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杭州市金桥北路市政综合管廊基坑施工技术

TRD工法 2022年5月24日 项敏 256



摘 要


摘要:随着城市建设的迅速发展,地下空间开发不断趋向深、大、密等特征,紧邻建筑物的基坑项目越来越多。结合杭州某综合管廊项目基坑工程,探讨软土环境和富水条件下基坑的围护结构工艺手段,解决复杂地质条件下基坑降水、分层分块开挖、支撑安装、周边环境保护等工程施工难点,并采用信息化施工技术对管廊项目实时分析反馈,保护基坑安全施工和邻近结构的正常稳定。该工程可为相关工程的设计和施工提供借鉴。


关键词:软土地区,施工技术,环境保护,信息化


0 引 言


随着城市建设的发展,地下商场、地铁、地下管廊等地下建筑逐渐兴起,复杂、深大基坑的出现给基坑设计、工程施工和管理带来巨大的机遇和挑战。杭州地区具有独特的软土地质条件和地下水环境,基坑开挖施工容易受周围建筑和管线的影响,因此基坑施工全过程应做好勘察、设计、施工、监测、环境保护等重要工作,采用信息化综合管理系统和风险预警技术,保护基坑安全施工和邻近结构的正常稳定。


针对杭州市富阳区金桥北路市政综合管廊项目基坑工程,探讨通过施工工艺解决复杂环境下的基坑开挖稳定性、周边环境保护等问题,对基坑降水、支撑安装等关键施工技术和环境保护措施进行组织设计,确保管廊项目的顺利进行。


1 工程概况


1.1 工程简介

本项目为杭州市富阳区金桥北路市政综合管廊K0+340~K3+146标段项目,北起高新路,南至体育场路。管廊南北布置,实际施工段落2.806 km。图1为管廊地理位置图。管廊设计外框尺寸为10.3 m×4.6 m,基坑开挖深度为8 m~12 m。

杭州市金桥北路市政综合管廊基坑施工技术


基坑围护采用850 mm厚TRD水泥土连续墙围护结构,TRD水泥土墙内插H700×300型钢,间距0.6 m~1.2 m。水泥采用P.O42.5级普通硅酸盐水泥,水灰比取1.0~2.0,一般段水泥掺量为20%,临近建筑物及临河段提高水泥掺量至30%。


支撑体系采用钢筋混凝土支撑和钢管支撑结合,基坑内设2道~3道内支撑,第1道采用800×800钢筋混凝土支撑,第2,3道采用609×16钢管支撑。


部分基坑底部位于软弱土层,采用800@600高压旋喷桩进行地基加固,水泥采用P.O42.5级及以上普通硅酸盐水泥。基坑底至坑底以下3 m地基加固水泥掺量为25%,设计要求水泥土28 d强度qu≥1.0 MPa。


1.2 工程地质条件

本工程所涉及的土层如下:①1杂填土,土质不均匀,全场分布;①2耕土及素填土:灰褐色,夹少量碎砾石;②1粘土,硬可塑,韧性高;②2粉质粘土:灰褐色、灰黄夹白色,韧性中等;②3-1粘质粉土,干强度和韧性低;④1淤泥及淤泥质粘土,流塑,局部缺失;④2淤泥质粉质粘土,灰色,流塑;④3淤泥质粘土,灰色,流塑,干强度和韧性高;⑤1粉质粘土,可塑;⑤2含砂粉质粘土,干强度和韧性中等,少量分布;⑥1圆砾:灰黄、褐黄色,密实,全场分布。主体基坑底板主要落在④1淤泥及淤泥质粘土层,土层地质参数如表1所示。

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1.3 水文地质条件

本项目场内地下水类型主要为潜水、承压水和基岩裂隙水。潜水地下水位埋深为0.95 m~4 m,主要接受大气降水和地下同层侧向径流补给,以竖向蒸发及地下同层侧向径流方式排泄,并随季节性变化;承压水地下水位埋深为地面下2.49 m,分布于中下层,水量丰富含水层厚度较大;基岩裂隙水主要赋存于下部基岩风化裂隙内,水量相对较弱。地下水对混凝土结构具有微腐蚀性。


2 工程重点和难点


1)基坑周边地面建筑物保护。

本项目位于城市主干道,施工场地周边有居民住宅和桥梁等建筑物,对周边建筑物保护尤为重要。需加强监控量测,在基坑周边设置地面沉降和基坑变形观测点,对基坑内外的地下水位变化及地下管线的沉降进行监控,当出现基坑周边建筑物变形超过警戒值或迎水面时,需及时与监理、设计、业主沟通,采取措施,保证基坑及周围建筑物的安全。


2)控制围护结构渗漏水。

围护结构渗漏易造成基坑发生流沙、管涌等问题,影响基坑安全稳定性。开挖完成发现围护结构渗漏现象即停止开挖,先从内进行引流、封堵处理,进行外部注水泥水玻璃双浆液堵漏处理。


3)确保基坑安全稳定。

本项目基坑开挖过程持续时间较长,对周边环境影响较大。应开挖分段、分层进行,遵循时空效应,严格遵循“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则,进行实时监控,根据量测信息反馈、位移分析来调整支护参数,以此作为安全保证的主要手段。

4)基坑降水。

本项目场内地下水类型主要为潜水、承压水和基岩裂隙水。基坑开挖水位需降至开挖面以下1.0 m,最大水位降深达10 m左右,降深较大。因此,本项目中,基坑降水按分层、按需降水、动态调整的原则进行。当出现基坑周边建筑物不均匀沉降、地下管线变形过大、地面开裂塌陷等异常情况时,应停止大量降水,采取维持性降水,确保基坑开挖的安全进行。


3 关键施工技术


3.1  围护结构施工

本项目工程围护设计采用850 mm厚TRD水泥土连续墙(内插H700×300型钢,间距0.6 m~1.2 m)围护结构,水泥采用P.O42.5级普通硅酸盐水泥,水灰比取1.0~2.0,一般段水泥掺量为20%,临近建筑物及临河段提高水泥掺量至30%。水泥土28 d无侧限抗压强度标准值qu≥1.0 MPa,渗透系数不超过1×10-7 cm/s,水泥土连续墙墙体垂直度允许偏差1/250。TRD工法施工采用3循环水泥土搅拌墙建造工序,即前行切削、回程切削、搅拌固化成墙的施工方法部分。主要施工步骤如图2所示。基坑坑底位于软弱土层,为保证基坑开挖过程中围护结构的稳定性,采用800@600高压旋喷桩加固,水泥采用P.O42.5级及以上普通硅酸盐水泥。水泥土加固体28 d时qu不低于1.0 MPa。

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3.2 降水

本项目场内地下水类型为地表水、潜水、承压水、基岩裂隙水。经勘察,场内地下水对混凝土结构的钢筋具微腐蚀性。本次降水的目的为:


1)将基坑内水位维持在基坑开挖面以下不小于1.0 m,保证坑内土体边坡稳定,防止滑坡;


2)保证承压水在基坑开挖过程中满足抗承压水稳定要求,安全系数不小于1.1,确保基坑开挖安全;


3)通过控制降水,减少由于基坑降水对周边环境的影响。


基坑降水按照“分层降水、按需降水”的原则,减少降水对基坑周边环境的影响,保证基坑开挖的安全。基坑内降水井类型包括疏干井、混合井和坑内减压备用井及坑外减压备用兼观测井,总计34口。疏干井间距12 m,坑内30 m间距布置减压井,坑外30 m间距布置减压备用兼观测井。钻井设备选用反循环地质钻机,降水井孔径为800 mm。成井工艺如下:定位、埋设护孔管、下井管、填料、洗井、降水试验、排水。


3.3 基坑开挖

施工中运用“时空效应”理论指导基坑开挖,遵循“开槽限时支撑,先撑后挖,分层分段,对称平衡,留土护壁,严禁超挖”的原则,控制围护结构变形与周围地表沉降。


基坑开挖顺序如下:测量放线→冠梁及混凝土支撑施工→基坑降水→分层分段开挖→第二、三道钢支撑施工→挖至基底→验槽→浇筑垫层。其中施工过程中应遵循:


1)须在地下水泥土搅拌墙、冠梁及坑底加固达到设计强度方可进行基坑开挖,开挖时墙后2倍基坑深度范围内堆载不大于25 kPa,且基坑边3 m范围内不得存土;


2)每一工况挖土及钢支撑的安装时间不超过16h;


3)基坑开挖纵向坡度不得陡于1∶3坡度,确保边坡稳定;


4)必须分段、分区、分层、对称开挖,不得超挖,每步开挖所暴露的部分水泥土连续墙宽度宜控制在3 m~5 m,每层开挖深度不大于2.0 m,严禁在一个工况条件下一次开挖到底;


5)封堵墙两端各预留10 m~12 m的平台不得开挖,待下个结构段施工时,再行挖除。图3为基坑开挖平面示意图。

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3.4 支撑施工

1)钢围檩安装。

每层土方开挖至支撑位置后,根据测量组放出的钢围檩中心线反算出钢牛腿顶面标高,进行牛腿安装。钢围檩随支撑架设顺序逐段吊装,采用人工配合吊机将钢腰梁安放于支撑板,钢围檩安装后应检查支撑板是否与钢围檩紧密焊接,或因撞击而松动,如出现焊接不牢应及时补焊,因实际支撑板安装角度容易出现偏差,可采用钢楔将支撑板与围檩间缝隙焊实,最后用C30细石混凝土将围檩与围护结构间缝隙填充密实,以便围檩均匀受力。


2)钢支撑预加轴力控制。

钢支撑安设好后,必须立即施加向外的预加轴力。预加轴力按照钢支撑轴力设计值的50%施加,施加可根据地表沉降及桩顶侧移适当调整。预加轴力应根据施工监测情况分级施加,避免围护桩桩体发生向基坑外侧过大的变形。过河段管廊换撑,根据设计要求,为控制墙体水平位移,钢支撑必须附加预应力装置,下道支撑架设后需对所有支撑附加预应力。支撑架设完成后,为克服支撑端头与连续墙面不完全密贴而造成的点支承或线支承现象,防止钢支撑偏心受压,对围檩与围护桩之间的空隙加设钢楔打紧并灌注快凝早强砂浆充填,保证支护体系的整体支撑效果。


3)支撑拆卸。

钢支撑卸荷及拆卸要在相应结构浇筑完成并达到设计强度80%后拆除,结合结构施工过程,以免发生质量及安全事故。


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4 环境保护措施


4.1 施工现场的环境保护

施工现场产生的噪声、粉尘及废水等将直接影响社区生活环境。因此,切实做好环境保护工作是保持正常施工的主要工作之一。


针对本项目工程所处位置的特点,建立施工现场环保自我保证体系。对现场产生的噪声,扬尘等污染采取措施,以减轻各种污染及噪声扰民。现场出入口设专人清扫车轮,并拍实车上土或严密遮盖,运输土方最高点不超过车辆槽上沿50 cm。施工现场搅拌作业时,在搅拌前设置“沉淀池”。使排放的废水排入沉淀池,经沉淀后,流入水沟排入市政污水管。


4.2 地下管线的迁移和保护

本工程沿线道路作为穿越城区的南北向主干道,施工区域管线错综复杂,存在给水管、电力管、通信管及燃气管,保护管线对保证周围居民正常生活至关重要,因此管线迁移是本工程的关键。本工程将横穿管廊的通信管和燃气管,与相关产权单位对接完成后进行二次迁改,对于管廊上方的给水管改迁至中分带。


4.3 建筑物的保护措施

对于基坑周边的建筑,需采取相应的保护措施:


1)基坑开挖过程严格遵循“分段、分层、平衡”的原则,先撑后挖,控制支撑架设时间,及时准确施加预应力,保证基坑边坡稳定和周边建筑物安全;


2)实施实时监控,在基坑周边设置地面沉降和基坑变形观测点,对基坑内外的地下水位变化及地下管线的沉降进行监控,运用信息化施工,确保周边建筑物的安全。


4.4 信息化施工

谢亮等将信息化施工应用于湘潭市新天地(九华)商业区基坑项目中,对基坑周边设置观测点,对施工过程中基坑变形等进行实时监测,确保基坑安全。本工程中,采用实时监测严格控制,实施信息化管理,根据信息及时做出调整,反馈到施工中。在基坑周边设置地面沉降和基坑变形观测点,对基坑内外的地下水位变化及地下管线的沉降进行监控。根据量测信息反馈、位移分析来调整支护参数,以此作为安全保证的主要手段。基坑开挖过程持续时间较长,对周边环境影响较大。当出现基坑周边建筑物不均匀沉降、地下管线变形过大、地面开裂塌陷等异常情况时,应停止大量降水,采取维持性降水,立即分析原因,采取措施排除隐患。


5 结 语


在“分层、分段、平衡”的时空效应理论指导下,进行复杂环境下的综合管廊项目基坑开挖施工组织设计。结合该地区独特的软土地质和地下水环境,该工程采用TRD水泥土内插型钢连续墙为基坑围护结构,按照“分层降水、按需降水”的原则减少降水对基坑周边环境的影响,并对该地区地下管线和周边建筑进行保护,确保基坑的安全施工和周边环境的正常稳定。同时采用信息化施工技术,对基坑和周围建筑物变形、支撑轴力、坑外地表沉降等重要监测指标进行分析控制,使基坑整体变形在安全可控范围,确保管廊项目的顺利进行。本次管廊项目基坑施工的实践,可为杭州地区深基坑工程设计和施工提供宝贵的经验。


来源:《山西建筑》

作者:郭旭东

编辑整理:项敏

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TRD工法


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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