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黄河河滩区域的深基坑土方开挖施工技术

2018-12-06冯立雷杨鹏鹏

建筑施工 2018年8期
关键词:水准土方基坑

冯立雷 杨鹏鹏

中建二局第二建筑工程有限公司 河南 郑州 450044

1 现状分析

郑州中心城区地下综合管廊金水科教园区位于郑州市区北部,紧邻黄河,为原黄河渔场区,属黄河河滩区。管廊主仓截面13.20 m×3.80 m,上覆土厚度约4.0 m,底板埋深约7.80 m,其地质条件为第四纪冲洪积成因的黏性土、粉土及砂土。其地下水为上层滞水和潜水,水位高。场地土质结构松散、均匀性差,部分土层的黏聚力和剪切力为0。开挖深度为地面以下8.5 m左右,局部14.2 m,土方量约1 500 000 m3。

2 工程地质与施工条件

2.1 地下水情况

本工程水文地质条件复杂,根据沿线地下水含水介质、赋存条件、水理性质和水力特征,总结出与本工程有关的地下水主要分为2层:

第1层地下水为上层滞水,以大气降水为主要补给方式,以蒸发为主要排泄方式,该层地下水仅在局部存在。

第2层地下水为潜水,以大气降水和地下径流为主要补给方式,以越流和地下径流为主要排泄方式,该层地下水在全场地范围均有揭露,其年变幅约2.0 m。

勘察期间稳定水位埋深2.7~5.3 m。

2.2 开挖期间的气象条件

本工程采取分段施工法,开挖时间跨越冬期及雨季,主要集中在12月~次年10月。当地冬季漫长而干冷,月降水量约15 mm;春季大风多,月降水量约27 mm;夏季比较炎热,降水高度集中,月降水量91 mm;秋季气候凉爽,时间短暂,月降水量约80 mm。

2.3 施工特点

管廊沿途穿越树林、干渠、道路、明渠、工业厂房、鱼塘、园林、会所等,全线需保通。施工范围内地形结构复杂,开挖时放坡和支护要符合设计要求,并重点监控围护结构的变形和位移情况。

本地区处于沿黄地带,土质属于砂土,土质黏聚力低,易塌方。支护结构采用拉森钢板桩,易变形和位移,施工时须密切注意位移量。本工程开挖深度大,开挖时须控制分层开挖深度。基坑开挖面较长、较宽,两边施工便道的动荷载频繁,土质含水和含砂率高,基坑开挖存在局部坍塌风险,须监控支护变形和位移量。开挖中涉及河流改道、国防电缆改线、燃气管道保护等,应按专项方案密切控制预留尺寸和范围[1-4]。

3 施工准备

3.1 测量控制网设置

放线前与建设单位履行正规的测量基准点资料和桩位的交接手续,根据相应标准设置控制点,测定开挖边线和支护边线。

3.1.1 平面控制网的建立

线路中桩测量放样间距不应大于50 m,平曲线上宜为5~10 m。机械施工中,宜在不大于50 m的段落内,距中心桩一定距离处埋设能控制标高的控制桩。发现控制桩倒伏或丢失时应及时补上。施工过程中应保护所有标志,特别是一些原控制点。根据工作需要,可测设线路起终点桩、百米桩、竖曲线的变化情况加桩。

分段施工时,平面及高程放样应进入相邻施工段50~100 m,以保证分段衔接处线形的平顺美观。在交叉口或其他不规则地段,高程放样应根据设计提供的方格网进行。场区平面坐标控制网测量精度为二级。

3.1.2 高程控制网的建立

在支护边周围不影响施工、通视良好、易保存,且地质坚固的地方设置加密水准点,按四等水准测量的方法建立高程控制网。从业主给定的已知水准点引测高程到各加密水准点上,并和已知水准点组成一个附合水准路线。在施工时将水准点从相应的控制水准点上引测到管廊箱体附近,用红色油漆画出并标注其高程。

在标段施工区间范围内,沿线路两侧的稳定位置埋水准点标志桩并与业主或设计部门提供的水准基点形成附合或闭合水准路线,将相邻两加密水准点间距离控制在150~200 m,以确保在进行施工测量高程放样时能引测高程。

3.2 施工段及施工顺序设计

按照管廊的结构特点,将管廊的施工分为8段(图1)。拟订的施工计划为:

1)首开段1#施工区域先施工,从K2+036方向往K1+580施工。

2)待首开段施工完成后,再对2#和4#施工区域进行施工。

3)待2#和4#施工区域施工完毕后,再行施工3#和5#施工区域。

4)待3#和5#施工区域施工完毕后,再行施工6#和7#施工区域。

图1 总平面施工分段

5)2#施工区域施工完毕后,再行施工8#施工区域。

4 开挖方法

4.1 方案设计

4.1.1 基坑开挖方案设计

土方开挖采用分层倒退开挖的方法,各施工段分别从一端倒退向另一端开挖(图2)。基坑开挖共分4层进行开挖支护:第1层为路面素土层,开挖2 m(严禁超过2 m);第2层开挖深度为2 m左右(严禁超过2 m),开挖至一级放坡的位置时,测量放线人员重新定点定位,并且放出开挖导槽位置,施工导槽和钢板桩;第3层土方开挖至开挖坡脚位置;第4层开挖至设计开挖标高上50 cm时,采用人工进行开挖。

图2 土方开挖示意

4.1.2 基坑边坡防护设计

采用二级放坡,一级放坡根据区段不同分别为1∶1、1∶2,二级放坡均为1∶1。

全线一般地质及路段的边坡支护形式为:基坑护坡均采用C20网喷细石混凝土,喷射厚度8 cm,钢筋网片采用φ8 mm钢筋,间距200 mm×200 mm。第4层采用拉森钢板桩支护。

4.2 基坑土方开挖工艺流程

施工准备→测量放样→基坑开挖→基坑修整→基坑支护→拉森钢板桩导槽→拉森钢板桩→人工清槽及基坑验槽→测量放样→碎石换填→垫层施工

4.3 土方开挖

土方开挖与支护施工技术的要点是:沿纵向按限定长度的开挖段逐段开挖,在每个开挖段中分层、分小段开挖,按30 m为一个区段。

本着挖完一步支护一步的原则,同时做好基坑降排水,减少基坑暴露时间。基坑在开挖过程中掌握好“分层、分步、对称、平衡、限时”5个要点,遵循“竖向分层、纵向分区分段”的施工原则[5-8]。

4.3.1 放坡开挖施工

第1层土方开挖时,根据开挖边线直接按图纸设置位置进行1∶1或1∶2放坡,清除2 m深度范围内素填土层。开挖顺序为从工作面纵向各配置2台挖掘机同时倒退式向一端开挖,开挖时两侧边坡土均先预留30 cm,开挖下台阶配置1台挖掘机并配合人工进行边坡修整,边坡修整完成一段后及时进行挂网喷混凝土。每个开挖面配备技术人员1名,随时进行开挖深度、边坡坡度的测量(坡度尺),避免超挖。同时现场配备车辆指挥人员按顺序进行倒车、装土、运走。

第2层土方开挖前,第1层边坡临边2 m范围已完成防护并满足护坡强度要求。第2层开挖时,挖到一级放坡位置留出2 m平台位置,继续向下开挖,开挖高度不超过2 m。基坑范围内修整临时便道,拉土车装土后从进出口马道通行,将土方运输至指定场地。第2层开挖完成后,测量放线并安装导槽,使其具备钢板桩施工条件。

第3层土方开挖前,钢板桩完成施工并满足支护及挡水要求。

第4层开挖时,采用2台小型挖掘机,挖掘机距离钢板桩至少2 m,小幅度转角施工,防止机械碰撞钢板桩,对其产生损害。

当挖到距设计标高50 cm后采用人工挖土,挖到设计标高。

在每一层土方开挖完成后,均在上下坡道上并排铺设1.5 m×2.0 m×0.2 m的双层双向配φ12 mm@200 mm钢筋的C30预制混凝土块,来作为可周转硬化道路。

4.3.2 土方垂直开挖施工

基坑开挖前的准备工作已经就绪,围护结构已经达到设计要求强度,喷浆作业及钢板桩施工完成,基坑才可开挖。

4.3.3 基坑开挖施工方法及技术措施

土方开挖过程中及时修补拉森钢板桩上的渗漏点,并注意保护坑内降水明沟和集水井,确保降水、排水系统的正常运转。

基坑开挖应分层均衡开挖,层高不宜超过2 m。

基坑开挖到最底层后,挖掘机开挖至标高,立即进行基底检查,迅速完成级配碎石换填及垫层施工,无垫层坑底最大暴露面积不得大于200 m2,最大暴露时间不超过6 h。

邻近基坑边的局部深坑(深度超过1.5 m)应在大面积垫层完成后开挖,严禁一次开挖到底。

土方挖机、运输车直接进入基坑作业时,应采取保证坡度稳定的措施,坡道坡度不大于1∶8。

基坑坡顶2~6 m范围内允许堆荷在15 kN/m2以内,并及时清运,2 m范围内严禁堆载,并严格控制不均匀堆载,大量超载位置应另行加固。

基坑开挖过程中,应采取措施防止碰撞支护结构、工程桩或扰动基底原状上。

机械开挖的同时辅以人工配合,特别是基底以上50 cm的土层采用人工开挖,以避免超挖,一旦出现超挖部位不得采用原土回填压实,必须采用砂石换填等措施。

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。

开挖至坑底标高后坑底应及时满封闭并进行基础工程施工。

整个基坑开挖过程中采用人工配合机械开挖,机械无法开挖和开挖不到的土方,由人工进行开挖,并用手推车把土方运到机械可以挖到的地方,以便及时挖走。基坑开挖土方应运到指定的弃土场,严禁乱扔、乱弃。

基坑开挖至设计标高后,应及时组织基坑的报检、验收,基坑报检、验收合格后,应及时进行下一道工序的施工,严禁基坑长时间暴露。

5 结语

综上所述,通过对本工程的现场条件和施工方法的分析,对线带性工程通过有组织的施工,可以节省费用,缩短工期,确保工程安全,为今后类似工程施工提供一定的参考及指导意义。

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