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城市中心区超深埋地下车库(井筒式)深基坑施工技术

TRD工法 2022年5月17日 项敏 202



摘 要


摘要:通过某超深埋地下车库(井筒式)深基坑工程的施工实践及综合研究,阐述了工程实施全过程中的TRD工法(水泥土地下连续墙)、预应力型钢组合内支撑、土方开挖等关键施工技术。根据监测结果,基坑变形控制较好,为今后类似地下车库工程的建设提供了参考借鉴。


关键词:超深埋;地下车库;深基坑;组合内支撑;施工技术


近年来,随着浙江省和长三角地区经济的飞速发展,浙江省各地市的城市和基础设施建设得到了前所未有的发展,特别像杭州、宁波、温州等一些中心城市的高层建筑、地下商场、地下停车场等地下工程越来越多,为解决现有在寸土寸金的城市环境中不断涌现的大量小型汽车的停车难问题,在有限的公共地面环境条件下建设地下停车场己势在必行,超深埋地下车库将成为最好的选择。


本文结合某超埋深的井筒式地下车库工程实例,在指岀施工特点、难点的基础上,对施工过程中的技术做了总结,可以为今后同类地下车库的施工提供参考意见。


1 工程概况


湖墅南路密渡桥地下公共停车库工程(图1)位于杭州市湖墅南路与密渡桥路交叉口,总建筑面积为369 m其中地下190 m2,地上179 tn.地上部分为2层框架结构,建筑高度为5.6m,场地平整,自然地坪标高5.67〜6.81m。


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图1 工程效果图


本工程地下室为PCS型井筒式机械停车库筒体,地下室底板标高为-32.05 m,底板厚度为Im,最大挖深34.3 m,地下室混凝土强度为C35,深度小于10 m时抗渗等级为P6,深度在10〜20 m时抗渗等级为P8,深度在20〜30 m时抗渗等级为P10,深度大于30 m时抗渗等级为P12。


2 基坑支护方案


综合分析场地地理位置、土质条件、基坑开挖深度及周围环境等多种因素,本项目釆用的围护方案(图2)为:釆用厚850 mm的水泥土地下连续墙(TRD)作为止水帷幕,止水帷幕截断承压含水层;釆用φ1200 mm@1600 mm的灌注桩作为围护桩,桩表面挂网喷混凝土防止桩间土流失,桩顶不放坡,围护桩作外墙的单侧模板,不设置换撑;设置8道内支撑,其中第2、3、4、6、7、8共6道为型钢支撑,第1、5道为钢筋混凝土支撑;坑内排水为深井降水,及时疏干坑内孔隙潜水和排出坑底孔隙承压水,以方便土方开挖。

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图2 基坑围护结构平面示意图


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3 工程特点、难点


本基坑工程地处杭州市核心闹市区,最大开挖深度达34.3m,周边环境保护要求极高,工程地质、水文条件极为复杂,基坑工程的施工风险和变形控制难度非常大。主要存在以下特点及难点:


1)基坑最深处达34.3m,属国内少见的超深基坑。


2)工程釆用了包括TRD工法(水泥土地下连续墙)、预应力型钢组合内支撑、旋挖灌注桩等在内的多项新技术、新工艺。


3)基坑周边环境复杂(东面为湖墅南路,南面为密渡桥路,西面紧邻古新河,北面紧邻己建建筑),场地内施工空间狭小,对基坑周边环境的影响、土方开挖施工顺序安排及土方驳运提出了极高的要求。


4)基坑深度内土质条件较复杂。上部土层为杂填土,自稳能力差,开挖面的淤泥质土质较差,土层厚度变化大,对围护的稳定性及变形控制不利。


4 施工关键技术


4.1  TRD水泥土连续墙施工

TRD工法(Trench-Cutting&Re-mxing Deep Wall Method,水泥加固土地下连续墙浇筑施工法)是一种把插入地基中的链锯式切割箱与主机连接,沿着横向移动、切割及灌注水泥浆,在槽内形成对流,混合、搅拌、固结原来位置上的泥土,从而在地下形成等厚度连续墙的施工工艺(图3)。


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图3 TRD水泥土连续墙施工工艺


施工主要工艺流程如下:机械组装一放样复核一桩机定位一打入切割箱一先行挖掘(注入切削液)一回撤挖掘一搅拌成墙(注入固化液)。


本工程止水帷幕为厚850 mm水泥土连续墙(TRD),采用P.O 42.5普通硅酸盐水泥,水泥掺量不小于20%,水灰比1.0-2.0,桩顶和桩底允许偏差为-10.0〜10.0 cm,桩体垂直偏差不大于1/200。施工过程中一旦出现冷缝,则在接缝处对已成墙(长度为0.5 m)重新切割搅拌。拐弯处各向两边外推0.5 m以保证施工连续性和止水效果。每台班进行一组水泥土试件试验,无侧限抗压强度要求大于1.0 Pa。


4.2 土方开挖

本工程为井筒式深基坑工程,基坑开挖深,施工场地狭小,支撑数量多,土方工作量大,需要与支护结构配合施工,土方工程的进程将直接影响工程进展。


4.2.1开挖工序

本工程土方开挖自上而下,分9层进行开挖,开挖工序如下:

1)开挖至第1道混凝土支撑底面标高,施工第1道混凝土支撑。

2)开挖至第2道钢支撑底面标高下1.0 m,架设第2道钢支撑。

3)开挖至第3道钢支撑底面标高下1.0m,架设第3道钢支撑。

4)开挖至第4道钢支撑底面标高下1.0 m,架设第4道钢支撑。

5)开挖至第5道混凝土支撑底面标高,施工第5道混凝土支撑。

6)开挖至第6道钢支撑底面标高下1.0 m,架设第6道钢支撑。

7)开挖至第7道钢支撑底面标高下1.0m,架设第7道钢支撑。

8)开挖至第8道钢支撑底面标高下1.0m,架设第8道钢支撑。

9)开挖至距离基坑底标高0.2 m左右时,停止机械开挖,改用人工开挖至设计标高,施工垫层。


本工程开挖深度较深,施工中我们釆用了以下2种开挖方法:第2道支撑以上土体,釆用反铲挖掘机施工;第2道支撑以下土体,采用小型液压挖掘机配合蚌式抓斗吊施工(图4)。

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4.2.2淤泥土拌和生石灰改善土质开挖性能

基坑开挖范围内③1、③2层为淤泥质粉质黏土,厚达20 m,含水率高达43.6%,流塑状,具有高含水率、高压缩性、力学性质差等特点,极易造成挖土机械下陷、倾覆,施工受影响较大。为解决厚20m淤泥层开挖难题,项目部自购生石灰拌和淤泥土进行固化处理,达到了改善淤泥土开挖性能的效果。


4.3 预应力型钢装配式组合内支撑施工

本工程装配式组合钢构件安装,采用分件吊装的方法,本工程分3个流水段进行吊装,分别吊装围標、角撑及对撑部分。待螺栓紧固后,依次进行千斤顶安装及预应力施加,然后进行辅助固定。现场吊装划分区域,吊装采用汽车吊进行现场安装施工。


4.3.1安装围標

安装围標应遵循”减少接头数,先长后短”的原则,逐段顺序随支撑架设安装,钢围標通过人工配合吊机的方式安放于钢牛腿上,围標就位后应立即检査钢牛腿是否松动。


围標的搭接和连接均使用高强螺栓,其强度必须满足设计要求。连接时分初拧和终拧将高强螺栓紧固,终拧扭矩控制值为规范要求的726 N-m,初拧扭矩应控制在终拧的50%〜70%,偏差应控制在-10%〜10%的范围内。


4.3.2安装角撑

由于角撑不宜直接安装并施加预应力,因此先在地面进行角撑的预拼接并检査拼接后的顺直度,而后才可进行角撑整体吊装。在预拼接作业过程中,各连接构件应通过高强螺栓连接牢固。


4.3.3安装对撑

对撑安装也同样釆用地面预拼装的方式,预拼装时要求支撑两头中心线的偏心度不大于2 mm。对撑就位时根据对撑的构件平面尺寸及质量设置吊点。对撑安装就位后两端的高差必须小于20 mm和对撑长度的1/600,对撑整体挠曲度必须控制在跨度的1/1 000以内。


4.3.4施加预应力

1)张拉前,应对油表、油缸以及张拉器等设备进行标定。


2)支撑上设置有可二次复加预应力的装置,当监测显示墙体的水平位移率超过预警值时,可通过二次增加预应力的方式以控制墙体变形。


3)预应力施工作业时,要做好施加预应力的记录并及时检查每个点的连接情况;在支撑受力后,应严格检査是否存在支撑和受压面不垂直的情况,防止因上述情况而导致的基坑支撑失稳等现象的发生。


4)在加压时,采取在千斤顶后面设置钢板的临时措施来调整油缸长度,以便将千斤顶油缸的伸出长度控制在10cm以内。


4.4 基坑变形控制

本工程基坑监测主要可分以下几个阶段:


1)第1阶段:基坑土方开挖阶段。本阶段自基坑第1层土方开挖施工开始,至基坑底板全部浇筑完成,进入养护阶段。随着土方开挖、支撑施工、垫层浇筑,各监测项目全面开展,为重点监测阶段。


2)第2阶段:基坑支撑拆除及地下结构施工阶段。支撑拆除期间同时进行地下结构施工,至基坑顶板封顶,基坑监测工作基本结束。


5 施工效果


截至基坑顶板混凝土浇筑完成,根据监测单位对该基坑支护结构变形连续监测的结果,监测报告及巡视检査显示,施工期间基坑支护结构各项变形值均小于报警值,基坑处于安全可控状态,确保了基坑安全,同时将对周边环境的影响降到最低,得到了业主、监理及设计单位的高度肯定和好评。


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6 结 语

通过城市中心区超深基坑工程及在周边环境变形控制方面积累的经验,将相关施工参数、工艺流程进行了归纳总结,可为类似工程提供参考和借鉴。


来源:《地基基础》

作者:王栋

编辑整理:项敏

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TRD工法(Trench-Cutting & Re-mixing Deep Wall Method),又称等厚度水泥土地下连续墙工法,其基本原理是利用链锯式刀具箱竖直插入地层中,然后作水平横向运动,同时由链条带动刀具作上下的回转运动,搅拌混合原土并灌入水泥浆,形成一定强度和厚度的墙。

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TRD工法通过水平横向运动成墙,可形成没有接口的等厚连续墙体,其止水防渗效果远远优于柱列式地下连续墙和柱列式搅拌桩加固,其主要特点是环境污染小、成墙连续、表面平整、厚度一致、墙体均匀性好、防渗性能好、施工安全,与传统柱列式地下连续墙相比隔渗,经济性好。 


TRD工法适应粘性土、砂土、砂砾及砾石层等地层,在标贯击数达50~60击的密实砂层、无侧限抗压强度不大于5MPa的软岩中也具有良好的适用性。可广泛应用于超深隔水帷幕、型钢水泥土搅拌墙、地墙槽壁加固等领域。


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