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地下连续墙及逆作法在深基坑支护中的应用

2021-01-13

山西建筑 2021年2期
关键词:调蓄成槽弯矩

王 鑫

(中铁十四局集团第二工程有限公司,山东 泰安 271000)

1 工程概况

五六号调蓄池工程位于太原城市中心城区迎泽区,其中五号调蓄池汇水面积约为293 hm2,六号调蓄池汇水面积约为78 hm2,汇水面积合计371 hm2;新建五六号调蓄池设计最大池容14.6万m3。小雨时,通过五六号调蓄池外围配套管道自排至下游雨水系统;中雨时,通过五六号调蓄池外围配套管道,进入调蓄池渠道层,流入脱过泵房,根据雨量大小分别开启1号~4号脱过潜污泵(P=510 kW,Q=1.25 m3/s)排至南沙河;大雨及暴雨时,当降雨量超过5 m3/s时,脱过潜污泵无法全部将雨水排走,雨水进入调蓄池内调蓄,待雨停后通过2台放空轴流泵(P=220 kW,Q=0.86 m3/s)及1台放空潜污泵(P=35 kW,Q=0.1 m3/s),放空至下游雨水系统,有利解决了周边地区雨水排水问题,避免城市内涝。

2 工程地质条件

五六号调蓄池长度149.1 m、宽度68.9 m、最大开挖深度19 m。在土建施工阶段,需要在基坑开挖的同时采取有效的支护措施,且支护方案应当在土方开挖48 h内完成施工,保证开挖面无支护方案的距离不得高于30 m。这对本工程深基坑支护体系的设计提出更高的要求。结合地质条件及周边环境,本工程具体情况如下:

1)根据岩土工程勘察报告来看,场地以粉土、粉粘土为主,预计深基坑地基地层构成自上而下依次为:杂填土、粉土、粉质黏土、风化泥质砂岩。地基土物理力学性质指标如表1所示。

表1 地基土物理力学性质指标

2)本工程拟建场地地下水属于孔隙潜水,地下水静止水位埋深2.1 m~4.7 m,水位标高782.13 m~782.71 m。同时地下水补给源于地下侧向径流和大气降水,排泄则以地下侧向径流、蒸发等方式位置。根据现场勘察来看,不同季节地下水位呈现明显变化,变幅约为1.0 m。

3)工程场地周围环境相对复杂,基坑西侧靠近铁路,南北两侧距临近多层居民住宅楼和商场大厦,且周边管线相对较多,对沉降要求较高,必须合理选择深基坑支护施工方案,避免影响周边建筑及铁路线。

3 深基坑支护体系设计

结合地质勘察结果和周边环境,五六号调蓄池围护结构采用地下连续墙,总计74幅,深度27 m~37 m,标准幅6 m宽,厚度为800 mm,采用C35P12混凝土、锁口管接头。基坑外侧每幅地连墙的接缝位置通过引孔穿越导墙及三轴搅拌桩,加做两φ800@500的高压旋喷桩止水加固,以减小地连墙的渗漏现象。

深基坑施工采用(半)逆作法,即在施工过程中,首先完成交叉格形肋梁的混凝土浇筑施工,以其作为水平支撑结构,完成对深基坑土方的支护。然后对每层的钢筋混凝土肋形楼板完成浇筑施工,最后施工围护结构中的格构立柱、支撑梁、地连墙兼做主体结构中的池壁、梁、柱等主要部位。

同时,结合五六号调蓄池工程的实际情况,深基坑的作业区域大,且呈现不规则图形的分布。为了确保在地下连续墙施工作业时,存在足够的施工空间,工程采用边桁架结合对撑的策略,也就是在围护结构区域沿着基坑的四周设置永久钢筋混凝土支撑,通过“两纵一横”交叉型对撑,来实现地下连续墙施工作业,并用于施工栈桥。

4 深基坑逆作法地下连续墙开挖变形数值分析

4.1 承载能力极限状态分析

纵向受力钢筋的设计合理性,会对深基坑地下连续墙的强度产生决定性的影响。在计算地下连续墙的承载力极限时,可以结合墙体的水平位移模拟曲线,对其弯矩值进行计算,公式为:

其中,f为地下连续墙在水平方向的位移量;S为连续墙的挠度系数;EI为地下连续墙截面水平弯曲情况下的刚度值;M为地下连续墙弯矩值。

结合本工程实际情况,利用模拟地下连续墙的最大水平位移值计算得出墙体所受弯矩值:M=9.95×105N·m,且在理正基坑软件下,对本工程地下连续墙的弯矩值进行分析,随着开挖深度的进行,地下连续墙的弯矩值也呈现出不同的变化,具体如图1所示。

由图1可知,基于地下连续墙的承载强度设计,可以通过双向配筋的方式来增强地下连续墙的刚度。而在计算双向配筋的正截面受弯承载力时,运用以下公式进行计算:

该公式基于以下条件下达成:

1)x≤ξbh0;

4.2 正常使用极限状态分析

作为本工程重要的支护结构,地下连续墙的施工质量影响整个调蓄池的施工质量。它也是五六号调蓄池工程的重点施工区域。而随着土方开挖的深入,地下连续墙在水平方向的位移也逐步降低,并保持不变,即整个工程结构的主体施工结束之后,地下连续墙的弯矩几乎保持不变。由于其所受的弯矩值较高,应当基于裂缝控制原则对其进行优化设计。

根据GB 50010—2002混凝土结构设计规范规定,在地下连续墙施工过程中,应当控制其裂缝不得超过三级,即最大宽度限定为0.2 mm。而欧美一些国家,对混凝土的裂缝控制提出了不同的见解,认为潮湿环境中的混凝土结构的最大裂缝宽度可以限定在0.3 mm。因此,结合本工程的实际情况,根据地下混凝土的实际配筋(见表2),依据以下公式对其最大裂缝宽度进行计算,结果如表3所示。

表2 纵向受力钢筋计算参数

由表3可得知,本工程地下连续墙的当前的配筋的应力值范围约为153 MPa~178 MPa。但是所采用的钢筋其标准设计值为360 MPa。这意味着地下连续墙的钢筋并未完全发挥其强度作用,性能表现不足50%,无法体现HRB335 钢筋较高抗拉强度的特点,一定程度上也导致工程成本的增大。因此,本工程设定连续墙的裂缝宽度为0.3 mm。同时确定连续墙的宽度为800 mm,并选用20 mm直径的钢筋以250 mm的间距进行对称配筋,确保了地下连续墙满足本工程深基坑的支护要求。

表3 计算结果表(ω=0.2 mm)

5 深基坑逆作法地下连续墙施工控制要点

5.1 工程施工工序

在具体施工过程中,首先通过测量放线,对本工程施工区域的四周导墙进行施工修筑,其次利用成槽机械设备进行槽段的开挖施工,确保开挖沟槽的深度、宽度等参数符合设计要求,完成对沟槽的清槽施工后,完成钢筋笼的吊放施工,最后利用导管进行混凝土的浇筑施工,完成某区域地下连续墙槽段的施工。利用分段施工策略,最终完成整个地下连续墙的施工。具体流程如图2所示。

5.2 逆作法施工控制要点

本工程采用半逆作法进行施工,结合本工程实际情况,要求格构柱作为整个五六号调蓄池的竖向承载构件,这对构件的吊装施工提出了更高的要求。因此,在桩基施工过程中,采取有效措施按照设计要求进行桩基施工,并且在桩基成孔后,先在地面以上0.5 m处,放置呈现井字形的钢板,并借助定位钢板的螺栓对其水平方向进行微调,格构柱底部与钢筋笼连接部位,制成笼状定位架,以此取得较高的精度,满足工程施工需要。

在钢筋混凝土支撑梁施工过程中,支撑梁兼做主体结构的梁,与其相连结构的预埋筋定位尤为重要,我单位采用定位卡具的方式,严格控制预埋筋位置及间距。

在底板施工过程中,地下连续墙与底板的连接处,通过预埋直螺纹接驳器,将底板主筋进行连接,并剔凿剪力槽,并外用φ4网片与地连墙钢筋固定牢固,增强基础底板与围护结构地连墙的连接。

在内衬墙施工过程中,采用“两墙合一”的结构形式,地连墙与其结构内衬施工前,须将暴露的地连墙,全墙凿毛、清洗、接浆,通过地连墙预留的插筋与内衬墙进行连接。

在立柱施工过程中,由于先施工了梁,立柱的混凝土浇筑显得十分困难。我单位采用二次结构泵浇筑的方式,在模板上开孔,通过自密实混凝土进行浇筑,局部采用柱帽的方式,将柱顶作成托盘状,以便混凝土浇筑。

5.3 关键施工节点质量控制

1)成槽垂直度控制:成槽垂直度应满足1/500。因此结合本工程的地质结构以及施工周期要求,先采用抓斗式挖机初步进行土方施工,然后旋挖钻引孔定位,并借助成槽机设备完成整个成槽施工。同时整个施工过程中,现场设置专人对成槽垂直度进行检测,通过成槽机的显示仪时刻关注成槽纯制度,并利用超声波等仪器检测槽壁的施工质量,有效的确保了地下连续墙成槽施工的质量。

2)钢筋笼起吊控制:本工程地下连续墙的钢筋笼存在两种形状,包括“一”字型、转角“L”型等。在实际施工过程中,选用了1台100 t履带吊及1台50 t履带吊完成吊装施工。同时引入BIM技术,对整个钢筋笼的起吊、下放等施工进行模拟、碰撞验算,以确保整个钢筋笼施工的质量。现场起吊如图3所示。

5.4 施工过程监测

本工程地下连续墙施工过程中,为避免支护结构出现裂缝、坍塌等安全事故,采取了一定的监测手段来检测基坑的位移情况,并制订了详细的预案措施对深基坑支护结构进行加固处理。对于调蓄池,共计设置了8个观测点,重点观测调蓄池基坑变形情况,监测点设置成钢筋混凝土综合标,安装强制对中基座和水准标志。竖向位移用水准路线进行观测,水平位移用前方交会法进行观测。工程前期每天观测一次,持续监测7 d无明显位移后,采用5 d一个周期进行观测。混凝土底板浇筑施工结束后,每周观测一次,直至回填施工完成。根据监测结果来看,本工程期间,所有观测点的位移情况均满足施工要求,未出现异常情况。

6 结语

太原五六号调蓄池工程在深基坑施工过程中,采用了逆作法、地下连续墙相结合的支护措施,在保障了整个工程施工质量和安全的基础上,也加快了施工进度,降低了工程整体成本支出,取得了不俗的成果。

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