特定工期及场地条件下分级接力挖土技术应用

2012-11-05朱永清

山西建筑 2012年34期

关键词：挖机挖土连梁

朱永清

(山西四建集团有限公司，山西太原 030012)

1 工程概况

省委应急指挥中心暨公共配套设施项目，框剪结构，由主楼及位于主楼南北两侧的地下车库两部分组成。主楼地上8层，地下2层;地下车库为2层。总建筑面积约24 454．4 m2，建筑高度42．6 m。

平面图见图1。

图1 施工段划分图

由于车库与主楼地下部分连成一体，基坑长117 m，宽71 m，开挖深度11．4 m，开挖自然土方量95 115 m3，需外运土方量按虚方算达95 115×1．3=123 650 m3。根据工期要求必须在20 d内完成全部土方挖、运。

工程位于省委办公大院内，太原市最繁华的迎泽大街路北，主干道桃园路以西，即:东侧7．7m为商铺楼，西侧17．7m处即为省委办公大楼，南面紧邻迎泽大街人行道边，北面紧邻省委院内主要行车及人行道路。无堆放场地，且出土口少，挖出土方必须随挖随运，具体如图2所示。

该地段地处汾河岸边，开挖范围内主要土质依次为①杂填土，平均厚度1．04m;②素填土，平均厚度2．02m;③粉土，平均厚度2．39m;④粉细砂，平均厚度6．75m。场地严重液化，地下水位介于地表以下4 m～4．6 m，本工程(基坑开挖深度为10．65 m，局部电梯井部位达11．1 m)基底标高为－11．62 m，局部电梯井部位－13．36 m，主要处于第④层粉细砂层。

图2 工程平面位置图

2 影响土方开挖主要因素分析

1)验桩:主楼部位最后1组试桩1月18日完成;2月15日尚才具备验桩条件。

2)降水井施工于2月5日前方可施工完毕并开始降水。根据专家对悬臂式止水帷幕和汾河两岸砂层地质多年降水的经验判断，结合最近几年邻近建筑施工的实际情况统计，降水开始一周后能降至地表下6 m;但6 m以下部分从降水开始时间起需要20 d(因砂层地质降水速度快，从悬臂止水帷幕下部回升的也快)，6 m以下具备挖土条件开始的时间最早为2月25日。

3)受场地限制，出土口少，且出土位置受限。

4)基坑深，场地小，下部土方不能利用坡道出土，必须进行二次或多次倒土，效率降低。

5)坑障碍物多，挖土难度大。桩位密集且超灌高度大(设计要求800 mm)，第三步土方开挖时，均为桩间土;同时现场不足200 m2一个降水井，降水井及管线密集布置，施工时对降水井的保护给挖土带来难度;基坑四角设有钢管角支撑，对挖土也有一定影响。

6)随挖土的进展，在坑内四周同时进行喷锚支护交叉作业。

3 具体措施

3．1 降水工程

本工程能否顺利进行，降水是第一个关键。因此我们走访附近地质条件相近的工程，并对以往经验教训进行充分考虑，邀请业内知名专家，共同讨论，制定了如下降水专项方案:

降水采用管井降水方案。基坑内共布设54孔降水井，直径500 mm，井深18．7 m，纵、横间距约 15．0 m。

在基坑四侧设置回灌井，每隔15．0 m一孔，井深约12．0 m，总共24口。

观察井共8口，坑外布置5个，坑内布置3个，井深约15．0 m，井直径100 mm。

在降水井布置时，充分考虑了错开建筑物的桩及桩承台位置、梁、承重墙等结构部位，且尽量减少与挖土作业机械布置相干扰。

按此方案降水井于2月5日全部施工完成，并于2月7日正式启动54口降水设备进行24 h不间断抽水，至2月20日水位降至－12 m，为大面积土方开挖提供了第一技术条件。

3．2 验桩

本工程主楼部位最后1组试桩1月18日施工完毕;2月15日尚才具备验桩条件。按规范要求，由于以检验桩基承载力为主的静载实验，在桩身产生的应力水平高，若桩身强度低，可能引起桩身损坏或破坏，所以要求混凝土应达到28 d龄期(或同条件试块达到设计强度)，并应同时满足地基土休止时间的双重规定后，方可进行静载实验。

为了加快验桩速度，通过专家论证将原6组静载试验方案改为3组静载试验加6组高应变试验，为及时全面开挖提供了第二个技术条件。

按照此方案进行2月18日验桩完成，桩基的检测结果满足设计要求。

3．3 基坑支护工程

1)由于主要干道边地下管线密布、办公环境要求高、行人及车辆安全问题突出，因此挖土过程对周边环境产生的变形控制要求高。

为了确保变形控制在允许值范围，基坑支护采用单排钢筋混凝土灌注桩四角加钢角支撑，局部采用双排桩支护。桩用旋挖钻机成孔，桩径为0．8m，桩间距1．5 m/1．8 m，桩长22．3m/20．6 m，超灌长度不小于800 mm。

该部分已于2012年1月施工完毕。

2)支护桩压顶连梁:连梁混凝土采用C30，沿支护桩顶周围浇筑，高度800，宽度900。

在降水井施工的同时，沿支护桩周围进行挖土露出桩头，土方挖至连梁底标高，清理出周围的土方，进行压顶连梁施工。

施工时将伸入连梁部分超灌的桩头混凝土用人工凿除，达到桩端伸入梁内50 mm～100 mm，整修桩头钢筋。将双排桩之间的连系梁与桩的主筋焊接，梁底整平。

连梁内的预埋件(包括监测点)预先制作好，在绑扎连梁钢筋的同时预埋于连梁内。控制安装预埋件的位置、标高要准确，要与主筋焊接牢固。

3)钢管角支撑。

钢管支撑材料采用Q235，全部角撑采用φ630×14及φ273×8钢管，钢管连接采用坡口全焊透焊缝。

钢管角支撑的支撑桩，每个角4根桩，采用φ900混凝土灌注桩，桩顶标高－11．6 m，桩底标高－20．6 m，配筋 8φ25，C30 混凝土，超灌长度设计要求不小于800 mm。

支撑桩上用格构式钢立柱支撑水平钢管，钢立柱外形尺寸500×500;支杆用［125×12角钢;缀板用－450×200×12钢板，间距1．0 m，嵌入基础底面以下混凝土灌注桩内3．0 m。

钢管支撑焊接、安装在土方开挖到相应的标高时及时插入;同时钢管支撑的钢筋混凝土灌注桩立柱支撑桩在周边支护桩施工的同时已安排施工完毕。

3．4 土方开挖

总体布署:为了创造工作面，在降水井施工的同时，连梁顶部土方、钢支撑部位的土方已陆续开挖完毕，以便及时插入连梁施工、钢支撑的施工。

在验桩完成，且通过监测观测井水位满足挖土条件后，大面积土方开挖于2月19日正式开始。

土方开挖方法的选择，同类工程、类似工作量的施工经验，按照常规采用分层、分段开挖方法施工工期需要4个月，而本工程从挖土开始到主体结构完工工期仅有80 d，因此土方开挖工程采用了三级接力开挖法。具体为，分三步台阶，每步各2台～3台挖机，每阶挖机边挖土边将土传递到上层，最上层由地表挖土机挖土，同时往坑外的汽车上装土，如图3所示。

本工程基坑深度为10．65 m，局部为11．1m，三级接力开挖法可以一次开挖到位，与完全分层挖土方法相比较，主要有以下明显优势:

1)挖机在同一位置作业时间长，可减少挖机空转时间，提高工作效率;

2)从南到北一次开挖到位，南边坑底标高到位的部分，可适时进行验槽，穿插开展下一步工序，为抢工赢得时间;

3)汽车在坑上停放，避免汽车在坑下装运作业，不必设专用垫道;同时缩短运输路线，提高工作效率。

当然，这样也不可避免加大了投入:

首先，挖机一次投入多，多台挖机同时工作;

第二，与分层开挖相比较，对挖机规格要求高:尤其最后一步为了满足在坑上取土的需要，基坑出口处最后的土方由臂长18 m的挖机和基底小型挖机接力导出基坑，如图4所示。

图3 三级接力开挖法现场施工图（一）

图4 三级接力开挖法现场施工图（二）

在土方开挖的过程中，项目部共投入330型挖机8台、小挖机2台、臂长18 m的挖机1台，运土车90余辆，为挖土工作的顺利实施提供了有力的设备保障。

这样通过分层、分台阶布置挖机，挖机由下往上层层传递土方，最后由最上边的挖机挖至装卸车，直接运出场外，减少场地内的运输车辆行驶，解决了场地限制造成坑外无运输道路问题;同时，挖机层层传递土方，开挖效率高。

本工程从2月19日正式开始到3月11日土方挖运结束，22 d内累计完成挖运土工作量12．9万m3，平均日产量5 860 m3，高峰期日产量接近10 000 m3。开挖速度及日产量在我集团乃至省内房建工程中都属第一。

挖土时应注意的问题:

1)基底超挖:开挖基坑不得超过基底标高。

2)土方开挖时，应防止邻近建筑物或构筑物，道路、管线等发生下沉和变形。对监测数据有异常时与设计单位及建设单位协商，采取防护措施。

3)要注意保护工程桩，防止碰撞或因挖土过快、高差过大使工程桩受侧压力而倾斜。

4)严禁挖机或运输车辆碰撞支护结构，第一步开挖时严禁碰撞连梁。

5)做好对降水井、观测井、回灌井的保护，挖土期间将井口内插入彩旗，醒目提示挖机、自卸汽车司机注意有井，不得碰撞;挖土时井筒四周人工对称开挖，以防井筒倾斜;设置专人看护;当井口距开挖面2．0 m以上时，要及时将井筒切割，切割时采用竹胶板将井筒接口快速切断，防止周边土块流入降水井内;当发现井底有淤泥时，要及时洗井。

6)做好对降水管线的保护，开挖前根据挖机与自卸汽车的运行方向，将管线平行布设;设置专人挪动排水管线;能架空时将管、线架空敷设。