围护结构钻孔灌注桩基坑开挖施工方案

'第五章基坑开挖施工5.1基坑开挖施工流程基坑开挖施工为地铁车站施工中一个最重要的工序，施工中按照施工规范及设计要求操作，在开挖过程中掌握好“分层、分步、对称、平衡、限时”五个要点，遵循“竖向分层、纵向分区分段、先支后挖”的施工原则。标准段开挖工艺流程见图5.1。安装第三道支撑开挖第四层土方安装第四道支撑施工混凝土垫层进入下一流水段施工挂网喷第四层桩间砼地基承载力要求地基处理并验收合格开挖第三层土方安装第二道支撑挂网喷第三层桩间砼施工准备开挖第二层土方挂网喷第二层桩间砼开挖第一层土方挂网喷第一层桩间砼安装第一道支撑开挖剩余土方挂网喷桩间砼不满足满足足图5.1标准断面基坑开挖流程图 5.1.1．施工方法基坑开挖从车站东端盾构接收井开始,作业面配置4台挖掘机开挖土方，人工配合清底。采用台阶接力式开挖，中部纵向拉槽，作为机械行走及出渣通道，两侧预留宽2米平台。具体就是第一层土方分为两个小层开挖,开挖第一小层土方时，将第二小层的中间部分土体挖除，两侧各留设一个工作平台，便于架设支撑、挂网喷锚，横向及纵向放坡坡度均不小于1：1，开挖第二层土方时，将第二层土方分为两个小层开挖,开挖第一小层时,将第二小层中间部分土体挖除.第三层及第四层土方开挖方法与第一层、第二层土方方法相似。每层土方开挖的分层高度根据各层钢支撑之间的竖向设计间距合理分层，除第一层外，其余各层开挖分层高度均不大于3m，纵向和横向放坡坡度不小于1：1。开挖方法详见图5.2基坑开挖纵向示意图、图5.3基坑开挖横向示意图、图5.4基坑开挖平面示意图。图5.2基坑开挖纵向示意图 图5.3基坑开挖横向示意图图5.4基坑开挖平面示意图5.1.2基坑开挖技术要点⑴土方开挖到各层钢管支撑设计标高下50cm，及时施作钢管支撑。 ⑵基坑开挖竖向分层、对称进行。⑶纵向放坡，在坡顶设置截水沟或挡水土堤，防止地表水冲刷坡面和基坑外积水流入坑内。基坑开挖后及时设置坑内排水沟和集水井，防止基坑内积水。⑷基坑纵横向放坡根据地质、环境条件取开挖时的安全坡度，要求不得陡于1：1。对暴露时间较长或可能受暴雨冲刷的纵坡采用钢丝网水泥喷浆等坡面保护措施，严防纵向滑坡。⑸土方开挖沿纵向的分幅坑底长度不超过24m；而在每开挖层中，每段长度一般不超过8m，竖向分层不超过3.0m。⑹基坑开挖至基底标高以上0.3m时，改用人工开挖至基底，通知业主、监理、设计及勘查单位进行基底验收，及时封底，尽量减少对基底土的扰动。⑺施工时严禁挖土机械碰撞支撑、立柱，严禁机械在支撑上行走，支撑表面不允许加荷载。⑻基坑开挖时应及时施作桩间网喷层，保证桩间土体稳定。开挖至基底后及时施作接地网。⑼加强基坑稳定的观察和监控量测工作，以便发现施工安全隐患，并通过监测反馈及时调整开挖程序。5.2网喷砼为了保持桩间土稳定，在基坑开挖过程中同步进行挂网喷砼支护施工。在桩身钻42钻孔，锚固剂锚入Φ20钢筋，单根长600mm，竖向间距1000mm，纵向间距1.5m短钢筋，与Φ20水平加强筋焊接牢固，挂Φ6.5@150×150mm钢筋网，喷射C20早强混凝土,对桩间土体进行封闭。⑴挂网喷砼施工工艺流程图挂网喷砼施工工艺流程图见图5.5。⑵桩间喷射混凝土支护施工随土方的开挖分步进行。采用自上而下、随挖随喷。⑶桩间支护技术要求试验室负责优选喷射混凝土的配合比与现场控制，喷射施工前先进行试喷，试喷合格后再投入喷射施工，并按规定制作检验试件。两次喷混凝土作业应留一定的时间间隔，为保证上下层喷射混凝土搭接质量 ，每层下部30cm暂不喷射，并做45°的斜面形状。桩间网喷混凝土施工必须及时，并与土方开挖同步进行，以防止桩间土垮塌。当基坑土方开挖完成后施工人员人工清理桩间土并进行挂网喷射混凝土施工。同时合理安排施工顺序，在挂网施工过程中完成喷锚料、喷锚机具的准备。土方开挖挂钢筋网钻眼、锚固短钢筋喷射混凝土养护进入下一循环喷射砼拌制钢筋进场检验钢筋网片加工桩间土体清理图5.5挂网喷砼施工工艺流程图每次喷混凝土完毕后，立即检查厚度，若厚度不够需进行补喷达到设计厚度。禁止将回弹料作为喷射料使用。5.3横撑支护钢管支撑架设是基坑开挖过程中一个极其重要的环节，它对维护基坑稳定、防止桩体位移变形有着极其重要的作用。1．支撑参数本站支撑系统由冠梁、钢支撑、钢围檩等组成。支撑采用Φ609（t=16mm）钢管支撑，钢围檩为2根I45c工字钢组合，钢管支撑之间用法兰盘、螺栓连接。标准段沿基坑竖向设置四道支撑，盾构井段设五道钢支撑。第一道支撑架设在冠梁上，其余各道支撑架设在钢围檩上，围檩通过三脚架用膨胀螺栓固定在围护桩上。基坑平面内采用横向水平支撑，端部、角部采用斜撑。第一道支撑标准间距5.2m，第二、三、四及第五道支撑标准间距2.6m，斜撑标准间距2.5～3.5m。支撑布置详见图5.6《百子湾站车站结构主体围护结构及支撑平面布置图》。 2．工艺流程工艺流程详见图5.7钢支撑安装流程图。施加预应力测量放线钢围檩安装面砂浆找平钢围檩、支撑安装钢支撑加工、拼装钢围檩加工图5.7钢支撑安装流程图3．钢支撑、围檩制作、安装⑴钢支撑、围檩制作钢支撑由一个固定端，一个活动端和中间段组成，采用厂家定制加工、现场安装，以适应断面宽度变化及斜撑长度要求。钢管支撑体系由钢管、钢围檩、三角撑托架及其附属构件组成。第一道支撑通过冠梁上的预埋件固定架设。第二道、第三道、第四道，第五道钢支撑通过钢围檩架设。钢管与围檩（或预埋件）的连接形式为：一端直接放置在钢围檩上的托架上，另一端钢管接上活络头，活络头与钢围檩中间用钢楔嵌固，钢管与预埋件的连接形式与钢管与钢围檩连接形式相同。⑵钢支撑、围檩安装①支撑拼装按现场测量的基坑宽度 ，准备好每根支撑钢管，如钢管长度需要接长时，在钢管接头处焊接上连接法兰盘，对接有法兰盘的钢管使用螺栓对角、分等分顺序拧紧，接长至设计长度，接长示意图见图5.8。拼装好的钢支撑应检查其平直度，两端中心连线的偏差度不大于20mm，经检查合格的钢支撑应按部位进行编号，以免用错。图5.8钢管接长示意图②钢围檩的安装钢围檩安装前用砂浆找平，保证钢围檩与围护桩密切接触。按设计施工图的布置间距，在围护桩结构上定出支撑中心点位，以中心的水平线为基准，准确画出支撑牛腿的位置，定出螺栓点位，在螺栓点位上使用手持电钻在围护桩上钻眼，打入膨胀螺栓。安装三角托架及斜拉筋上部固定角钢，紧靠桩身吊装钢围檩，放置在三角架上，最后安装1.3花篮螺丝并拉紧，详见图5.9钢围檩安装大样图。钢围檩安装要求连续、封闭，开挖期间，开挖长度与钢围檩安装长度相匹配，在整个基坑开挖完成后钢围檩同时封闭成环。在每两处土方开挖相接处按照钢围檩加工、安装图纸的要求将钢围檩焊接牢固。 图5.9钢围檩安装大样图③钢支撑的安装基坑竖向设置4道钢支撑，钢支撑在基坑外拼装成整根，采用龙门吊吊装就位。三角形支撑托架安装好后吊装φ609钢支撑置于牛腿上，一端与钢围檩（冠梁预埋钢板）顶紧后，一端用千斤顶及时对钢管施加预压力。当预压力满足设计要求后，在伸缩头间加钢楔，松下千斤顶，使钢管横向支撑于基坑两边的围护桩。第一道钢支撑与冠梁预埋钢板连接，钢支撑与冠梁预埋钢板连接可见图5.10直撑与冠梁节点大样图、图5.11冠梁与支撑斜角节点大样图。钢围檩与钢支撑的连接可见图5.12钢围檩与支撑斜角节点大样图、图5.13钢支撑安装施工图。 图5.10直撑与冠梁节点大样图图5.11冠梁与支撑斜角节点大样图 图5.12钢围檩与支撑斜角节点大样图 图5.13钢支撑安装施工图基坑支护结构的直撑及斜撑均在土方开挖至其设计位置后及时安装，具体安装方法为土方开挖至钢支撑设计标高下50cm时开始安装支撑，安装时要保证支撑与桩面、桩间喷护面垂直(斜支撑要严格按照设计角度安装)，并按设计要求对支撑施加预应力，顶紧后采用钢托架将钢支撑固定端头或活动端头分别固定牢固，防止支撑因桩体变形和施工撞击而脱落下坠。钢托架安装示意图见图5.14 图5.14钢托架安装示意图倒撑在墙体施工完毕并达到设计强度80%后进行安装，安装方法同支撑。对钢支撑施加预压力时，严格按照设计预加力执行。钢支撑施加预应力后，在土方开挖和施工内部结构施工时，严密监测围护结构变形情况，发现异常及时反馈信息并迅速采取措施。同时土方开挖和结构施工时，派专人负责监管支撑安全工作，坚决杜绝危害支撑安全事件的发生。⑷钢支撑拆除当主体结构底板及侧墙施工完一段，主体结构底板或楼板混凝土强度达到设计强度80%后，安设倒撑,拆除相应位置的第四道钢支撑。钢支撑拆除过程是钢支撑安装的逆向过程操作，结构底板段为了防止一次拆除钢支撑基坑应力突变，应采用间隔方式拆除钢支撑，按照1、3、5……的顺序进行此段的钢支撑拆除，拆除完此部分钢支撑后对此段基坑范围进行监控量测。对照钢支撑拆除前后的围护桩变形速率数据分析基坑稳定性。如围护桩水平变形速率小于规范、设计要求的2mm/d，按照间隔方式拆除2、4、6……位置的钢支撑，直至此段位置的钢支撑拆除完成。如基坑变形速率大于以上要求，待混凝土强度继续上升，并经第三方监控量测方、设计方分析数据后确定拆撑方案。依次施工站台层侧墙、站台层顶板后拆除第三道钢支撑，站厅层侧墙、中板后拆除第二道钢支撑；设备层侧墙，顶板后施工第一道钢支撑。每施工段砼施工完成并达到设计强度后，依次拆除相应位置的钢支撑，拆撑的顺序同第四道钢支撑拆除过程，直至全部完工。钢支撑拆除前使用龙门吊吊住钢支撑，采用两点吊装法使吊绳的中心与钢支撑的重心重合。拆除时所有钢支撑均利用千斤顶卸载抽出钢楔 后，就近整条放在相应的结构板上分节拆除，然后利用龙门吊或吊车吊出基坑进行循环利用。⑸钢支撑施工技术要点①为使桩、钢围檩、支撑结合紧密，并有效减少基坑外地层之沉陷及减少围护桩桩体的内向位移，支撑安设好后，向外施加预加轴力，施加值根据地表沉降及桩顶侧移适当调整，控制预加轴力最大值见表5.1：预加轴力根据施工监测情况分级施加，避免围护桩桩体发生向基坑外侧过大变形。②安装前，在地面按数量及质量要求及时配置支撑。焊管端头与法兰盘焊接处，法兰端面与轴线垂直偏差控制在1.5mm以内，支撑各节之间由螺栓连接，非标准长度按其实际情况确定中间节的组合模数钢管纵向对接焊缝及端部牛腿部分角焊缝为二级，其余均为Ⅲ级，支撑构架加工完毕后，先除锈，后涂两道红丹，一道面漆。安装时，钢围檩、端头、千斤顶各轴线要在同一平面上，两台千斤顶必须同步施加预应力。安装后，每根支撑的安装轴线偏心不大于20mm，法兰盘加工符合国标JB81-59要求。预加轴力最大值控制表表5.1第一道支撑第二道支撑第三道支撑第四道支撑第五道倒撑车站西端斜撑210KN420KN437.5KN451.5KN-标准段横撑150KN300KN311.5KN322KN-盾构段斜撑240KN475KN575KN615KN300KN③开挖中应及时测定支撑安装点，确保支撑端部中心位置误差控制在容许限值内。④钢围檩和围护桩接触面应垂直和平整。⑤所有钢支撑端部支托和连接构造都要能防止因碰撞而移动脱落。上部支撑采取可靠措施，防止因压力消减造成的支撑端部移动脱落。 ⑥车站端头井采用斜支撑，施作时必须小心谨慎，严格按设计要求加工制作和安装，支撑安装时必须确保支撑轴向受力，不产生偏心，以免支撑失稳。⑦支撑体系的拆除施工应特别注意以下两点：拆除应分级释放轴力，避免瞬间预加应力释放过大而导致结构局部变形、开裂。利用主体结构倒撑时，主体结构的底及侧墙混凝土强度应达到设计强度80%。⑧施工时加强监测，对支撑竖向挠曲变形在接近允许值时，必须及时采取措施，防止支撑挠曲变形过大，保证钢支撑受力稳定，确保基坑安全。5.4锚索施工樊家村站西端从K40+388.409～K40+422.409设置4.5m×30m两个轨排井，支护采用两道预应力锚索加一道钢支撑，锚索横向间距为1800mm,竖向间距为6921mm,共72根。锚索平面布置见方案后附图《4.1　支护结构平面布置图》和《5.22轨排井段剖面图》。第一道锚索采用两根φ15.2mm钢绞线，长度1700mm，倾角为20°。第二道锚索采用五根φ15.2mm钢绞线，长度2050mm，倾角为15°。锚具由锚环、夹片和承压板组成。混凝土钢围檩采用C40钢筋混凝土。5.4.1工艺流程工艺流程详见图5.23锚索施工流程图。5.4.2锚索的制作安装1.轨排井段开挖轨排井段开挖采用30m分层开挖，第一次开挖到第一排锚索孔位标高下1m时，停止开挖，进行第一排锚索支护施工。第二次开挖到第二排锚索孔位标高下1m时，停止开挖，进行第二排锚索支护施工。第三次6m一段分段开挖到钢支撑开挖面时，设置钢支撑。第四次开挖挖到基坑基底。锚索安装锚索质量检查锚索孔固壁注浆、扫孔锚索注浆张拉注浆体试件强度确认张拉系统率定外锚头保护预应力值观测施工结束不合格格钻机就位钻孔钻孔角度、孔径、倾角确定钻孔质量检查混凝土试件强度确认搭设脚手架锚索编制浇筑砼腰粱腰粱立模配筋并预埋钢套管、承压钢板钻孔位置确定 图5.23　锚索施工流程图2.钻孔⑴由于孔底标高在砂卵石地层中，锚索钻孔采用潜孔钻机风动冲击回转钻进工艺造孔。采用全站仪结合控制点坐标确定开孔位置，地质罗盘和倾角仪分别校正方位角和倾角。开孔后，给水回转钻进，送泥浆清出残渣。当钻至设计深度后，要检验孔底的岩芯残留，保证清孔质量降低沉渣。在成孔过程中，若出现泥浆漏失或涌水现象，必须用跟管钻进方法进行处理，直至上述现象消失为止。⑵开孔时应严格控制钻具的倾角及方位角，当钻进20cm-30cm后应校核角度，在钻进中及时测量孔斜及时纠偏，终孔孔轴偏差不得大于孔深的2%，方位角偏差不得大于3°。钻孔完成后，将孔内残留的废渣和积水冲洗干净。3.锚索的制作与安装⑴锚索的预应力钢绞线均采用符合ASTMA416-90a标准1860MPa的φ15.2mm高强度低松弛无粘结钢绞线。⑵设计长度相同的锚索，其钢绞线下料长度应相同，其长度误差不应大于±10mm，下料采用切割机，并彻底清洗钢绞线。 ⑶沿锚索长度方向安设隔离架，隔离架间距为2m，其间距允许偏差5cm；编束时，每根钢绞线必须平顺，不得发生扭曲、交叉和钢绞线污染、锈蚀现象。⑷锚索入孔前重新对钻孔进行检查，并将孔内集渣清理干净。锚索入孔时用力要均匀一致，不得转动锚索体，随时检查隔离架及绑扎丝，发现有移动、损坏、脱落等要及时处理，必要时更换重新编制。⑸注浆管随锚体一起放入钻孔，注浆管距孔底5-10cm，锚体放入角度与钻孔角度一致。锚体放入孔中长度不小于锚索长度的95%。将锚索体推送至预定深度后检查排气管和注浆管是否畅通。锚索编制详见方案后附图《5.24锚索大样图》。4.混凝土腰梁的制作混凝土腰梁C40混凝土施工前，要求将腰梁范围内的桩间支护面凿平，按设计要求布置钢筋笼、预埋承压钢板、预埋钢套管并使其中心线与锚索中心线重合。详见图5.25混凝土腰梁施工图和图5.26混凝土腰梁平面图。图5.25　混凝土腰梁施工图5.注浆锚索安装到位后，即进行全孔一次性注浆。灌浆管设置2根φ20mmPVC管作为进、出浆管。注浆采用水灰比为0.38～0.45水泥砂浆，强度不低于设计值M30，注浆压力为0.5MPa，为确保施工安全，不影响开挖施工进度，在浆液中掺入适量对锚索无害的早强剂，实施前先进行试验验证。砂浆在初凝前用完，并严防石块、杂物掉入浆液，孔口溢出浆液或排气管停止排气时，可停止注浆。 注浆时宜适当加强注浆压力，使浆体饱满，并与地层密贴。图5.26混凝土腰梁平面图6.锚索张拉按设计要求，当锚固体强度达到设计强度值的80%即24Mpa，并且混凝土腰梁的承载强度达到80%以上时，方可进行张拉施工。根据不同的锚固荷载，分别采用YCW-250型和YCW-400B型千斤顶配合ZB4-500型高压电动油泵整体张拉。张拉设计轴力及锁定荷载见表5.2。表5.2锚索简表锚索类别倾角长度设计轴力锁定荷载第一道锚索20°17m251KN200KN第二道锚索15°20.5m696KN555KN各锚索均为一桩一锚，锚索采用1X7标准型钢绞线(fptk=1860MPa),公称直径15.2mm。张拉作业在锚固体达到80%设计强度后进行。张拉前对张拉设备进行标定，作为张拉的依据，并在正式张拉前用10%或20%的设计拉力进行张拉，以便锚索各部位接触紧密，索体完全顺直。锚体张拉，分两次进行，第一次张拉按五级张拉（即设计吨位的25%、50%、75%、100%、110%），前四级稳定为6分钟，后一级为30分钟，然后进行锁定，锁定轴力为锚索设计轴力的80%，第一次张拉后6～10天根据监测信息，如预应力明显损失的，需再进行一次补偿张拉，以便补偿锚索的松弛和地层的蠕变等因素造成的预应力损失，锚索张拉时， 对地表面加强观测，以免土体胀起。张拉完成锚索锁定。5.4.3锚索施工质量控制要点（1）钢绞线、张拉设备及锚具等均需有出厂合格证，钢绞线进场后需进行力学性能试验；（2）孔位、孔深、孔径和孔斜等均需符合设计及规范要求；（3）锚固段的固结灌浆严格按《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（SL62-94）要求进行；（4）剥除锚索内锚固段的塑料套管，钢绞线表面油脂清洗洁净，彼此平行伸直不扭曲。钢绞线必须采用切割机下料，严禁使用电弧或乙炔焰切割，雷雨时不应进行室外作业；（5）锚孔注浆从通至孔底的PVC注浆管开始，确保注浆密实，灌浆记录要求准确、完整、清晰；（6）腰梁承压钢板孔道中心线与锚孔轴线重合，腰梁钢筋混凝土施工需满足规范要求；（7）分级均匀施加张拉荷载，并控制加载速率，张拉设备必须配套标定并绘制相关曲线；（8）按锚索总数的5%随机进行抽样验收试验，合格标准按应力控制为：实测值不大于设计值的5%，或不小于设计值的3%。'