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复杂环境条件下深基坑辅助施工技术

2012-10-10黄德华

隧道建设(中英文) 2012年1期
关键词:自来水厂配电室围护结构

黄德华

(南昌轨道交通有限公司,南昌 330038)

0 引言

目前深基坑施工中普遍应用“连续墙+内支撑”或“桩+内支撑”的基坑支护形式。随着城市轨道的快速发展,基坑周边环境越来越复杂,按照以往采用单一围护结构体系难以快速、安全施工深基坑并保证周边环境安全。目前在有关基坑辅助施工技术的经验中:文献[1]阐述了在周边条件单一的情况下,在富水砂质粉土地层基坑中采用“咬合桩+内支撑”的形式成功施工基坑,详细介绍了基坑围护结构的施工技术;文献[2]主要从设计方面阐述了对外部环境条件较单一的深基坑所采用的围护结构形式,并成功施工深基坑;文献[3]主要阐述的是复杂环境条件下深基坑的设计与施工方法,但仅从“注浆隔水帷幕+部分地段使用锚立桩”进行阐述,且基坑深度仅在10 m以内;文献[4]主要阐述的是“连续墙+内支撑”的方式对地铁车站超深基坑进行围护结构设计,虽然基坑深度达30 m,但周边条件相对较好;文献[5]主要阐述的是针对周边条件较复杂的基坑采取分段进行围护结构施工,但基坑深度较浅(2~13 m),且基坑边上没有河流穿越。上述文献对基坑周边有铁路、基坑穿越河流、基坑穿越自来水厂等复杂环境条件下的基坑分段采用围护结构形式方面论述极少,本文通过对不同环境条件下采用不同围护结构辅助施工措施,从而成功、快速、安全完成了该基坑的施工。

1 工程概况

杭州市某基坑长85 m,宽 27.5 m,深 15.0 m,西侧毗邻沪杭铁路,距铁路最近仅7 m,中间横穿贴砂河,东侧位于杭州市重点保护单位清泰自来水厂内,有1根φ500 mm高压上水管斜跨基坑,端头与自来水厂高压配电室相距6 m,北侧9 m与线路平行有2根φ900 mm球墨铸铁上水管,南侧约30 m为清泰自来水厂泵房(平面布置图见图1)。基坑周边环境复杂,尤其是贴砂河、清泰水厂高压配电室,水厂内的高压上水管对基坑施工影响大。地层自上而下为:杂填土及素填土层、砂质粉土层、砂质粉土夹粉砂层(明挖暗埋隧道洞身主要的地层)、淤泥质粉质黏土层、黏土层、粉质黏土层和圆砾层。地下水为潜水,渗透系数约10-4cm/s。

图1 基坑平面布置Fig.1 Plan layout of foundation pit

2 深基坑辅助施工技术

2.1 铁路线路加固辅助施工技术

为确保基坑施工时沪杭铁路的运行安全通畅,基坑施工前采用D24定型便梁加固铁路轨道,便梁基础为φ800 mm钢筋混凝土桩。便梁支墩下的土体采用中空注浆钢花锚杆压浆。压浆完毕后该管留在土体中形成树根桩加强支墩基础。铁路道岔段分别采用拆移、拆运、钉闭等措施进行处理,对道岔处的电力、通信信号等设施进行改造,从而将隧道通过的铁路道岔段变为普通直线段。

2.2 基坑西端头辅助施工技术

基坑西端头采用φ1 000mm间距1 100mm钻孔灌注桩[6-7],桩长27m,灌注桩外设 φ1200mm 间距1000 mm厚3 m的三重管高压旋喷桩加固体[8],加固深度为18 m(为确保高压配电室的安全,基坑东端头在咬合桩外也采用此法加固土体)。

钻孔灌注桩采用全套管跟进,25t履带吊机配合冲抓钻机取土成孔、履带吊机下放钢筋笼和斗吊串筒法干孔灌注混凝土(孔内有水时采用水下混凝土灌注方法)。

旋喷桩施工采用GD-2型地质钻机引孔,XP-300高喷台车旋喷提升。喷射时,达到预定的喷射压力及喷浆量后再逐渐提升旋喷管,以防扭断旋喷管。为保证桩底端的质量,喷嘴下沉到设计深度时,应在原地旋转10 s左右,待孔口冒浆正常后再旋钻提升。旋喷时的技术参数根据不同的地层由试桩确定。采取这一加固措施后,铁路轨道沉降控制在5 mm之内。

2.3 过贴砂河段辅助施工技术

为确保贴砂河段基坑安全和施工顺利,过河段采用导流管、围堰、双排灌注桩及旋喷桩等方式进行河水导流、基坑围护和止水等。

导流管采用φ1 200 mm壁厚10 mm钢管分节制作,管间用法兰盘连接,导流管两端设闸阀和格栅滤网。采用履带吊机分节吊装钢管到位,并在现场将各节钢管拼接成整体。导流管底部采用图2所示支撑及保护,导流管安装就位后加设钢筋将围护桩与导流管连接成整体。

图2 导流管保护Fig.2 Protection of water guiding pipe

导流管通水后施工围堰。在围堰堰体位置打设双排(排距4.4 m)7~8 m长的φ100 mm间距800 mm钢管桩固定堰体。两排钢管桩间布设双排φ48 mm间距750 mm土工布袋导向钢管,外侧导向钢管与外侧φ100 mm钢管桩排间距1.5 m,内侧导向钢管与内侧φ100mm钢管桩排间距1.2m。钢管桩打设完毕后,用防水卷材配合土工布袋在钢管间充填粉砂做堰体至水面上1 m左右;土工布袋施作完毕后,抽干围堰堰体内的水并回填黏土;回填完毕后,堰体顶部用砂袋堆砌至原河岸高度;堰体施作完毕后,抽干围堰内河水并清淤后,在围堰内靠堰体位置分层夯填黏土,基坑南侧宽10 m,北侧宽8.5 m;最后在填土上一次性铺设施工便道和导墙。

灌注桩采用双排φ1 000 mm间距1 100 mm门架形式,桩长为1.8倍基坑深度,两排桩之间用φ1000mm间距800mm高压旋喷桩止水,桩底深入基坑底以下3m。

围护桩桩顶设通长压顶梁,过河段基坑两侧压顶梁宽 3.2 m、高 0.5 m,其余段压顶梁宽 1.2 m、高 0.5 m。过河段仅在压顶梁位置设置一道现浇钢筋混凝土支撑,支撑宽 1.2 m、高 0.5 m,支撑水平间距 12 m,每道支撑中间设竖向支撑立柱以防支撑挠度变形过大。采取这一措施后围护结构变形速率<2 mm/d、收敛<1 mm/d、水平位移<20 mm,保证了河道上下游水的流动和水厂的水质。

2.4 自来水厂内基坑辅助施工技术

为确保水厂内管线及高压配电室的安全,自来水厂内围护结构采用φ1 000 mm间距800 mm钻孔咬合桩[9]。采用上部2道钢筋混凝土支撑及下部3道预应力锚索联合支撑方式。混凝土支撑水平间距12 m、竖向间距3.45m、宽1.2 m、高0.5 m。每道支撑中间设竖向支撑。锚索间距为1.6 m,排距为2.5 m,锚索分别由5根和3根7股d=15.24的预应力钢铰线制作而成。

受高压上水管的影响,围护咬合桩无法闭合;因此,在此咬合桩位置采用φ1000mm间距800mm高压旋喷桩内插H型钢的方式来闭合围护结构(如图3所示),外侧另加一排旋喷桩。旋喷桩沿基坑纵向与咬合桩搭接不小于1.5m。上水管采取如图4所示悬吊法保护。

图3 上水管处围护结构处理Fig.3 Treatment of cofferdam structure at the position of the water supply pipe

图4 高压上水管悬吊法保护Fig.4 Protection of high pressure water supply pipe by overhanging

用混凝土导墙确保咬合桩施工的精度。咬合桩施工顺序如图5所示。当遇到特殊原因只能从中间桩开始施工时,则该桩后施工一侧必须设置砂桩,待后期施工此处时再二次成孔。

图5 咬合桩施工顺序Fig.5 Construction sequence of interlocking piles

为保证锚索成孔过程不塌孔,采用MK-5水平坑道钻机套管跟进成孔,成孔深度比设计的锚索长度大1 m[10]。注浆采用BW-250型注浆泵,浆液采用水灰质量比为0.45~0.5的早强普通硅酸盐水泥浆。采用压力及流量双控制分2 次注浆,锚索按0.1Nt,0.25Nt,0.75Nt,1.0Nt分级加载张拉,每级持续 5 min,当张拉力至1.0Nt时,等候锁定,锁定荷载为0.7Nt(Nt取850 kN)。采取这一措施后,地表及建筑物沉降控制在15mm之内。围护结构变形速率<2mm/d、收敛<1mm/d、水平位移<20mm,确保了上水管与高压配电室的安全。

3 结论与讨论

通过对该段基坑采取各项辅助施工措施后,成功解决了在河道内施工便道难的问题;成功控制了铁路主干线地表沉降,使基坑围护结构变形在规范范围内,做到了基坑围护结构不渗漏水,河道的环保、水厂水源水质得到保护;在护城河内、粉砂地层、自来水厂高压配电室旁、高压上水管下成功施工深基坑,确保了水厂内管线、高压配电室的安全及施工工期,保证了沪杭铁路及自来水厂的正常运行,达到杭州防汛指挥部要求贴砂河安全渡汛的目标。由此可以证明,分段采取相应的围护结构支护形式的方案是可行的、安全的。

虽然分段采取相应的围护结构支护形式的方案可行且安全,但在基坑支护形式多样化的今天是否必须采取如此保守的措施还有待进一步研究。

[1] 董天乐,朱亮来.富水砂质粉土地层基坑围护结构施工技术[J].隧道建设,2006,26(6):56 -58,61.(DONG Tianle,ZHU Lianglai.Construction technology for retaining structures of foundation pits in water-rich sandy silt ground[J].Tunnel Construction,2006,26(6):56 -58,61.(in Chinese))

[2] 彭振华,闫朝涛,孟庆军.杭州解放路深基坑工程设计与施工[J].隧道建设,2004,24(3):15-16,24.

[3] 李天成.复杂条件下深基坑支护设计与施工[J].施工技术,2006(S):18-21.(LI Tiancheng.Support design and construction of deep foundation pit in complex condition[J].Construction Technology,2006(S):18 -21.(in Chinese))

[4] 黄健,张兴刚.地铁车站超深基坑的围护结构设计[J].铁道标准设计,2008(8):101-103.

[5] 范文兴.大型基坑围护结构组合与匹配应用的探讨[J].铁道标准设计,2006(10):86-89.

[6] 周彦军.套管成孔灌注桩在公路软基处理中的应用[J].隧道建设,2004,24(2):56 -57.

[7] 刘建国.排桩支护在软土地层超深基坑中的应用[J].隧道建设,2011,31(2):215 -219,227.(LIU Jianguo.Application of soldier pile retaining system in super-deep foundation pit in soft soil[J].Tunnel Construction,31(2):215 -219,227.(in Chinese))

[8] 王新,王龙飞,王晓明.旋喷注浆法在竖井帷幕中的应用[J].西部探矿工程,2003(1):48 -49.(WANG Xin,WANG Longfei,WANG Xiaoming.The application of jet grout method on shaft wafer proof wall construction[J].West-China Exploration Engineering,2003(1):48 - 49.(in Chinese))

[9] 吴沛,牟松.杭州解放路延伸工程全套管灌注咬合桩施工技术[J].隧道建设,2005,25(4):41-43,46.

[10] 牟松.含水砂土基坑预应力锚索施工技术[J].隧道建设,2005,25(1):54 -56,38.

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