层，建筑面积24914.36m2，地下建筑面积5430m2，基坑深度4.8m。2008年6月18日开工，2010年8月30日竣工。11．2崇明证照服务中心，框架四层，地下一层，建筑面积25292m2，地下室建筑面积5543m2，基坑深度4.9m，2008年11月8日开工，2010年6月30日竣工。11．3闸北区文化馆和大宁社区文化活动中心，2009年2月15日开工，2010年11月30日竣工。 '