对软土地基深基坑土层开挖工程的技术措施

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zeldaok
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  摘要:结合项目实际对工程典型的软土地基深基坑土方开挖的施工难点,提出解决该问题的“分步、分区、分层”措施方法,并详细阐述挖土施工顺序和施工方法。同时指出了软土地基条件下深基坑开挖的主要施工技术措施和要求,确保了该工程按预定计划顺利完成土方开挖,为后续工程的顺利实施创造条件。
  关键词:软土地基;深基坑;土层开挖;工程技术措施
  1工程概况
  1.1工程简介
  某大厦基坑围护西区北侧、西侧均采用长17m的φ800mm钻孔灌注桩,南侧及西北角采用长18.5m的φ900mm钻孔灌注桩,围护桩内侧与圆环支撑结合部位的基坑底部布设宽1.2m、φ1 200mm@1000mm、长3.5m格栅形密排高压旋喷桩加固基底土体,围护桩外侧采用单重管φ500mm高压旋喷嵌缝桩作止水;东区主要采用长15m的φ600mm钻孔灌注桩。±0.00相當于黄海高程3.65m,现有自然地坪相对标高-0.8m。
  1.2支护结构形式
  地下室支护结构西区主要采用排桩+单道钢筋混凝土水平内支撑,支撑体系主要采用圆环结合桁架,整体刚度较大;东区除东北角相同的结构形式外,其余区域采用排桩+钻孔式锚杆的支护结构,局部结合双排桩门架式结构,支撑体系采用角撑的形式。
  1.3周边环境特点
  1)基坑东侧地下室侧壁距离规划道路最近距离约8m,为本工程的主要施工道路。
  2)基坑南侧为尚未施工的规划道路,目前场地较为空旷,20m范围内均为空地,已经在此东南侧建有现场办公等临时设施。
  3)基坑西侧为厂房,地下室外壁距离该厂房约12m。
  4)基坑北侧为城市主干道,最近距离为8m,该侧市政及其它埋地管线较为密集。
  1.4工程场地地基土特征
  根据工程勘察报告(详勘),本工程主要土层自上而下分布为:①层素填土场内全址分布,层厚0.4~1.3m,主要由块石、碎石、粘土组成,湿;①层粘土场内全址分布,层厚0.5~1.3m,土质具有高压缩性,韧性较好,干强度高,含水量35.1% ;②层淤泥质粘土场内全址分布,层厚1.7~3.8m,土体含较多有机质,流塑状,高压缩性,韧性中等,干强度中等,含水量44.5 %;②层淤泥场内全址分布,层厚5.8~11.3m,土体内含有贝壳碎屑,流塑状,具有高压缩性,韧性中等,干强度中等,含水量53.5%。
  2施工难点
  1)土质差,淤泥层分布广而厚,含水量高。开挖过程中,土体极易产生坍塌、基底隆起等事故。
  2)基坑占地面积大,深度深,土方施工周期长。施工过程容易产生围护结构位移、变形,坑外地基沉陷直至工程桩破坏等质量安全事故。
  3)东西区地下室相差1层,东西区交接处土方留置方式、运输通道加固及施工作业顺序等必须作出合理安排,否则极易产生各类事故。
  3施工安排
  按照“分步、分区、分层”的原则安排土方开挖。
  3. 1挖土分区
  根据本基坑围护设计要求,先施工西区到地下1层顶板并爆破支撑后再开挖东区,按先西区后东区来划分基坑挖土作业区域与挖土标高、层次。
  根据本工程基坑的特点,拟将西区按后浇带划分为A 、B 、C、D 4个区,东区划分为E、F、G、H 4个区。具体划分位置及估算面积如图1所示。
  
  
  3. 2挖土分层
  根据冠梁及支撑位置,本基坑立面上划分为:①西区3个层次,第1层为冠梁底标高以上,称A1层或Bl、C1、Dl层;第2层为支撑梁底以上到冠梁底以下,称A2层或B2、C2、D2层;第3层为支撑梁底到基础底板垫层底以上部分,称A3层或B3、C3、D3层。②东区分2个层次,第1层为围梁底以上,称1层;第2层为围梁底至基础底板垫层底以上,称2层。坑中坑部位按分区位置称之为某区坑中坑,坑中坑涵盖本基坑垫层底以下所有各不相同的承台、集水井、电梯井、地梁等。具体分层安排如图2所示。
  
  
  3. 3挖土顺序
  总体平面由西向东、由南往北逐步退挖,即:B→C→A→D区和E→F→G→H区,西区在开挖第3层时,圆环四周土体应均匀开挖,先挖去角部土体,再开挖围梁与圆环结合部位土体,应逐步留出平台作搭接。
  4挖土方法
  4. 1施工顺序
  前期现场准备→同时挖冠梁处内外侧土体→外侧修平台及放坡→内侧从冠梁内边线垫层底向内开挖→冠梁施工→挖冠梁下至单道支撑梁垫层底土方→设围梁及支撑梁→人工边修坡边设基坑外侧坡面及地表混凝土面→设集水井与排水沟→分层放坡开挖土体至各区域地下室底板底设计标高→人工边修土边浇混凝土垫层→设集水井及排水沟→挖承台及地梁土体并设垫层及砖模→挖坑中坑土体至设计底标高并设垫层及砖模→做防水、扎筋、包模、浇混凝土大底板→设底板处换撑带混凝土→地下2层主体结构施工至地下1层→设地下1层楼板处换撑带支撑梁→拆除内支撑→地下主体结构向上施工→外壁墙板防水处理→土方分层回填夯实→结构同时向上施工。
  4. 2挖土原则
  按“大基坑小开挖”和“先支撑后开挖,分步、分区段、分层进行”的原则实施。本次挖土中,西区第2层土方按2层分台阶放坡开挖,第3层土方按3层分台阶放坡开挖,平均每层厚约1.65~l.85 m;东区第2层土方按2层分台阶开挖,第1层1. 5m,第2层0. 9m,其它均为一次性挖到计划标高。
  4. 3挖土方法(仅以西区为例)
  1)第1层土方(-2.55~0.8m)深约1.75m,采用敞开式挖土,一次性挖到底标高,直接装车外运。挖此层土方时留出中心岛,中心岛外边线距圆环内侧约30m。另外,在挖去其它地方的表土时,若土质坚硬或含有塘渣瓦砾,则可留置一部分放在中心岛,待冠梁土方全部挖完时,将中心岛环岛车道予以修整,不足部分外购,外购要求采用塘渣掺杂的瓦砾作道路的面层。对于冠梁部位土方,要求将基坑外侧按图3所示进行开挖,并在做好冠梁后回填密实。
  
  
   考虑到中心岛如果留设面积太大,留土过多则会直接增加和影响第3层的出土压力,为此,在本层土方开挖中,将中心岛的中心部分挖到-2.55m,只留下环形出土通道和3个车辆回转场地(每个面积200~300m2),这3个回转场地均与中心岛形成一个整体。挖去中心岛中部上方后,按1 :1. 5留安全上坡,此处留坡只需保证场内道路的安全即可。
  2)第2层土方(-4.45~-2.55m)需要等到冠梁混凝土强度达到设计要求后才能开挖。在西区与东区交界处,由于此时东(-0.8m)、西区(-4.45m)上方高差达3. 65m,为保证交界处东区土方边坡稳定及安全施工,需要对交界处以东进行卸载。
  第2层土方需要将中心岛及道路标高一同降到-4.45m,在挖去中心岛道路的同时,应将原有环岛通道(-0.8m)上的塘渣瓦砾斗砂壳层尽最大可能下翻到-4. 45m标高上作环岛道路面层,不足部分外购补填压实,为第3层上方开挖作好道路准备,环岛道路外边线离圆环支撑梁外侧约20m。
  在挖完此层上方并完成支撑梁混凝土浇捣后,必须立即修复好东、西区交界处的出土通道,-4.45m标高处的中心岛环路在⒅轴处与出土通道平台(见图4)按1 :10放坡。图4中,YL-1设计标高为-3.3m,而支撑梁和此处出土口板顶标高均为-3.5m,二者高差200mm ,此处载重车经过时必须使二者均为架空状态,对此,采用如图4所示的处理办法,以确保支撑系统的安全。
   注:文章中涉及的公式和图表请用PDF格式打开   
  
  3)第3层挖土须等到单层支撑梁全部施工完毕且混凝土达到设计要求强度标准值的90%后方可开挖。
  最后一层土方开挖应严格按照设计要求进行,圆环周边均匀开挖,混层需要先挖去支撑梁下的角部土方,然后再挖圆环与围梁相切部位土方。支撑梁角部土方开挖,采用支撑梁上部站立挖机与支撑梁底进入挖机相结合的办法进行,主要以底部挖机转土为主。挖机在梁上挖土时,必须要确保支撑梁的安全并落实对支撑梁的保护措施。
  在角部土方已经基本挖出的情况下,剩余部分为无支撑区域,无支撑区域范围内随着挖土进度,需要将中心岛逐步后退,为了使A,B,C区范围内不因挖土没有到位而影响后续工序的全面展开,拟将中心岛周边朝D区方向逐渐缩小,最终缩至D区出土通道附近。挖到⒅轴处收尾时,采用长臂挖机挖完最后剩余土方。
  5主要施工技术措施
  5. 1挖土控制措施
  1)西区第1层土方开挖时,南侧可以用挖机站在基坑外侧直接装车运走,而北侧则全在基坑内装车外运,这样有利于大门出土车辆的分流,挖冠梁土方两边能互不受干扰,也符合设计要求的对称开挖原则,此次挖土时应从自然地坪面挖到冠梁底标高后立即修凿围护桩桩头和浇混凝土垫层。东西区围护冠梁外侧在挖土时应先留1 :1左右的斜坡,并留出5Ocm工作面利于冠梁施工,待冠梁完成混凝土浇捣并达到一定强度后,开始机械回填到设计标高,然后再铺筑表层混凝土。东区第1层土方开挖需在西区地下2层顶板完成并拆除支撑后方可实施。
  2)第1次中心岛留坡坡顶按距围护圆环支撑内侧20m考虑,中心岛周边环形临时车道宽度按15m考虑。
  3)西区挖第2层土方时,每台挖机立机平台按6~7m宽考虑。在C2 ,D2层土方挖至北侧时,由于此处底标高与其它部位不同,考虑到后续施工的方便与此处留土的安全,将该范围内土方合并一起开挖,此处分2级留坡接力式开挖,标高分别为-3.95~-2.25m , -5.65~-3.95m,当挖到-5.65m后,应立即派人设好垫层,此范围内承台、坑中坑等按设计位置用模板分隔后满浇。
  4)西区在第2层土方开挖时,中心岛留设在-4.45 m的目的:①本层出土通道比下一层更为顺畅和平整,原有道路地表更为坚实,加之第2层土方量不是特别大,先行降低中心岛可减少最后一层出土工程量所带来的压力;②降到-4.45 m可以减少最后一层土方接力式台阶数,进而减少挖机传递次数。
  5. 2接力式挖土要求
  1)第1台挖机位置在基坑内原自然地面上,配置相应运输车辆,负责开挖原自然地面以下约一级以内厚的上体,待第1台挖机开挖长度大于l Om形成第1个台阶后,第2台挖机进场在第1台阶上接着向下挖土(深度在一级厚度以内)将挖出的土翻给第1台挖机装车运走。若还需向下挖土时,以同上方式进入第3台挖机挖下一级或下一层土体,并将土体接力传递到地面,由第一台挖机装车运走。
  2)分级接力挖土时,挖机应停放在台阶上,台阶的前后坡脚水平距离一般在lOm左右,边坡坡度约为1:2,不允许留陡坡。因为台阶水平距离小于l Om时没有充分发挥其挖土半径的作用,且由于水平距离越小,台阶落差就越大,土压力释放太快而造成台阶失稳,以致对支护结构或坑内工程桩、柱等造成不利影响。当边坡留置时间大于24h或天气不良时,台阶的水平距离应适当增大,以防滑塌造成安全事故和对支护桩、柱、塔吊基础等造成不利影响。
  5. 3对支撑梁的保护措施
  1)严禁挖机直接站在支撑梁上作业,严禁挖机、运土车辆直接在支撑梁上碾压和行走。当挖机需在支撑梁上掏梁间土或需在梁上行车时,必须先支撑两侧填上,梁面上覆盖60cm以上,并在其上铺设路基箱后方可站机挖土。若路基箱底有空隙时,路基箱底与支撑梁顶的空隙距离不得小于20cm,且路基箱的承载能力必须满足要求。
  2)在支撑梁处开挖土方时,必须先在梁上方采取对称开挖、先外围后中心的方法,使支撑梁缓缓的对称受力,然后用小挖机进行梁下挖土,逐渐使整个支撑梁全部受力。
  3)所有支撑系统严禁堆载。
  6结语
  工程实践表明,只要精心施工,合理安排,在软土等特殊地基的深基坑开挖中,仍然能取得预期的满意效果。但在施工中除采用上述技术措施外,尚应着重注意以下几点:
  1)建立专门的应急救援组织机构
  该组织成员职责明确,各成员挖土期间保持24h通讯联系畅通,定期召开会议,分析查找工程事故隐患,并负责备足各类应急材料。
  2)建立信息化施工监测体系
  由于软土地基的特殊性,挖土期间的各种不确定因素较多,要求必须及时掌握土体的变形及支撑内部的受力情况,明确轴力、位移及沉降等的警戒值,对监测结果统一输入电脑进行统计分析,发现异常情况,立即启动应急预案,把事故隐患消灭在萌芽状态。
  3)建立严格的技术交底和专家论证制度
  土方开挖前,其专项方案必须经专家论证,在专家论证基础上加以完善优化,编制成具有可操作性的作业指导书,每次土方开挖前,项目技术负责人应对相关人员(從班组长到操作手)进行层层交底,并办理签字手续,方可参加施工,这也是保证深基坑开挖安全的重要制度,必须予以落实执行。
  
  注:文章中涉及的公式和图表请用PDF格式打开
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