天津地铁沙柳路车站深基坑施工技术论文
摘 要:结合具体工程实例,从基坑围护、土体加固、坑内降水、基坑开挖等方面介绍了深基坑施工技术,并对其施工效果进行了分析,表明效果良好,保证了深基坑和周围环境的安全。
关键词:深基坑,土体加固,开挖,环境监测
1 工程概况
天津地铁2号线沙柳路车站位于河东区卫国道与贺兰路的交口处,在卫国道北侧辅道下,是地铁2号线与远期7号线之间的换乘车站,2号线与7号线在沙柳北路与卫国道交口成“十”字相交(交角为99°,2号线在上,7号线在下)。
车站为双层岛式车站,地下一层为站厅层,地下二层为站台层。车站主体结构基坑长210ｍ,宽19.7ｍ～23.7ｍ,开挖深度为15.97ｍ～17.85ｍ,并设3个出入口、2条风道。
卫国道是天津市的主要交通干道,为迎宾道。同时,沙柳路站基坑北侧的建筑多,如顺驰太阳城康体中心距主体围护结构边缘仅16ｍ,建筑师走廊距西端头井边缘仅21.4ｍ。设计要求基坑变形控制保护等级为一级,即地面最大沉降量不大于0.1%Ｈ,围护墙最大水平位移不大于0.14%Ｈ(Ｈ为基坑开挖深度),且不大于30ｍｍ。为此,在基坑开挖过程中,确保周围环境的安全尤其重要。
2 主要施工工艺
2.1 基坑围护
本工程在施工地下连续墙时,采用“液压抓斗成槽法”。对于800ｍｍ厚的地下连续墙采用锁口管接头的方式,而换乘段考虑与远期7号线相交,故北侧采用44ｍ,深1000ｍｍ厚的地下连续墙同时兼作7号线端头井的围护结构,为保证44ｍ长地下连续墙的垂直度、稳定性及接头的质量,将其接头方式改用混凝土榫式预制接头,实践证明,此接头方式对于44ｍ深的地下连续墙的施工是很可行的。换乘段南侧地下连续墙考虑方便远期7号线区间施工时盾构机穿越,故在-19.7ｍ以下采用新材料玻璃纤维钢筋代替普通钢筋,既可保证普通钢筋的各项性能,同时,盾构机也可绞断穿越。
2.2 土体加固
为改善基坑内部及周围的土体,提高基坑开挖阶段被动区土体的侧压力和基底的隆起,故需要对深基坑部分内部及周围土体进行加固处理。
为加强地下连续墙底部的稳定性,减少墙体的垂直沉降,每5ｍ～6ｍ幅宽的地下连续墙内设置2根注浆管,每根注浆管注浆量2ｍ3,对墙趾土体进行注浆加固。浆液采用双液浆,浆体进入土体后,早期固结快,浆液不易流失(经测试,3ｄ即可达到70%的加固强度),为基坑开挖创造了条件。
2.3 基坑降水
基坑开挖要穿越上部粉土层,坐落在粉质粘土层中,由于粉土、粉质粘土同属含水地层,地下水较丰富,根据每口井的有效抽水面积(约100ｍ2),需在开挖面积约4500ｍ2的主体结构基坑中布置46口降水井(其中32口降潜水井,14口降承压水井),深井埋设深度比挖土基底深6ｍ。同时基坑内设置9口水位观测井(东西端头井各设置1口,标准段内设置6口,换乘段设置1口);在基坑围护结构外侧布置16口水位观测井,用于观测基坑内降水对基坑外地下水位的影响,根据坑内外水位变化,确定降水的速率和抽水量。
根据地质情况,本工程分别设置降潜水井点和降承压水井点。采用钻机成孔。降潜水井井径为705ｍｍ,井深为基底以下6ｍ,全孔下入400/300ｍｍ水泥砾石滤水管,滤水管外包一层40目尼龙网。地面1ｍ以下井深范围内回填粒径为3ｍｍ～7ｍｍ滤料,孔顶处1ｍ深度用粘土填塞。降承压水井井口位于地面以上0.7ｍ,以防止地表污水渗入井内,并用水泥浆封口,深度不小于3ｍ,井壁管采用焊接钢管,250ｍｍ(内径);采用桥式滤水管,滤水管外包一层40目尼龙网,滤水管的直径与井壁管的直径相同;沉淀管接在滤水管底部,直径与滤水管相同,长度为1ｍ,沉淀管底口用铁板封死;从井底向上至滤水管顶部以上1.5ｍ均围填中粗砂;在中粗砂的围填面以上采用优质粘土围填。在每口深井内放入1台深井潜水泵做重力排水。
2.4 基坑开挖
1)合理划分开挖段。车站主体结构基坑长210ｍ、宽19.7ｍ～23.7ｍ,根据地铁车站施工的特点和结构施工的要求,将基坑划分为9个开挖段,即1个换乘段、2个盾构工作井、6个标准段,每段长度20ｍ左右。
2)挖土。在基坑开挖施工时,认真贯彻“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则,严格控制基坑暴露的'面积和深度。在基坑开挖时,分段、分区、分层、对称进行,不得超挖。每层土体的开挖深度以设计的支撑位置为准,确保在基坑开挖后能及时进行支撑安装,减少围护墙的位移。同时保证每步开挖所暴露的部分地下墙体宽度控制在3ｍ～6ｍ,每层开挖深度不大于2ｍ,严禁在一个工况条件下,一次开挖到底。根据实际情况,确定每区土体的开挖顺序,基本原则为:先中间,后两侧,确保两侧预留土堤护壁,减少围护墙的悬臂长度和悬壁时间。
深基坑开挖是从上到下分段、分区、分层进行,分层开挖施工时,根据施工区域的地质情况,临时边坡控制在1∶2以上,每层设3ｍ宽平台,保证开挖机械设备的运作。基坑开挖到坑底标高时,总体基坑纵向坡度控制为1∶3,以确保边坡的稳定。
2.5支撑
主体结构基坑采用的支撑体系为609ｍｍ(壁厚16ｍｍ)的组合钢管支撑、部分现浇钢筋混凝土角撑和钢格构柱。组合钢管支撑基本为排撑,端头井和换乘段的部分位置为斜撑,其余均为直撑;基坑标准段和换乘段布置4道支撑,东、西端头井布置5道支撑,其中第3,4道斜撑为双拼支撑,上下道支撑间距在3ｍ～4ｍ不等。在端头井的转角处及换乘段的直角转角处分别设置了300ｍｍ厚的现浇钢筋混凝土角撑,其位置在相应的支撑下方。在换乘段的中部沿地连墙纵向设置了3根钢格构柱。
2.6 环境监测
施工监测的内容包括:地下连续墙顶位移、沉降;地面、管线及周边建筑物的变形;坑底隆起;围护墙的变形;土体分层沉降;支撑轴力;围护墙钢筋应力;地下水位观测;孔隙水压力观测;土压力观测;工具桩垂直沉降观测。
监测工作根据各个施工阶段进行动态同步监测,施工期间监测频率为1次/ｄ～2次/ｄ;施工后期,每间隔1ｄ～3ｄ进行1次后期变化监测。根据每日监测情况,及时对基坑开挖的速度和深度、降水的速度和降水量、支撑安装的及时性和施加预应力情况等进行调整,使深基坑施工在监控信息指导下,正确、合理地进行。
3 结语
沙柳路地铁车站主体结构基坑施工,由于采取了科学合理的技术措施和严格的施工管理,在施工中取得了很好的效果,达到了一级基坑安全保护等级的要求,周围地表沉降也控制在允许范围内,周围建筑物未发生过量下沉及开裂、破损的现象。
1)基坑围护结构地下墙的垂直度均小于3‰,墙面平整,接缝密贴,无明显漏水,地下墙墙趾注浆量充足,控制了基坑内外的渗水。
2)由于在基坑施工时确定了正确的降水方案,控制了降水速度和降水量,基坑内的水位始终保持在开挖面以下。因此,基坑内开挖的是干土,这既保证了基坑开挖的安全,又保证了环境的整洁,同时使基坑外的水位稳定(基坑外观测井的水位变化均在500ｍｍ以内)。
3)对基坑转角处的土体及换乘段底部土体进行有效的加固,既达到了设计要求,又确保了深基坑开挖施工的安全,同时加快了施工进度。
参考文献:
[1]陈宗平.深基坑支护设计与施工技术探讨[Ｊ].山西建筑,2004,30(8):40 41.
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