淺談大型泵站框架涵洞深基坑施工技術

淺談大型泵站框架涵洞深基坑施工技術

Summary：隨著建筑行業(yè)的發(fā)展和施工技術的成熟，大規(guī)模的結構成為建設過程中普遍現(xiàn)象，安全一直是工程中考慮的第一要素。大型泵站框架涵洞的建設應根據(jù)不同地質等條件，合理的規(guī)劃施工，達到安全、高效、經濟合理的目的。本文結合泵站框架涵洞的施工特點，根據(jù)工程實踐，總結了大型泵站框架涵洞在深基坑開挖與支護過程中各項技術難點、要點進行闡述。Keys：大型泵站、框架涵洞，深基坑，開挖支護一、引言該工程地處于珠江三角洲的中部平原地帶，地貌單元主要為珠三角沖積形成的平原，地勢平坦且開闊，多為沼澤、魚塘、河涌、農田等，土質極差，淤泥深度達到15-17m左右，且呈流塑狀，此項目深基坑開挖的安全風險等級較高，且施工現(xiàn)場施工難度大，施工過程中交叉作業(yè)多，施工協(xié)調工作量大，施工工期相對緊張，工序比較繁瑣，所以必需采取有效的相關保障措施確保該工程按相關要求完成。本泵站框架涵洞從軟基處理、基坑支護、基坑開挖、基坑監(jiān)測、基坑防護等方面進行詳細講述。二、工程概況廣州南沙區(qū)大崗市政項目，集滘涌排澇泵站工程引水框架涵是為集滘泵站將集滘涌水流引入泵站而設置，結構安全等級為3級。由于該處地質條件較差，此段需軟基處理并完成堆載預壓沉降穩(wěn)定后方可修建涵洞。軟基處理后完成后，需采用1.5m高碎石進行換填，換填厚度范圍內采用30度放坡擴散,其中該工程土壤的容重為γ＝19KN/m3，土壤內摩擦角Φ＝30o?；靥畹膲簩嵍炔恍∮?6%，且壓實必須分層壓實，具體層厚與道路碾壓厚度相關要求保持一致。涵洞主體采用不小于P6等級的C40鋼筋混凝土，箱涵全長107m，由87.5米10*5米雙孔+19.5米10*5單孔組成。本涵洞為集滘涌泵站過水涵，采用10m*5m的雙孔設計，涵洞基坑寬度為25.7米，該工程的基坑開挖的平均深度為5.2米，基坑開挖長度為110米?；硬扇》侄伍_挖且邊挖邊用碎石換填的方式進行施工。為保證基坑開挖的安全，采用15米拉森Ⅳ型鋼板樁進行支護，內側采用Ⅰ30圍檁，與鋼板樁連接，確保鋼板樁整體受力。為方便基坑開挖及施工，中間不設支撐?；娱_挖采用2臺15m的長臂挖機由基坑兩側向中間對稱開挖，渣土車由施工便道進入基坑內將兩側開挖的土方拉走。開挖完成后的及時將坑底采用1.5m碎石換填，以抵抗基坑底鋼板樁橫向側壓力，保證基坑穩(wěn)定性?；又ёo開挖斷面段示意圖三、施工工藝流程四、施工準備4.1涵洞基底處理本涵洞位于集滘二路南段與新聯(lián)九路的交叉路口，涵洞段應在堆載完成后按照《集滘二路軟基處理—水泥攪拌樁》施工方案進行軟基處理，本涵洞采取15m水泥攪拌樁，正三角形1m間距處理，處理完成后應對基地進行檢測，其中單樁承載力≥77KN，復合地基承載力≥160Kpa。檢測數(shù)值滿足上述要求方可開展涵洞后續(xù)施工。4.2原地面準備根據(jù)現(xiàn)場實測圖，涵洞周圍既有面標高在5.0-8.3m之間，為保證涵洞基坑穩(wěn)定性，涵洞施工前應將涵洞中線小里程方向20.85m（即鋼板樁外側8m）范圍內按照5.0m標高整平，8m外的土方采取1:1.5放坡順接既有路基標高（8.3m）。涵洞中線大里程方向整平參考小里程。4.3鋼板樁施工4.3.1鋼板樁檢驗鋼板樁的外觀驗收主要包括：表面是否有破損，寬、長、厚度是否符合設計要求，鎖口形狀和平直度、端頭矩形比等是否滿足現(xiàn)場的施工要求。檢查中要注意：①對影響鋼板樁打入地下的焊接件應割除；②如果鋼板樁被嚴重銹蝕，則需要清除鐵銹后測量該鋼板樁的實際斷面厚度，以便確定此類鋼板樁在計算中是否需要進行折減；③有割孔、斷面缺損的鋼板樁應焊接補強。4.3.2鋼板樁吊運鋼板樁運至施工現(xiàn)場后，吊運時宜采用兩點吊。在鋼板樁吊運過程中，每次起吊的鋼板樁的數(shù)量不宜過多，并且應注意保護鎖口免受損傷以免影響現(xiàn)場的后續(xù)施工。鋼板樁吊運過程中必須安排專人指揮、專人盯控。4.3.3鋼板樁堆放選擇鋼板樁的堆放地點時，應選擇在地基承載力較好平坦的場地上，并要方便于拉往鋼板樁的施工現(xiàn)場。堆放時應注意：（1）鋼板樁要按不同的規(guī)格型號進行堆放，并在堆放處設置好材料堆放的標識標牌以及鋼板樁的相關說明；（2）鋼板樁堆放的位置、鋼板樁的順序、鋼板樁的方向等應考慮到后續(xù)的施工便捷；（3）鋼板樁應該分層堆放，各層間要墊枕木，每層的堆放數(shù)量一般不超過五條，且要保證各層之間墊木要在同一垂直線上，鋼板樁的堆放的總高度不宜超過2米。4.3.4鋼板樁插打（1）鋼板樁用鋼板樁插打機施打，施打前認真放出準確的樁位中線，并安裝鋼板樁導向架，確保鋼板樁打設位置準確。（2）在鋼板樁施工前，應對板樁逐根檢查，把連接鎖口銹蝕、變形嚴重的鋼板樁挑出來，清除鐵銹后量測鋼板樁的相關參數(shù)，對不符合要求的鋼板樁應退場處理。（3）鋼板樁施工打樁前，在鋼板樁的鎖口內涂適量的黃油潤滑鎖扣槽，以方便鋼板樁的打入和拔出。（4）在鋼板樁插打的過程中隨時測量，保證鋼板樁的傾斜度不得超過1.5%，當偏斜過大時，必須拔起重打，以保證鋼板樁的線性，且鋼板樁插打過程中必須安排專人指揮、專人盯控。（5）鋼板樁施打采用逐條打入土體,須高出基坑頂部300mm需要用來攔截地表流水。（6）鋼板樁轉角處要使用轉角鋼板樁減小鋼板樁間的縫隙，保證鋼板樁順利合攏。（7）鋼板樁打入后，需要及時進行樁體的閉水性檢查，對漏水的地方進行焊接修補或者更換鋼板樁，并在鋼板樁是布設觀測點每天派專人進行基坑監(jiān)測。鋼板樁插打平面布置圖4.3.5鋼板樁連接鋼板樁內側采用Ⅰ30鋼圍檁，與鋼板樁焊接牢固，2m焊接一道，焊縫寬度不少于20cm，為確保施工安全，鋼圍檁底部采用角鋼托架，托架與托架中間設1道φ16鋼絲繩固定，這樣來確保鋼圍檁與鋼板樁連接牢固，整體受力。圍檁連接大樣圖4.4基坑周邊防護施工方法基坑防護應在基坑開挖之前進行施工，基坑防護立柱采用φ48鋼管，按照間距2米每道進行布設，立柱距離基坑邊距離不小于1米，設置兩道橫桿，橫桿間距為0.6米水平布設，立柱高度不小于1.2m，布設完成后采用防護網進行防護，并懸掛安全警示標志，具體施工要求如下：（1）基坑防護欄桿距離鋼板樁間距為1米；（2）防護欄桿每測間距30米懸掛一組安全警示標識，固定牢固；（3）防護欄桿立柱按照間距2米一道布反光條包裹或刷反光漆（顏色間距不得大于0.5米）；（4）安裝時必須保證防護欄桿齊、直、平、順、美；（5）防護立桿以及水平桿全部采用φ48鋼管，水平桿連接必須采用直扣連接，水平桿與立桿采用扣件連接，不得使用鋼絲綁扎；（6）立桿埋設深度不得小于0.3米，高度不小于1.2m，并埋設穩(wěn)固；基坑防護平面及斷面示意圖4.5基坑開挖施工方法（1）基坑采用長臂挖機分別在基坑內側大小里程同時向涵洞中樁開挖，開挖應遵循“分層分段，隨挖隨拉”。開挖的土方由渣土車經設置于基坑中樁的便道進入基坑內部將挖除土方及時運出，嚴禁基坑頂面土方堆載，同時不得棄置與涵洞周圍，影響涵洞基坑穩(wěn)定性?；娱_挖斷面示意圖基坑支護（2）基坑開挖應采取分段分層開挖,開挖縱向分段長度≮10m,單層放坡高度≯1.7m，每層之間采取1:1.5放坡處理，保證坑內土地穩(wěn)定。在第二段第一層開挖完成后，方可開挖第一段第二層，以此類推。每個施工段縱向分段長度宜為30米左右，開挖過程中對基坑頂位移周邊土體沉降進行監(jiān)測?；涌v向開挖平面順序圖（3）基坑開挖應采取分段分層開挖且分段分層用碎石進行換填，每層開挖深度不超過1.5m，本基坑施工一共分為7個施工區(qū)段，第一至第五區(qū)段每個施工區(qū)段長度為15m，第六施工區(qū)段長度為13.37m，第七施工區(qū)段長度為19.5m。開挖方式采用倒退式開挖法，先進行中間段開挖并換填1.5m碎石墊層，同時觀測基坑兩側鋼板樁及土體位移情況。在基坑穩(wěn)定的情況下按圖上序號先后順序進行施工區(qū)段兩側開挖換填。一次只施工一個區(qū)域，直至14個區(qū)域基坑整體換填完畢。臨時施工便道設置在涵洞正中間，便道寬8m,供渣土車輛雙向通行。施工便道由小里程路基順接至基坑內，渣土車倆進入基坑由雙側挖機將棄土裝車后運輸至場外。基坑開挖過程中測量人員及技術人員應密切關注基坑周邊及鋼板樁的位移情況，遇到施工過程中基坑、鋼板樁有明顯變形應立即停止作業(yè)，分析原因。如果變形過大應立即進行基坑回填?；又ёo及開挖順序示意圖4.6安全爬梯為保證施工人員上下涵洞安全，在涵洞開挖完成后，分別在涵洞兩側設置1處安全爬梯以供施工人員出入。安全爬梯下采用C20混凝土硬化15cm。安全爬梯示意圖4.7碎石換填施工方法碎石墊層施工采用平行分段開挖，即挖即填的施工方式進行換填，維持基坑底部標高，碎石填筑采用分層填筑分層壓實（壓實采用平板振動夯進行夯實）。4.8基坑臨時排水施工方法在基坑開挖的過程中，地下水可能會滲入坑內。因此，基坑鋼板樁施工確保鋼板樁之間密扣，對于鋼板樁之間的鎖口漏水采用碎布或者瀝青封堵，或者采取有效措施來降低地下水位，盡量保證基坑在開挖和施工過程中達到坑底無水狀態(tài)便于施工，以保證施工質量以及施工的順利進行。（1）基坑底部排水基坑底部采用集水井收集，抽水泵強排的方式進行排水，在基坑底部邊角位置設置集水井，集水井配備一臺抽水泵，集水井采用帶孔φ500波紋管進行安設，集水井埋設底標高低于碎石墊層底標高0.3-0.5米，基坑底部通過碎石墊層的排水效果匯聚至集水井處，后采用抽水泵進行強排。臨時排水斷面細部示意圖（2）基坑頂部排水沿基坑頂兩側縱向設置截水溝，截水溝距離鋼板樁1m，橫截面為0.2×0.2m，阻止坑外地表水流入坑內，鋼板樁頂標高應高出原地面30cm以上，防止集中降雨導致雨水倒灌。兩側基坑8m以外路基放坡開挖位置用彩條布進行覆蓋，防止塌方。臨時排水平面細部示意圖五、基坑工程現(xiàn)場監(jiān)測5.1監(jiān)測目的在基坑的開挖的過程中以及后續(xù)施工過程中，必須對基坑支護結構變位以及周圍環(huán)境條件變化，進行各種觀測及測量數(shù)據(jù)的分析工作，并將觀測結果及時對比分析，以指導現(xiàn)場實際施工。5.2監(jiān)測項目基坑監(jiān)測項目包括鋼板樁及周邊土體水平位移、沉降量。由于儀器精度及數(shù)據(jù)分析能力有限，本項目基坑監(jiān)測由業(yè)主委托的第三方監(jiān)測單位廣東省地質建設工程勘察院負責監(jiān)測及基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)分析。項目部主要對現(xiàn)場鋼板樁施工及開挖過程中的施工監(jiān)測。5.3監(jiān)測點的位置及數(shù)量（1）鋼板樁監(jiān)測的初始值應在施工工序之前測定，需要選取至少連續(xù)觀測2次的穩(wěn)定值并取二者的平均值，測點埋設后應與施工檢測方向同一時段測定初始值并取值達成一致。（2）水平位移及沉降監(jiān)測點在一般路段每隔10m布置一個,在有建筑物路段應適當加密?；优赃叺慕ㄖ飸O置水平和沉降的監(jiān)測點,且每側均不少于3個測點,布置位置按監(jiān)測規(guī)范要求確定。（3）沉降觀測點應設置在基坑結構外側土層表面或柔性地面上，與支護結構的水平距離，宜在基坑深度的0.2倍范圍以內。監(jiān)測點布置斷面示意圖5.4監(jiān)測控制指標本項目基坑安全等級為:三級。監(jiān)測報警值:基坑頂部水平位移不大于60mm且不大于該處基坑深度的0.8%,位移變化速率不大于5mm/d;鋼板樁豎向位移不大于40mm,且不大于基坑深度的0.6%，沉降變化速率不大于4mm/d。當監(jiān)測值達到規(guī)定值或連續(xù)3次達到設計值的70%時應該進行預警?；颖O(jiān)測支護結構預警值5.5監(jiān)測要求和監(jiān)測周期（1）監(jiān)測要求①鋼板樁監(jiān)測的初始值應在施工工序之前測定，需要選取至少連續(xù)觀測2次的穩(wěn)定值并取其平均值，測點埋設后應與施工檢測方向同一時段測定初始值并取值達成一致。②在施工過程中應當加強對測試設備及測試點的保護，防止其被破壞；③必須采取有效的措施用來保證基準點的可靠性以及測試設備的完好性，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的精準性。（2）監(jiān)測周期從基坑開挖開始，到施工結束基坑回填的整個過程中。在圍護施工時，正常情況下，對基坑的監(jiān)測需保證每兩天觀測一次，如果當日變化量累計變化量較大時，需要分析數(shù)據(jù)并且加大監(jiān)測頻率。5.6基坑監(jiān)測措施本工程監(jiān)測的主要內容為基坑頂部水平位移監(jiān)測、地表沉降監(jiān)測、現(xiàn)場巡視巡查。由項目部進行常規(guī)的施工監(jiān)測，由第三方進行專業(yè)的基坑監(jiān)測。（1）水平位移監(jiān)測：鋼板樁打設完成后，在鋼板樁頂面用紅油漆做好檢測點標記，監(jiān)測點每10m一個，用全站儀做好原始數(shù)據(jù)，基坑開挖過程中，每天觀測一次，基坑開挖后每2天監(jiān)測1次。（2）沉降觀測：鋼板樁打設完成后，在地面做好沉降觀測點標記，監(jiān)測點每10m一個，同一斷面數(shù)量不少于3個。用全站儀做好原始數(shù)據(jù)，基坑開挖過程中，每天觀測1次，基坑開挖后每2天監(jiān)測一次。六、基坑開挖施工注意事項（1)為了確保基坑開挖時沒有安全隱患，在施工過程中要特別注意周圍施工環(huán)境的，并且認真做好安全防護措施。（2）在基坑開挖時，開挖的原則為“開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴禁超挖、土方分層開挖、墊層隨挖隨澆”。（3)當基坑開挖時使用多臺挖掘設備在同一作業(yè)面進行機械開挖時，機械間距須大于10m;在不同臺階同時開挖時，應提前驗算邊坡穩(wěn)定性，上下臺階挖掘機前后相距要保持30m以上;挖掘機距離下面的邊坡要有一定安全距離，防止翻車事故，且現(xiàn)場開挖施工安排專人指揮，專人盯控，確保機械操作手無視野盲區(qū)。（4）當基坑開挖無法使用機械開挖時，盡量保證人工挖土速度能跟上挖機挖土的速度，同時二者須錯開施工時間和施工地點地點，以確保安全，挖出的土方及時運出基坑，并盡快使用碎石進行換填。（5）原則上不在夜間進行開挖支護工作，如果因特殊原因確需夜間施工的，現(xiàn)場必須保證充足的照明，在危險地段須設置紅燈警示標志，防止土方超挖，且現(xiàn)場開挖施工安排專人指揮，專人盯控，確保機械操作手無視野盲區(qū)。七、總結中鐵六局集團廣州公司大崗項目承建的集滘二路泵站框架涵洞在珠三角沖積平原地區(qū)深厚流塑淤泥地質采用克服現(xiàn)場軟基高孔隙度、高壓縮性、低透水性，觸變性、流變性的特性，地基