深基坑岩层地基先挖后撑施工技术的应用
2022-07-18周文兵牛洁雯
周文兵 牛洁雯
中亿丰建设集团股份有限公司 江苏 苏州 215131
1 工程概况
1.1 地理位置及周边情况
苏州市长恒置业有限公司拟建轨交1号线木渎公交换乘枢纽项目。场地位于木渎金山路东,广微路南。项目总用地面积19 465.8 m2,总建筑面积约116 880 m2。拟建工程包括1幢19层办公楼、1幢21层酒店、4层裙房、2层地下室及1层公交配套设施(位于地下室顶板上),拟建建(构)筑物均设2层地下室。
本工程±0 m相当于85高程4.10 m,自然地面平均标高为4.00 m(相对标高-0.10 m),基坑形状为不规则多边形,周长约589 m,面积约16 295 m2。1#楼部分筏板厚1 700 mm,底板板面标高为-9.450 m,垫层厚100 mm,故主楼部分基坑开挖深度为11.15 m;2#楼、裙房及地下车库部分筏板厚600 mm,底板板面标高为-9.450 m,垫层厚100 mm,基坑开挖深度为10.05 m。坑边承台、基础落深0.5~0.7 m,坑中坑最大落深4.20 m。根据基坑开挖深度及其周边环境条件,确定本基坑安全等级为一级。本基坑设计使用年限为1 a。
本基坑采用钻孔灌注桩+2道钢筋混凝土内支撑的支护形式,桩间采用挂网喷浆保护处理,支撑系统采用对撑加角撑和边桁架的支撑体系。
基坑采用三轴搅拌桩(土层区域)、高压旋喷桩(基岩区域)止水帷幕止水,坑内采用管井降水+明沟集水井抽水的排水方式(图1)。
图1 基坑支护平面示意
1.2 项目地勘情况
本工程地质土层从上至下主要为素填土、淤泥质填土、黏土、粉质黏土、强风化花岗岩与中风化花岗岩。经地勘勘探,采用“三角网法土石方计算法”计算,计算底标高采用-7.05 m,局部坑中坑计算底标高分别采用-10.10、-9.10、-8.25 m,开挖方量约为19 500 m3。
2 项目难点
本工程工期紧、任务重,尤其是本工程基坑支护竖向围护施工临近7~8月,在春节前需将底板全部浇筑完毕,避免基坑挖至基底后长期暴露产生风险。
根据设计要求,本工程需2道混凝土支撑浇筑完成且达到养护条件后,方可开挖支撑以下至基底的土石方,但由于北侧2道支撑以下土石方开挖存在花岗岩,基岩强度太高(单轴抗压强度达130 MPa以上,属于特坚岩)且受基坑支撑梁、立柱原因,液压破碎机作业空间受到支撑梁、钢立柱的限制,如第2道支撑梁施工完成后再进行第2道支撑梁以下石方开挖,会导致第2道支撑梁以下石方开挖的施工机械(破碎、运输机械)作业高度不够,而且基坑内支撑钢立柱桩林立,无法对第2道支撑梁以下的基坑石方进行开挖施工,将大大影响土方开挖的施工进度。同时一旦强行开挖势必会与支撑体系产生碰撞,对基坑的安全稳定产生重大安全隐患[1-7]。
3 基坑方案优化
3.1 设计优化
本工程基岩强度特高(130 MPa),对单独金刚石绳锯机切割开挖、液压破碎机破碎开挖、爆破开挖、绳锯机先切割分块加PC500破碎机破碎开挖等多方案进行比选,经现场测试论证结果决定,必须在第2道支撑梁施工前,用金刚石绳锯机切割分块结合PC500液压破碎机破碎的工法,对第2道支撑梁以下的石方进行组合式开挖。故对基坑支护及施工工况作如下调整。
1)基坑支护结构调整。由于北侧2道支撑在未形成前,土石方开挖需开挖至基底,此时为基坑最不利工况,故对原设计的支护结构灌注桩的配筋及桩长进行适当加大。
2)施工工况调整。
工况1:土方开挖至2道混凝土支撑底,优先施工南侧非花岗岩区域支撑梁,北侧花岗岩区域留土范围内(坑边留土10 m范围)角撑局部也可同步施工。
工况1:待2道混凝土支撑施工完成且达到养护强度后,北侧花岗岩区域采用盆式开挖的方法开挖中心区域土石方至基底。南侧非花岗岩区域2道混凝土支撑梁以下土方不得开挖。
工况3:排架搭设,施工北侧花岗岩区域2道混凝土支撑。
工况4:待北侧花岗岩区域2道混凝土支撑施工完成并达到养护强度后,开挖北侧花岗岩区域留土区域土石方以及南侧非花岗岩区域2道混凝土支撑梁以下土方(图2)。
图2 施工工况平面示意
3.2 第2道支撑梁以下石方盆式开挖安全计算复核
第1道支撑已施工完毕,围护边留土宽度不小于10 m,留土顶面标高-8.50~-6.50 m。按最不利留土面标高-8.50 m考虑,最大位移为21.96 mm,围护结构稳定性满足要求,围护灌注桩配筋满足要求。经计算,基坑抗倾覆、整体稳定、基底抗隆起等也均满足规范要求。
4 主要施工控制要点
4.1 排架支模逆作支撑
主要特点:层高大,局部坑中坑向上排架搭设高度9.65 m,底板向上排架搭设高度3.8 m;荷载大,梁截面为1.2 m×0.8 m、0.8 m×0.8 m、0.7 m×0.8 m,大于0.45 m2,根据规定,本模板工程属高大模板工程。
本工程支撑梁模板支架采用满堂式钢管脚手架,考虑到搭设立杆间距的合理布置,排架搭设间距统一为900 mm×900 mm;水平杆步距1 500 mm,剪刀撑按照要求连贯设置,确保支架的稳定性、刚度、整体性符合要求。中心区域排架均需与周边已完成角撑相连,使排架形成整体稳定的体系,同时排架持力层面若为岩层,则可直接采用岩石面作为模板支架持力层面,若为土层,则需浇筑100 mm厚C20混凝土垫层,确保该位置的基坑土层持力层面满足模板支架承载力要求。
4.2 金刚石串珠绳锯开采
本工程土石方开挖主要采用绳锯开采的方式,其具有以下优势:
1)适应性广,不受高度的限制。绳锯适用于所有类型矿山、基坑石方。
2)功能强、效率高。首先,开采深度深,能达到l0~20 m甚至更深,常规开采一般只在10 m以内;其次,切割速度快,一般能达到4~5 m2/h,是常规切割的2~3倍。
3)绳锯能进行垂直、水平面等各个方向的切割,还能进行盲切。
4)成材率高、综合成本低。绳锯的切面非常平整且不会对荒料造成任何内伤;锯缝小,只有约11 mm,不会造成资源浪费,能有效控制与立柱桩的安全距离。
5)安全环保。绳锯开采无噪声、无粉尘,且自动化程度高,分离式操控,工人劳强度低、安全性高;常规切割噪声和粉尘都非常大,且工人劳动强度大,安全性相对较低。
4.3 基坑石方开挖钢格栅立柱部位的特殊注意事项
根据本工程基岩石方位置的特殊性,地下室基坑石方开挖位置有围护支撑钢格栅立柱桩,在钢格栅立柱桩周围进行石方破碎开挖会对钢立柱造成侵扰,必须重点加强对钢格栅立柱周围石方开挖时的安全防护措施,在钢格栅立柱周围1 m单位外对石方进行分块,钢格栅立柱用2 m×2 m的石柱墩保护加强,严禁用液压破碎机进行破碎开挖。采用金刚石绳锯机进行无扰动开挖钢格栅立柱周围的石方时,绳锯必须与钢格栅保持0.5 m的安全距离,0.5 m范围内的石方开挖必须采取人工破碎开挖,以确保支撑系统钢立柱的安全。
开挖前对开挖人员进行技术交底、安全交底,安排专人对钢立柱的安全进行监管,在钢立柱位置设置明显的防撞警示标志,编制钢立柱1.5 m范围的石方开挖作业指导书,安排专业技术人员对钢格栅立柱1.5 m范围内石方绳锯开挖进行作业指导,确保每根钢格栅立柱不受基坑石方开挖的扰动影响。
在石方吊装运输过程中,特别注意对地下室钢格栅立柱的保护,在钢立柱周围搭设安全防护措施,设置防撞标志,安全专业指挥人员对调运过程进行全过程指导监护,直至本工程石方开挖全部结束。
5 基坑监测数值分析
根据优化后的基坑方案,编制详细的基坑监测方案。为确保基坑施工安全,沿基坑设置地表垂直位移监测点、围护结构顶部垂直位移监测点、围护结构顶部水平位移监测点及支撑轴力监测点、坑内外水位监测点等。
在中心区域土方开挖至基底时,本工程基坑为最不利状态。通过实时监测数据分析,本工程在最不利条件下的各项监测数据均在控制指标范围内,说明中心区域开挖留置土体护坡稳定、优化体系受力合理,达到了相互验证的目的,优化方案得到实践证实。
6 结语
本项目为深基坑多道混凝土支撑下方特硬岩的土石方开挖,属于特殊地质工况。本工程通过采取先挖后撑的方式,通过支护结构及施工工况的优化,加快了特硬岩层的开挖,降低了基坑土方开挖过程与支撑体系碰撞的风险,降低了施工造价,为今后类似的深基坑岩层开挖提供了一定的借鉴作用。