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嘉里南昌(二期) 基坑支护方案设计

TRD工法 2021年5月5日 项敏 766




TRD工法相关方案














嘉里南昌综合发展项目(二期)

基坑支护方案设计



工程概况


嘉里南昌综合发展项目(二期)拟建工程位于南昌市红谷滩新区世贸路与翠林路交接口的东南角,项目东侧为香格里拉大酒店,南侧雅颂居,西侧为翠林路,北侧为世贸路。项目地理位置具体见图1-1所示。


嘉里南昌(二期) 基坑支护方案设计

图1-1  项目周边环境及交通示意图


嘉里南昌综合发展项目规划总用地面积47737.7m2,建筑面积294441.62m2,项目分两期进行建设。一期工程为酒店与住宅,二期工程为办公楼,本次基坑设计范围为二期项目地下室基坑。拟建二期工程主要包括一栋33层(高度约165.3米)的办公楼,框剪结构,桩基础,3层地下室,地下室占地面积约4848.45m2,建筑面积约23246.99m2。


本项目±0.00=24.85m,现状自然地面标高为23.02~24.23m,设计按场坪24.00m考虑,地下室底板垫层底标高为10.95m,基坑开挖深度为13.05m。地下室底板顶标高为11.65m,地下一层层高为5.4m,地下二、三层层高为3.9m。基坑开挖深度为13.05m,基坑周长约296m,基坑面积约5311m2,拟采用厚度为850TRD水泥搅拌墙+型钢组合支撑的围护体系,850TRD水泥搅拌墙起到受力和止水的作用;降水采用坑内疏干降水和坑外应急降水的方式,预计施工时间14个月。


周边环境概况


(1)基坑周边建(构)筑物

基坑周边建(构)筑物分布及结构特征如下:

东侧:东侧为香格里拉大酒店,基坑与香格里拉大酒店的距离约为11.4米。

南侧:南侧为雅颂居1#楼,基坑与地下室结构的距离约为4.8米。

西侧:西侧为翠林路,基坑与人车混行车道之间的距离约为9.6米,翠林路宽10.2米,翠林路西侧为滨江豪园小区,基坑距离滨江豪园最近的距离约为27.5米。

北侧:北侧为世贸路,世贸路宽30米,世贸路上有地铁1号线地下车站,基坑与地铁车站出入口最近的距离约为8.67米,基坑与1号线区间隧道距离约为21.2米。

 

(2)基坑周边管线

东侧为香格里拉大酒店,南侧为雅颂居,北侧为世贸路,西侧为翠林路,各管线具体分布及埋深情况分述如下:

东侧:基坑与香格里拉大酒店之间有给水管,基坑与给水管的距离约为7米。

南侧:基坑与雅颂居地下室之间有给水管,基坑与给水管约为3.9米。

西侧:车道中间有雨水管(PVC材质,埋深2.4米),污水管(砼材质,DN700,埋深2.28米)。基坑与雨水管的距离约为12.4米,与污水管的距离约为10.6米。

北侧:无。


(3)基坑周边水系

第四系松散岩类孔隙潜水,主要赋存于全新统(Q4al)冲积砾砂层中,勘察期间初见水位埋深为:10.10~10.80m,水位标高为13.29~14.29m;稳定水位埋深为9.30~10.60m,水位标高为13.77~15.18m。一般性水位年变幅约为5~10m,拟建工程场地离赣江较近,场地内地下水主要受赣江水体控制,地下水主要接受赣江地表水体的补给,受人为开采影响小,平水季节及枯水季节地下水补给地表水,地下水向赣江排泄;汛期赣江水位上涨,地表水体返补地下水。赣江地表水体在丰水期与洪峰期间导致地下水上升对工程存在不利影响。场地内含水层渗透性强。据附近场地抽水试验成果,场地含水层综合渗透系数在100~120m/d之间,综合地区及周边类似工程经验,渗透系数建议采用值110m/d。


(4)基坑周边设施

距现场调查,世贸路下有地铁1号线地下车站,基坑与地铁车站出入口最近的距离约为8.67米,基坑与1号线区间隧道距离约为21.2米。


(5)基坑周边堆载要求

在基坑开挖过程中,基坑设计时基坑周围10m范围内地面荷载不允许超过20 kPa。


工程地质、水文地质条件概况


据本次钻探揭露勘探深度范围内,场地地层由人工填土(Qml)、第四系全新统冲积层(Q4al)及下部第三系新余群(Exn)基岩组成。按其岩性及其工程特性,自上而下依次划分为①杂填土、②-1细砂、②-2粗砂、②-3砾砂、③-1强风化泥质粉砂岩、③-2中风化泥质粉砂岩、③-3钙质泥岩、③-4微风化泥质粉砂岩


该基坑支护设计采用的岩土物理力学参数为地勘报告提供的建议值与类似工程经验值,其取用参数见表3-1:


嘉里南昌(二期) 基坑支护方案设计


设计控制关键点


根据拟建工程的场地的工程地质、水文地质条件、周边环境条件、基坑开挖深度、基坑规模等因素分析:

基坑北侧为地铁1号线车站,车站附属、区间隧道与基坑距离较小,故该侧是本项目的控制难点和重点。

基坑土体除粉质粘土层外,其余土层边坡自稳性相对较差,尤其场地内下部的砂土层内摩擦角虽较大,但凝聚力低,在水的作用下易失稳,易产生渗透变形。

基坑开挖范围内地下水主要为第四系松散层孔隙水,赋存于中砂及以下的砂层中,含水层渗透性良好,地下水丰富,补给较快。场地内地下水主要受赣江水体控制,地下水主要介绍赣江地表水体的补给,受人为开采影响小,补给条件好;平季节及枯水季节地下水补给地表水,地下水向赣江排泄;汛期赣江水位上涨,地表水体反哺地下水。


从以上分析:地铁1号线车站及区间的安全控制和地下水控制是本次基坑支护设计的控制主要关键点,其次是对场地下部富水砂砾石层的控制及周边地下管线变形的控制。



方案设计选型及确定


工程中常用的基坑支护结构有土钉墙、水泥土重力式围护墙、地下连续墙、灌注桩排桩围护墙、型钢水泥土搅拌墙、渠式切割水泥土连续墙、钢板桩等几种类型。根据本工程的特点,考虑以下几种支护结构:


围护型式选型

①地下连续墙具有挡土和隔水双重作用;墙体施工具有低噪声、低震动等优点,且对环境的影响小;墙体刚度大、整体性好,基坑开挖过程中安全性高,支护结构变形较小;隔水效果取决于墙接头的接头质量,接头处理不好的容易出现渗漏水现象;而且造价较高,施工占用场地大,产生泥浆和噪音,对环境有一定污染。


②钻孔灌注桩具有较好的刚度和水平抗力,造价较低且施工要求不高,但需配合桩间止水帷幕进行止水,整体性略差;造价略高,产生泥浆和噪音,对环境有一定的污染。


③渠式切割水泥土连续墙(TRD工法桩)可植入芯材(H型钢或工字钢),挡水与止水帷幕合一,不存在搭接缝隙,具有较高的防渗、止水效果;与地下连续墙相比,对施工场地要求也较安全、灵活,施工工期短,速度快;施工过程垂直方向和水平方向精度高,实现等厚度墙体;内插芯材可以重复利用。


支撑型式选型

支撑型式的确定应根据周围环境、基坑与红线关系、工程水文地质条件以及基坑规模及开挖深度等因素综合确定。主要有内支撑及锚杆两大类:


①内支撑具有刚度大、控制基坑变形能力强、而且不侵入周围地下空间形成障碍物等优点,但造价高、而且支撑的设置对基坑开挖及地下室回筑均会造成一定程度的影响。


②锚杆设置于围护结构外侧,为土方施工及结构施工创造了空间,有利于提高效率和工程质量,而且造价较低,但是由于锚杆设置在坑外,对将来地下空间的开发利用将形成一定障碍。


综合考察现场的周边环境、地下管网及岩土层分布组合等条件,根据建设单位对基坑支护工程的安全、工期和造价方面的要求,减少对周围道路、地下管线的影响,本着“安全可靠,经济合理,技术可行,方便施工”的原则,经过细致分析、计算和方案比较,本基坑最终确定两个支护方案,各个方案支护选型如下:


支护方案一


采用渠式切割水泥土连续墙(TRD工法桩)+一道钢筋混凝土支撑+一道预应力型钢组合式支撑围护形式,具体如下:

①围护结构顶采用200厚C20钢筋混凝土挡墙作为挡土结构;

②地下水处理:坑内疏干降水和坑外应急降水

③重点防护:考虑到北侧局部紧邻地铁1号线车站出入口,对沉降变形和基坑安全的要求更高,因此第一道支撑采用钢筋混凝土支撑,其中靠近地铁侧1-1剖面型钢间距为600mm,2-2剖面型钢间距为800mm;

④变形监测:采用信息法施工,及时优化调整设计参数,指导下步施工,遇到异常情况时可及时采取措施,保证基坑安全。


基坑1-1 、2-2剖面

①位于基坑北侧,基坑周围10m范围内地面荷载取20kPa;

②围护结构顶采用200厚C20钢筋混凝土挡墙作为挡土结构;

③基坑支护结构采用850TRD渠式切割水泥土连续墙内插H700×300×13×24型钢(1-1剖面型钢间距0.6m、2-2剖面型钢间距0.8m),入3-2中风化岩层1.0m;

④冠梁:桩顶冠梁宽度为1.2m,高度为0.8m。冠梁混凝土强度等级为C30;

⑤采用一道混凝土支撑,一道预应力型钢组合式内支撑,具体方案见图5-1。

嘉里南昌(二期) 基坑支护方案设计


基坑33、4-4剖面

①位于基坑东侧、南侧及西侧,基坑周围10m范围内地面荷载取20kPa;

②围护结构顶采用200厚C20钢筋混凝土挡墙作为挡土结构;

③基坑支护结构采用850TRD渠式切割水泥土连续墙内插H700×300×13×24型钢(型钢间距0.8m),入3-2中风化岩层1.0m;

④冠梁:桩顶冠梁宽度为1.2m,高度为0.8m。冠梁混凝土强度等级为C30;

⑤采用两道预应力型钢组合式内支撑,具体方案见图5-2:


 嘉里南昌(二期) 基坑支护方案设计


支护方案二


主要采用钻孔灌注桩+一道钢筋混凝土支撑+一道预应力型钢组合式支撑围护形式,支护桩外侧加一道三轴搅拌桩作为止水帷幕,地下水控制主要为坑内和坑外降水井降水。

1-1、2-2剖面

①位于基坑北侧,基坑周围10m范围内地面荷载取20kPa;

②围护结构顶采用200厚C20钢筋混凝土挡墙作为挡土结构;

③基坑支护结构采用Φ1000钻孔灌注桩,混凝土等级为水下C30;

④冠梁、腰梁:墙顶冠梁宽度为1.2m,高度为0.8m;冠梁混凝土强度等级为C30;混凝土腰梁宽度为1.3m,高度为0.8m;

⑤采用一道混凝土支撑,一道预应力型钢组合式内支撑,,具体方案见图5-3。

 嘉里南昌(二期) 基坑支护方案设计


 33、 4-4剖面

①位于基坑东侧、南侧及西侧,基坑周围10m范围内地面荷载取20kPa;

②围护结构顶采用200厚C20钢筋混凝土挡墙作为挡土结构;

③基坑支护结构采用Φ800钻孔灌注桩,混凝土等级为水下C30;

④冠梁、腰梁:墙顶冠梁宽度为1.2m,高度为0.8m;冠梁混凝土强度等级为C30;混凝土腰梁宽度为1.3m,高度为0.8m;

⑤采用两道预应力型钢组合式内支撑,具体方案见图5-4。

 嘉里南昌(二期) 基坑支护方案设计

推荐方案


本工程基坑周边环境、开挖深度、工程地质与水文地质、施工作业设备和施工季节等条件,是进行方案选择时应着重考虑的因素。


综合考察现场的周边环境、地下管网及岩土层组合等条件,根据建设单位对基坑支护工程的具体要求,为尽可能避免基坑开挖对周边道路、地下管线及建筑物的影响,本着“安全可靠,经济合理,技术可行,方便施工”的原则;经过细致分析、计算和方案比较,推荐方案一作为本基坑的支护方案


基坑支护结构设计


(1)本基坑支护方案中围护结构中心线距地下室外墙边距离为0.55m,地下室外墙线与围护结构的净距为0.125m。

(2)基坑支护结构采用850TRD渠式切割水泥土连续墙内插H700×300×13×24型钢(密插),入3-2中风化岩层1.0m。

(3)围护结构顶采用200厚C20钢筋混凝土挡墙作为挡土结构。

本次设计支护结构具体参数如表6-1:


嘉里南昌(二期) 基坑支护方案设计


嘉里南昌(二期) 基坑支护方案设计



基坑支护施工技术要求


 1 施工顺序

(1)实施施工前查清基坑周边建筑物基础、地下室管道管线(特别是给排、污水管道)等的布置情况,采取必要可行的避让、保护或加固措施。

(2)施工前先进行定位放线,确保满足规划总图和建筑结构施工的要求。

(3)场地整平、形成施工工作面,复核确保地面附加荷载不大于设计允许荷载。

(4)施工850TRD渠式切割水泥土连续墙并密插型钢,同时施工疏干井。

(5)根据施工图放坡开挖,开挖至第一道支撑底标高,施工顶圈梁,待顶圈梁混凝土达到设计强度时,施工型钢组合支撑;开挖至第二道支撑底标高,施工腰梁和型钢组合支撑。

(6)挖至坑底,浇筑垫层,施工地下室基础和底板传力带,待达到设计强度,浇筑地下二层侧墙、楼板和楼板传力带,待楼板和传力带达到设计强度后,拆除第二道支撑,浇筑地下一层侧墙、楼板和楼板传力带,待达到设计强度后,拆除第一道支撑,完成地下室结构施工,回填土方,拔出支护型钢。


主要材料

(1)水泥:渠式切割水泥土连续墙注浆材料采用PO42.5。

(2)混凝土:水泥土连续墙水泥掺量20%,立柱桩混凝土等级为水下C30,顶圈梁混凝土强度等级为C30,底板垫层混凝土等级为C20,坡面喷射混凝土等级为C20。

(3)钢筋:直径6~10采用HPB300级,直径≥12采用HRB400级,钢筋质量应符合现行国家标准《钢筋混凝土用热压带肋钢筋》(GB1499-2007)的规定。

(4)H型钢:采用700×300×13×24、400×400×13×21、350×350×12×19、300×300×10×15。

(5)角钢:90×90×10

(6)螺栓:10.9级M24×8.0高强螺栓连接 ,螺栓材料为20MnTiB。


施工参数

 3.1 TRD 工法桩

(1)施工流程

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(2)施工准备

①渠式切割水泥土连续墙施工前必须掌握场地地质条件及环境资料,查明不良地质条件及地下障碍物的详细情况,编制施工组织方案,制定应急预案。

②应根据编制的施工组织设计方案,评估成墙施工的环境影响,采用针对性的环境保护技术措施。

③当施工点位周围有需保护的对象时,应掌握被保护对象的保护要求,严格控制开放长度,并结合监测结果通过试成墙确定施工参数。

④施工过程产生的水泥浆,应收集在导向沟内或现场临时设置的沟槽内,水泥土浆处置应符合相应环保等要求。

⑤施工前应进行场地平整,场地便道应满足渠式切割机和起重机平稳行走、移动的要求,必要时应进行地基处理。

⑥应根据定位控制线开挖导向沟槽,并在沟槽边设置定位标注,需要插入芯材 时应标出芯材插入位置。

⑦若采用现浇钢筋混凝土导墙,导墙宜筑于密实的土层上,并高出地面100mm ,导墙净距应比墙体设计厚度宽40mm~60mm。

⑧TRD工法连续墙施工前,应按照设计图纸进行测量放样并复核验收。根据确定的施工顺序,安排型钢、配套机具、水泥等物资的放置位置。

⑨型钢定位导向架和竖向定位的悬挂构件应与内插型钢的规格尺寸相匹配。


(3)渠式切割水泥土连续墙施工

①渠式切割水泥土连续墙施工时主机应平稳、平正,机架垂直度不应大于1/250 。

②开放长度应根据周边环境、水文地质条件、地面超载、成墙深度及宽度、切割液及固化液的性能等因素,通过试成墙确定,必要时进行槽壁稳定分析。

③应根据周边环境、土质条件、机具功率、成墙深度、切割液及固化液供应状况等因素确定渠式切割机的水平推进速度和链状刀具的旋转速度,步进距离不宜大于50mm。

④采用一步施工法、三步施工法,型钢插入过程沟槽应预留链状刀具养护的空间,养护段不得注入固化液,长度不宜小于3m,链状刀具端部和原状土体边缘的距离不应小于500mm。

⑤施工过程中应检查链状刀具的工作状态以及刀头的磨损度,及时维修、更换和调整施工工艺。

⑥无法连续作业时,链状刀具应按要求在沟槽养护段养护。长时间养护时应在切割液中添加外加剂或其他技术措施,防止刀具无法再次启动。

⑦停机后再次启动链状刀具时,首先应在原位切割刀具边缘的土体,回行切割,回行切割已施工的墙体长度不宜小于500mm。

⑧在硬质土层中切割困难时,可采用增加刀头布置数量、刀头加长、步进距离减小、上挖和下挖方式交错使用以及回行反复切割等措施。

⑨链状刀具拔出前,应评估链状刀具拔出过程渠式切割机履带荷载对槽壁稳定的不利影响,必须时应对履带下方的土体采用改良处理措施。

⑩链状刀具拔出过程中,应控制固化液的填充速度和链状刀具的上拔速度,保持固化液混合泥浆面平稳,避免液面下降或泥浆溢出。


(4)型钢的加工、插入与回收

①型钢宜采用整材,分段焊接时应采用坡口等强焊接。对接焊缝的坡口形式和要求应符合现行国家标准《钢结构焊接规范》GB50661的有关规定,且焊缝质量等级不应低于二级。单根型钢中焊接接头不宜超过2个,焊接接头的位置应避免设置在支撑位置或开挖面附近等型钢受力交大处,型钢接头距离坑底面不宜小于2m;相邻型钢接头竖向位置宜相互错开,错开距离不宜小于1m。

②型钢有回收要求时,接头焊接形式与焊接质量应满足型钢起拔要求。

③拟拔出回收的型钢,插入前应在干燥条件下清除表面污垢和铁锈,其表面应涂刷减摩材料。型钢在搬运过程中应防止碰撞和强力擦挤。当有涂层开裂、剥落等现象应及时补救。

④型钢插入时,链状刀具应移至型钢插入无影响的位置。型钢宜在水泥墙施工结束后30min 内插入,插入前应检查其垂直度和接头焊接质量。

⑤型钢的插入必须采用定位导向架;型钢在插入到位后控制型钢顶标高,并采取避免邻近渠式切割机施工造成其移位的措施。

⑥型钢宜依靠自重插入,当型钢插入有困难时可采用辅助措施下沉。采用振动锤下沉工艺时,应充分考虑其对周围环境的影响。

⑦型钢起拔宜采用专用液压起拔机。型钢拔除时,应加强对围护结构和周边环境的监测。

⑧型钢回收后,应进行校正、修复处理,并对其截面尺寸和强度进行复核。


(5)环境保护

①型钢水泥土连续墙施工前,应掌握下列周边环境资料:

A.邻近建筑物(构筑物)的结构、基础形式及现状;

B.被保护建筑物(构筑物)的保护要求;

C.邻近管钱的位置、类型、材质、使用状况及保护要求。

②施工中产生的水泥土浆,可集积在堆积坑内或现场临时设置的导向槽内,待自然固结后方可外运。

③对周边环境条件复杂、支护要求高的基坑工程,型钢不宜回收。

④对需回收型钢的工程,型钢拨除后留下的主隙应及时注浆填充,并应编制包括浆液配比、注浆工艺、拔除顺序等内容的专项方案。

⑤型钢拔出前围护墙与主体地下室外墙之间应回填密实。

⑥在整个施士过程中,应对周边环境及基坑支护体系进行监测。




施工现场照片资料


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来源:武汉中科岩土、中铁建工集团

编辑整理:项 敏

略有删减、如涉侵权
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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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