工字钢桩联合集水明排技术在流砂地质基坑开挖中的应用
2015-03-20巩东臣中铁二十局集团第四工程有限公司山东青岛266061
巩东臣(中铁二十局集团第四工程有限公司,山东 青岛 266061)
工字钢桩联合集水明排技术在流砂地质基坑开挖中的应用
巩东臣
(中铁二十局集团第四工程有限公司,山东 青岛 266061)
摘 要:本文以新建山西中南部铁路通道嘶马河特大桥桩基承台基坑开挖为实例,简要介绍工字钢桩联合集水明排技术在基坑开挖中的应用。实践表明,一定条件下该方法可以起到稳定边坡、排降水和控制流砂的作用,施工方便,节约资源,施工速度快。
关键词:基坑;工字钢桩;集水明排
一、工程概况
嘶马河特大桥桥14#~26#墩靠近河道,桩基承台基础长11.1m,宽8.1m,地表以下2m~6m之间为砂土,2m以上为普通黏土,基坑开挖过程中出现流砂现象,基坑局部垮塌,超出征地红线,带来施工干扰、成本增加,并且无法继续施工,给施工带来难度。
二、原因分析
基坑施工时王家庄村连续农田灌溉,加上河道补给,地下水位上升至地面以下2m位置,地表以下2m~6m位置为砂土地质,吸水饱和后重度加大,加之动水压力影响,土体抗剪强度急剧降低,形成流砂现象,造成基坑边坡失稳,继而垮塌淤埋。
三、方案选择
首先受场地限制,继续放坡开挖已经不可能,必须增加基坑开挖围护结构;其次基坑开挖遇地下水影响,必须解决排降水问题。考虑到实际工程中为临时性支护结构,要求施工方便快捷,且基坑面积小,挖深不大,场地有限,我们初步选定工字钢桩、钢板桩两种方案。钢板桩技术成熟、止水性好,施工方便、工期短等特点使其在具体工程中广泛应用。但钢板桩为成品,机械设备要求高,考虑到现有机械设备、库存材料、基坑数量、施工条件和施工成本等因素,我们最终确定工字钢桩围护结构。
悬臂工字钢桩刚度大、强度高,现场工程地质情况下采用220挖机即可静压入土,垂直度易于控制,施工精度高。加之,基坑挖深不大,工字钢桩埋深浅,抵抗的主动土压力较小,不必增加横向支撑、围檩等支撑结构,围护结构得以简化,施工方便快捷。而且顶部为2m厚普通黏土层,可以在插打工字钢桩前提前将其放坡剥离,以继续减小土体对工字钢桩的主动土压力,亦可节省工字钢用量。考虑到基坑面积较小,用材不多,而且还要多次周转使用,我们排除了桩间插入木板的施工工艺,采用工字钢排桩的施工工艺,施工速度加快,可靠性加强。工字钢排桩止水效果没有钢板桩好,但根据现场水文观察情况和开挖深度,可以通过基坑底四周明沟、集水井排水体系予以解决。
四、方案实施
1 工艺流程。施工准备→测量定位→放坡剥离顶部2m厚普通黏土层(留设挖机上坑坡道)→精确定位工字钢桩施打轮廓→打入支护工字钢桩→顺序开挖砂层基坑(提前预留集水井位置,分层开挖,随时抽排水)→补打坡道下工字钢桩,工字钢桩闭合→挖机于基坑外开挖剩余土方
2 施工准备。(1)按照基坑施工要求,清除地面堆土及妨碍基坑开挖的障碍物。(2)备好基坑开挖的挖掘机械、运渣汽车、抽水机。库存9m长定尺I18工字钢,切割成4.5m长,一端尖端处理,另一端割一圆孔,用于系挂钢丝绳。
3 测量定位。基坑开挖前做好施工测量工作,计算并测定开挖线和承台轮廓线,设置临时水准点,并做好基坑变形监测的各项准备工作。
4 放坡剥离顶部2m厚普通黏土层。采用220挖机1:1放坡开挖表层2m厚普通黏土覆盖层。挖机可在基坑范围内外合适位置操作,注意开挖位置,避免超挖造成浪费和边坡不规则。
5 精确定位工字钢桩施打轮廓。重新复核基础轮廓线,考虑足够的排水沟空间和施工作业面需求,定出集水井位置,确定工字钢桩施打轮廓,
6 打入支护工字钢桩。挖机于基坑外边缘作业,两人配合挖机静压工字钢桩,一人用吊环将钢丝绳的一端系于工字钢一端的圆孔,另一端固定在挖机的挖斗上,将工字钢吊运到插打位置,稳定后,另一人将工字钢扶稳,然后挖斗下移,用挖斗底部平压工字钢顶部,下插50cm后,人离开,由挖机自行下压工字钢至设计位置,工字钢桩埋入基坑底2m,顶部与放坡坡脚平齐,施工时挖机司机应注意静压工字钢技巧,发现工字钢偏移迹象及时自行纠正,保证工字钢插打垂直度小于1%。
7 顺序开挖砂层基坑。当工字钢桩插打成U形轮廓后,仅剩挖机上下坡道缺口位置时,挖机下到基坑左线边,由基坑左线至右线顺序局部分层开挖,保证基坑内土方在挖机臂长有效作业范围内。开挖基坑有渗水时,采用明沟法排水。沿坑底四周基础范围以外挖排水沟和集水坑,汇集基坑渗水,然后用水泵排除坑外。排水沟、集水坑的大小,主要根据渗水量的大小而定,一般排水沟深不小于0.3m,底宽应不小于0.3m,纵坡为1%~5%。集水坑设在下游位置,最小边长0.6m,深度应大于0.7m,成型后可于底部铺设碎石反滤层,避免淤埋。水泵可选相应抽水量的潜水泵,抽水能力应为渗水量的1.5倍~2.0倍,基坑排出的水要以水管远引。
8 补打坡道下工字钢桩,工字钢桩闭合。当开挖至剩余坡道处土方时,挖机开行至基坑范围外,挖除挖机上下坡道,插打剩余工字钢桩,实现工字钢桩围护结构闭合。
9 开挖剩余土方。挖机挖除剩余土方,修整边坡,基坑内排水沟闭合,梳理排水沟,保证排水通畅。
结语
(1)通过工字钢桩围护结构联合集水明排技术的应用,基坑渗水随着基坑开挖面的下降而下降,最终坑壁上部的砂层排水固结,渗水路径得到加长,水力坡度减小,动水压力缓解,流砂现象得以控制,基坑成功开挖。
(2)地下水通过工字钢桩下部渗流到排水沟,然后汇集到集水井,通过水泵排出基坑。水流基本上为清水,工字钢桩同时起到了反滤层的作用,使得土坡基本稳定,没有发生较大位移和沉降。
(3)通过有效的施工组织,一般情况下,基坑的回填周期控制在7天以内,在基坑条件恶化之前得以回填。
参考文献
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[3]赵治缙,应惠清.简明深基坑工程设计施工手册[M].北京:中国建筑工业施工手册, 2000.
中图分类号:U44
文献标识码:A