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三河交汇处复杂环境超大深基坑支护开挖关键技术分析

CSM工法·MJS-RJP 2021年2月5日 项敏 1386





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三河交汇处复杂环境超大深基坑支护开挖关键技术分析

林佐江



摘  要


【摘要】:针对软土地区群体建筑超大深基坑设计施工的复杂性,文章以天津三河交汇处某超大深基坑工程为例,对基坑支护形式、止水帷幕、开挖方式等关键技术进行分析论述,提出采用超大深基坑双岛式非敞开空间土方开挖、SMC等厚水泥土搅拌墙、MJS工法桩支护、密集群桩区全回转全套拔桩等技术,解决了复杂环境深基坑施工难题,保证了基坑的安全性和稳定性。


【关键词】:超大深基坑;复合支护;土方开挖;复杂环境;软土地区;止水帷幕;SMC等厚水泥土搅拌墙;MJS工法桩;拔桩

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工程概况


某建筑板块一期工程总建筑面积约99809.43m2,含5栋塔楼,整体地下3层,局部楼座区域设置地下夹层,框架-剪力墙结构,最大高度128 m。基坑周长约530 m,面积约1.57万m2,开挖深度为17.093 m(局部深坑位置最大加深3.45 m),周边环境复杂。天津属于典型软土地区,本工程地处三河交汇之处,场地土层含水量高,地下水位较高,根据场地地层分布,将场地埋深约20.00~50.00 m段分为2个微承压含水层及2个相对隔水层。


根据地质勘查报告,场地内分布洪泛及故河道冲积层,根据其分布范围将场地分为两个区:Ⅰ区为无故河道分布区;Ⅱ区为故河道分布区。静止水埋深1.8~3.18 m(大沽标高2.01~0.62 m),第一承压含水层水头高程为大沽标高-1.41 m,位于⑧2粉土、⑨2粉砂层,第二承压水含水层水头高程为大沽标高-1.55m,位于11-2粉土、粉砂层。综合考虑,止水帷幕设计时隔断上部潜水及第一承压水层,有效长度34 m,端部位于11-1粉质黏土

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基坑支护设计


基坑支护结构原设计采用800 mm厚钢筋混凝土地下连续墙,综合考虑工期、成本等因素,仅保留基坑西侧邻近地铁保护区位置地下连续墙,其余区域采用ϕ1300 mm@1 500 mm大直径灌注桩+800 mm厚SMC水泥土搅拌墙,在地下连续墙与水泥土搅拌墙交接处及地下连续墙接缝处采用32根ϕ2000 mm MJS工法桩,变压器狭小空间处采用21根ϕ1 800 mm@1 300mm MJS工法桩。由于天津特殊的工程地质条件,基坑支护结构原设计三道混凝土支撑,考虑楼座结构标高,为缩短基坑施工工期,将支撑形式优化为两道混凝土内支撑。


工程位于三河交汇之处,采用SMC等厚度水泥土搅拌墙+MJS工法桩+地下连续墙的复合止水帷幕体系,SMC工法将液压双轮铣槽机和传统深层搅拌技术相结合,具备良好的止水效果。靠近变压器的空间受限区域将SMC等厚度水泥土搅拌墙变更为施工机械体积小、止水效果较好的MJS工法桩,通过地内压力监测和强制排浆,对地压力进行调控。复合止水帷幕衔接处,合理组织地下连续墙、SMC等厚度水泥土搅拌墙及MJS工法桩的施工步序,同部位优先施工地下连续墙及支护桩,最后施工SMC等厚度水泥土搅拌墙。

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关键技术


3.1 地下连续墙+密排支护桩


3.1.1地下连续墙分幅施工

地下连续墙厚1 000 mm、长33.5 m、标准幅宽6m,共31副,采用水下混凝土C35,钢筋笼长27.6 m,底部设5.9 m长素混凝土段,隔断第一承压含水层。根据工程整体施工部署,先行施工结构处于关键路线的部分,故选取靠近A栋、B栋楼座的D8、D24作为首开幅,随后分别从首开幅两侧对称进行施工,尽快完成先行施工结构区域土方开挖影响范围内地下连续墙。见图1。

三河交汇处复杂环境超大深基坑支护开挖关键技术分析

地下连续墙接头处采用锁口管柔性接头,抗剪、抗弯及止水效果差,为确保基坑止水效果,地下连续墙接缝处和地下连续墙与SMC水泥搅拌墙交接处外侧设置MJS工法桩作为止水的加强措施,MJS工法桩共32根,桩径为2 000 mm,与地下连续墙等长,为避免地下连续墙可能出现的墙体鼓包,MJS工法桩桩心与地下连续墙距离控制在707 mm左右,确保搭接≮300 mm。见图2。

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3.1.2密排支护桩施工

支护桩共254根,桩径1 300 mm,中心距1 500mm,有效桩长27.6 m。场地东侧区域现存3个变压器且沿围墙架设有10 kV高压线,支护桩距离变压器及高压线过近,施工过程中对该路段变压器进行停电,采用发电机供电且变压器位置支护桩向坑内偏移300 mm。变压器区域先施工支护桩,再施工MJS工法桩;提前插入非变压器区域SMC水泥土搅拌墙施工,然后施工两栋紧邻楼座范围支护桩,最后施工剩余支护桩。共分5个施工流水段,投入3台KQ1500潜水钻机及2台GPS20磨盘钻机。磨盘钻机施工效率慢,但是成桩垂直度好,潜水钻施工效率高,然基坑开挖后个别支护桩有较大扩径现象,需进行剔凿。


3.2密集群桩全回转全套管拔桩


密集群桩区障碍桩数量过多且位置特殊,周边先行施工结构、围护结构及其他工程桩均已施工完毕,试钻时障碍桩定位与原竣工图纸不符。故将基坑开挖至废桩顶标高位置,重新对桩位进行测量定位,采用钻机插空试钻后仍无法施工,判断为障碍桩底部存在废桩或桩身倾斜度过大,对障碍桩定位返图,通过计算确定调整后定位,现场测设定位后确定实际障碍桩拔除数量及位置。障碍桩共计226根,桩径600mm,采用SRD-2000HL型360°全回转套管钻机进行桩体的清除,配套ϕ1 000 mm钢套管,清障深度达24m,累计11 d拔除影响工程桩施工的21根障碍桩。

公众号:全回转
网址:www.quantaoguan.com


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3.3基坑降水


基坑内降水井井径800 mm,桥式滤水钢管井,规格377 mm×4 mm,共110口,其中90口降水井井深24 m,楼座电梯坑等深坑部位周边20口降水井井深34 m。观测井G1~G6潜水井井径700 mm,无砂管,管径400 mm,井深17 m;第一承压水观测井Y1-1~Y1-6井径600 mm,钢管管径273 mm×4 mm,井深29 m,滤水段18~28 m范围内采用桥式滤水器;第二承压水观测井Y2-1~Y2-3井径600 mm,钢管管径273mm×4 mm,井深45 m,滤水段37~44 m范围内采用桥式滤水器。


受工程场地影响,原基坑东侧G7~G13潜水井、Y1-7~Y1-13第一承压水观测井、Y2-4~Y2-6第二承压水观测井设置在围墙外绿化带内,后受道路施工影响无法使用,新施工井径100 mm,管径50 mm的PVC管,在不影响市政绿化及管线的情况,确保基坑东侧水位观测在监测范围内。滤管以上1 m至井底对应位置回填滤料,滤料顶面以上5 m段回填优质黏土进行封孔止水,优质黏土顶面到自然地面范围内回填一般黏土。


3.4双圆环内支撑+栈桥


1)内支撑梁板采用C40混凝土,支撑梁高均为700mm。两道混凝土内支撑与地下连续墙及支护桩交接位置设置腰梁,腰梁与地下连续墙及支护桩植筋连接。


2)基坑施工共设计使用3处栈桥,栈桥1、2为坡道,栈桥3为栈桥板,混凝土强度等级为C40,栈桥板厚350 mm,活荷载为泵车50 t、运土车55 t。见图3。

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3)首道撑及栈桥1、3与支撑立柱为钢筋混凝土柱墩式连接;第二道内支撑与立柱为格构柱四侧角钢支撑;栈桥2位于首道内支撑对撑上部,在内支撑上部起钢筋混凝土柱作为栈桥坡道支撑。


4)基坑共设置2道混凝土内支撑,先行施工结构采用钢格构柱作为临时竖向支撑,然后进行基坑整体开挖。先行施工结构支撑立柱与内支撑要求相互独立,采用聚苯板作为分隔用模板,确保两者不刚性连接。


3.5双中心岛法非敞开空间土方开挖


以栈桥1、栈桥2作为双岛式开挖的中心点,充分考虑和避让内支撑、栈桥及先行施工结构支撑立柱位置,接力开挖,合理搭配不同规格挖机并规划运土区域,栈桥2位置预留土台从栈桥1位置出土坡道运输。在挖土过程中合理安排土方开挖和支撑的施工,保证支护体系均匀、对称受力。坚持“先撑后挖”的原则进行开挖,在对称、间隔的前提下,待上道支撑体系达到设计强度的80%后开挖下一步土。提前建立有限元模型,确定基坑西侧及东侧环撑薄弱点,在施工过程中充分利用时空效应,利用留土护壁,减少相应部位槽底暴露时间。受格构柱及钢拉梁影响区域,采用多区域小面积土方同步开挖施工技术,接力开挖,搭配不同规格挖机并规划运土区域,快速、高效完成了深大基坑半盖挖区域的土方开挖及倒运。


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基坑监测


工程包括围护施工、基坑开挖及地下结构施工等部分,对工程周边环境的保护要求较高。基坑西侧50 m外为地铁站体及隧道;东侧为某高层住宅小区,距离红线最近处为40 m,共两层地下室结构框架结构。


基坑工程的水平位移变形监测平面控制网按两个层次布置,由平面基准点、工作基点组成变形监测控制网;由工作基点与所联测的监测点组成扩展网。


围护结构深部水平位移监测采用TGCX-1-100B型测斜仪,测量精度达0.1 mm。围护结构顶部水平位移监测使用TS30全站仪,全站仪的测角精度为0.5″。立柱沉降监测采用Trimble Dini03,仪器精度为±0.3mm/km。地下管线监测采用Trimble DINI03电子水准仪及配套铟钢尺,直接在所监测的地下管线上方埋设沉降钉,通过对沉降钉的监测来反映地下管线的变形状况。见图4。

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根据“时空效应”原理,减小立柱沉降量,将沉降值和沉降差动态控制在限值以内。围护结构顶部竖向位移及基坑支撑立柱竖向位移在基坑开挖过程中趋于稳定,基坑支撑立柱竖向位移最大-3.3977 mm,均在控制范围之内。见图5。

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结  语


1)本基坑支护设计基于“刚柔结合、复合支护”的理念,通过系统设计,合理布置双圆环内支撑,整体刚度好,避让楼座结构,同时与双中心岛法土方开挖结合良好,缩短基坑暴露时间,节约工程成本。


2)通过应用双中心岛法非敞开空间土方开挖技术,有效提升复杂基坑环境下土方开挖效率,充分保证了基坑开挖过程中先行施工结构及周边建筑、管线、道路的安全,取得良好的实施效果。


3)SMC等厚度水泥土搅拌墙+MJS工法桩+地下连续墙的复合止水帷幕具备良好的止水效果,适应于多种作业环境,施工质量及施工效率高,节能降噪,施工过程安全可靠。


4)灌注排桩/地下连续墙+内支撑支护结构是软土地区控制边坡侧向变位最有效的手段之一,本基坑形状较为规则,内支撑结构平面刚度大,采用该支护体系基坑变形小,安全性高。


来源:《建设工程》

编辑整理:项 敏
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⽔泥⼟铣削搅拌墙



SMC工法


三河交汇处复杂环境超大深基坑支护开挖关键技术分析


CSM工法

三河交汇处复杂环境超大深基坑支护开挖关键技术分析




CSM工法 Cutter Soil Mixing (铣削深层搅拌技术)是一种创新性深层搅拌施工方法。此工艺源于德国宝峨公司双轮切铣技术,是结合现有液压铣槽机和深层搅拌技术进行创新的岩土工程施工新技术。通过对施工现场原位土体与水泥浆进行搅拌,可以用于防渗墙、挡土墙、地基加固等工程。与其他深层搅拌工艺比较,CSM工法对地层的适应性更高,可以切削坚硬地层(卵砾石地层、岩层)。


双轮铣深搅设备(CSM)特点

 

施工效率高

双轮铣拥有两个大扭矩齿轮箱,铣轮上切割齿布局设计合理、切削能力强、施工效率高;


地层适应范围更广

能够在坚硬的地层进行深层搅拌施工,克服了传统的多轴搅拌系统不能在坚硬地层施工的缺点;源于双轮铣技术,该工法具有一定的入岩能力,能够截断地下水通过墙底风化岩进行渗透的途径;


墙体垂直度更好

双轮铣设备中具有高精度垂直度传感器,施工中可以通过电脑动态监测成槽的垂直度,利用双轮铣设备所配置的纠偏系统及时调整,确保墙体精度;


墙体质量更好

通过电脑控制水泥浆液注入量、水泥浆和土体混合均匀,从而墙体均匀度及质量好、材料利用率高,较其他搅拌工艺,可以节约材料;


施工过程更加环保

直接将原状地层做为建筑材料,弃土和弃浆量总量小,节能环保,符合基础施工技术发展的趋势;


施工阶段扰动低

施工阶段几乎没有震动,采用原位搅拌,对周边建筑物基础扰动小,可以贴近建筑物施工;

墙体的深度更大

导杆式双轮铣深搅设备,施工深度可达53m,

悬吊式双轮铣深搅设备,施工深度可达80m。


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导杆式 CSM工法主机

三河交汇处复杂环境超大深基坑支护开挖关键技术分析

悬吊式  CSM工法主机





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