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桩土撑-重力坝组合式基坑支护体系研究

更新时间:2009-03-28

1 工程概况

上海虹桥物流项目总占地面积43 000 m2,总建筑面积147 500 m2,地上8层,地下2层,总工期为335 d。基坑开挖深度为8.5 m,局部集水坑和电梯井超挖1.5~4.2 m。

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本工程基坑支护体系南片区采用常规方法施工,即2道密集内支撑。北片区采用国内首次研发应用的桩土撑-重力坝组合式基坑支护体系,并采用1道简易内支撑(图1)。

  

图1 桩土撑-重力坝组合式基坑支护体系

2 工艺原理

根据岩土弹塑性理论模型,通过真空管井持续疏干降水可使土体发挥半重力坝效应。在此理论基础上,本工艺的核心在于双排围护桩间土形成重力坝并与前后排围护桩及桩间土顶部配筋混凝土连系板形成整体受力。通过贯入注浆斜钢管撑避让地下室结构并根据压杆稳定受力模型,以受力情况为依据设计足够的嵌入长度。

斜钢管撑端部采用分瓣成品桩尖,注浆过程中确保注浆量及注浆压力,在斜钢管撑底端劈裂桩尖周围土体形成扩大头。同时顶部与围檩刚性连接,组合形成整体受力。斜钢管撑顶部嵌入桩间土的部分与周围固结后的土体综合受力,相对于底部原状土内悬臂段形成半刚性支座;确保斜钢管撑的受力效果,并有效约束其变形。

斜钢管撑在注浆前预先将顶部切割并焊接端部盲板及加劲板,注浆完成后与后排配筋混凝土围檩整体浇筑形成刚性节点(图2、图3)[1-4]

3 技术优势分析

3.1 大幅降低工程量及造价

本基坑支护体系采用双排围护桩及斜钢管撑,对基坑围护薄弱部位有针对性地进行加强;常规软土地区挖深8 m左右的基坑采用双道内支撑的设计,首道内支撑多为钢筋混凝土内支撑,第2道内支撑常规采用混凝土结构或钢管斜抛撑。

  

图2 桩土撑-重力坝组合式基坑支护体系平面示意

  

图3 桩土撑-重力坝组合式基坑支护体系

桩土撑组合式基坑支护体系相对常规基坑支护体系使内支撑结构混凝土、立柱桩节约40%。在相似地质及基坑深度条件下,桩土撑基坑支护体系较常规基坑支护结构方案节约造价20%~30%。

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3.2 有效提高施工工效,节约工期

本文以船舶应用需求为根本出发点,提出船舶分布式数据网络管理平台,根据智能船舶系统的固有特点进行针对性研究。该平台不仅能弥补传统数据管理平台的缺陷,而且具有全面感知、可靠传递和智能应用的优势,应用于远洋船舶运输管理中,可建立集航运企业各部门和远洋船舶于一体的安全监控平台。此外,船舶分布式数据网络平台可大大提高船岸定时交互数据和协作管理业务的效率,增强远洋船舶物资运输、航行、机务系统和油耗监测管理等方面的安全性、可靠性和高效性,为船舶智能管理业务和应用提供有力的数据支撑。

3.3 安全性高,对周边环境影响小

在桩土撑组合式结构整体受力的基础上,本体系通过真空管井不间断疏干降水实现双排围护桩间土固结,发挥半重力坝效应,进一步提高了基坑的稳定性。根据工程实践应用中的监测报告数据并通过与采用常规基坑支护结构体系的相邻地块工程变形情况进行对比分析,桩土撑组合式基坑支护体系具有基坑围护结构变形小、周边管线位移及沉降量小、支撑结构轴力均衡且安全系数高等特点。

3.4 提高质量,节材环保

本结构体系避免了常规坑内钢管斜抛撑贯穿地下室结构外墙,并减少了格构柱贯穿地下室结构板等情况的发生,降低了地下室结构墙、板等构件发生渗漏的质量风险,提高了地下室结构实体成型质量。

同时,本结构体系相对常规基坑结构体系工程量,减少了内支撑钢筋、混凝土、型钢等各类材料的使用。通过实现大开敞式开挖,不但大幅提高了土方开挖效率,而且降低了噪声及扬尘影响,也契合了当前建筑业绿色环保施工的理念。

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3.5 永、临结合,提供施工便道

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4 施工工艺流程及操作要点

4.1 工艺流程

斜钢管撑打设完毕后将围檩节点以上的超长部分气割切掉,之后在顶端下部200 mm处钢管内焊接封盖钢板,使得钢管形成底端缝状开口的空腔。在距顶端封盖500 mm处钻1个直径60 mm的孔,预先组合的弧形钢板与长150 mm注浆短管和钢管贴合并四周围焊。钢质注浆短管直径50 mm,通过预先套丝与注浆管紧固连接。在封盖钢板对应位置,于钢管外侧焊接加劲板加强,与钢管四周满焊。

4.2 工艺要点

4.2.1 双排围护桩打设

通过减少内支撑工程量,缩短了常规多道内支撑结构体系所需的立柱桩、钢筋混凝土内支撑施工时间、必要的结构混凝土养护时间及支撑破除施工时间。因采用本基坑支护体系可实现大敞开式开挖,不仅土方开挖及外运的效率实现了最大化,也使地下室结构施工可避免受到破除第2道内支撑的影响,实现均衡连续施工。

4.2.2 清障、定位放线

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根据设计特点,基坑围护桩可采用SMW工法桩或钻孔灌注桩;根据相应工艺首先完成双排围护桩的打设。在正式施工前应对围护桩前后排距离、桩位进行测量放线并复核。如采用钻孔灌注桩,还应在围护桩打设完毕后进行止水帷幕施工。

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在正式打设前必须对表层障碍物,如石块、凝结的砂浆块、不明地下管线等进行详细的勘察、清障处理。在引孔设备就位前进行定位放线,开挖导槽并在设计贯入点进行现场标记,导槽宽度宜为1.2 m。土方开挖后及时进行外运。

4.2.3 引孔

重力坝上部配筋混凝土连系板在起到基坑支护作用的同时,经计算处理可提供临时便道,高于常规施工便道标准,且不额外占用场地,不增加任何成本。

4.2.4 斜钢管撑打设

采用斜向钻机进行引孔,钻机就位并固定后采用角度尺对钻杆角度进行标定。引孔角度应满足设计要求的贯入角度,应确保避让地下室底板及外墙,角度宜在50°~65°范围内。引孔深度为2~3 m,钻杆贯穿围护桩之间。引孔孔径应大于斜钢管撑外径。

斜钢管撑桩尖安装及接长过程中应注意满焊,钢管运输过程在管长三等分点处设置2个吊点,保证钢管运输的安全。安放过程中由机械手拎起端部,挖机配合吊住另一端,协助机械手将钢管调整到孔位。在钢管下放过程中,以钻孔机的倾斜角作为校正,下放过程中务必做到准确、平稳。

4.2.5 斜钢管撑封盖和加劲板

双排围护桩打设→清障、定位放线→引孔→斜钢管撑打设→斜钢管撑封盖和加劲板→压力注浆→钻机移位→围檩及配筋混凝土连系板施工→内支撑施工

4.2.6 压力注浆

对进场水泥进行检查和复试,水泥种类及强度等级应符合设计要求。制备浆液前应准备好后台设备,注浆钢管在使用前应检查有无破裂和堵塞,接口处要牢固,防止注浆压力加大时开裂跑浆。注浆时通过注浆泵加压,低速注入孔底。注浆时分段注入,注浆量不小于设计要求。

4.2.7 钻机移位

按照定位放线,移动机器,重复以上操作。

4.2.8 围檩及配筋混凝土连系板施工

注浆完毕后平整表层土体并夯实,清理围护桩顶部多余混凝土。前后2排围护桩顶围檩、连系板钢筋绑扎并整体浇筑、养护。

4.2.9 内支撑施工

基坑内表层土开挖后进行内支撑施工。内支撑形成对撑,养护达到设计强度后开始下部土方开挖。因支撑下部无障碍物,土方开挖效率实现最大化,边开挖边施工地下室结构。随地下室各层结构板按照设计要求的位置进行换撑施工,换撑达到设计强度后拆除内支撑。

5 结语

本工程基坑为国内首次采用桩土撑-重力坝组合式基坑支护体系,与同一工程的邻近基坑常规支护体系对比,不仅可节省工期150 d,而且还降低成本753.81万元。目前地下部分已经施工完成,充分验证了该技术的安全性和可靠性[5-7]

参考文献

[1]贺敏旭.深厚淤泥中浅基坑支护结构选型综述[J].四川建材,2007,33(2):114-115.

[2]贾坚.软土时空效应原理在基坑工程中的应用[J].地下空间与工程学报,2005(4):490-493.

[3]胡仲春.门架式结构在组合式排桩支护体系中的应用[J].科技创新导报,2010(3):40,43.

[4]武清玺,吴世伟,吕泰仁.基于有限元法的重力坝可靠度分析[J].水利学报,1990(1):58-64.

[5]陈焘,周顺华,宫全美.多重组合式基坑群工程施工风险研究[J].城市轨道交通研究,2012(3):89-93.

[6]邓仲楷.浅谈对组合式基坑支护工程的质量监理[J].山西建筑,2004(20):147-148.

[7]陈志明.组合式基坑支护结构在基坑施工中的运用[J].福建建筑,2011(8):41-46.

 
丁志强,郑洪,罗亚楠,卫海亮,朱强,王昌
《建筑施工》 2018年第04期
《建筑施工》2018年第04期文献

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