深基坑(嚴重液化場地)的土方開挖,實例深度解析

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本工程的基坑深度17.27m,局部19.77m。位於太原市府西街南側、府西銀谷大廈西側,周邊環境極其緊湊。北側為醫院現有辦公樓,地上6層,基坑上口距辦公樓10m;西側為公證處辦公樓,地上6層,基坑上口距辦公樓8~10m;南側為道路,路南為省機械進出口公司辦公樓,地上7層;東側緊鄰26層高層住宅樓,基坑上口距圍牆3m,距建築物10m。


深基坑(嚴重液化場地)的土方開挖,實例深度解析


· 水文地質條件複雜


根據《岩土工程勘察報告(詳勘)》及圖紙所示,本工程場地地下水類型為潛水及承壓水。建築場地類別為Ⅲ類,嚴重液化。勘探期間測得場地潛水穩定水位埋深在現地面下1.65~2m之間,穩定水位標高在-2.65~-2.1m之間。地下水由東向西向下游徑流,最終排向汾河。勘探期間測得場地承壓水穩定水位埋深較場地潛水穩定水位埋深低約1.5m,穩定水位標高在-4.15~-3.6m之間。勘察期間為枯水期。


· 土方開挖難度大


本項目位於老城區,周邊均緊鄰建築物及市政道路,場地狹窄,機械、物資及車輛出入極為不便,施工難度極大。


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土方開挖總量約為55400m3。地下水的控制和土方的掏挖、外運,是本工程的重點和難點。


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在這樣的條件下

基坑開挖如何做?

採用傳統的支撐系統?還是地下結構逆作法?

塔吊往哪兒立、怎麼立?

材料堆放、加工場地怎麼排布?

車輛如何循環等問題

不斷打磨著項目部管理人員的集體智慧


在集團公司的鼎力支持下,經多方考察、參觀學習,並與省內權威的省勘察設計研究院對接,決定借鑑中建三局承建的武漢長江航運中心項目深基坑的施工經驗與方法。


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基坑支護採用鋼筋混凝土灌注樁加三道鋼筋混凝土內支撐,並利用第一道支撐加設棧橋板,作為本項目的材料堆放、加工場地,並解決了車輛循環等問題。基坑採用超長三軸攪拌樁作為止水帷幕。坑內設置23眼降水井,5眼降壓井,坑外設12眼回灌井。


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同時,實地參觀、學習了省內類似深基坑項目的立塔、拆撐施工經驗與方法,如中建三局承建的信達國際金融中心項目、山西三建承建的金港二期項目。


下圖為信達國際金融中心項目的塔吊立設方式:


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下圖為金港二期項目的混凝土支撐拆除方式:


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實地參觀、學習了中鐵上海工程局地鐵2號線項目的深坑掏挖方式:


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多方參觀、學習取經後,思路日益清晰,結合我項目現場實際情況,製作了本工程深基坑支撐系統的模型,如下圖所示:


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統一思想後按部就班

本項目土方開挖就進入正常施工流程了

主要施工流程及注意事項如下


1止水帷幕(三軸攪拌樁)的施工


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2工程樁(灌注樁)的施工


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3第一道內支撐及棧橋板施工


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4降水井施工


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需要特別注意的是:①當承壓含水層埋深小於基坑開挖深度,必須通過切實、有效的減壓降水措施,將承壓水水頭降低至安全埋深以下;②降水週期較長,嚴禁採取在冬歇期通過關停局部降水井來節約成本,此種行為容易造成被關停的降水井濾孔生鏽變窄,從而影響後期的降水速率。


5第一、二道內支撐間土體掏挖


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需要特別注意的是,在第一道內支撐梁施工時,應將梁底的樁頭剔鑿至距梁底至少500mm的高度。否則,在土體掏挖過程中,極易出現樁頂著梁的現象,給施工帶來極大不便,且造成較大的安全隱患。


下圖為現場,樁頂著梁的實際情況:


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同時,應督促有資質、口碑好的第三方監測機構,按相關規範要求進行基坑監測。一級基坑的監測項目有:①基坑水平位移監測、②水位監測、③立柱豎向位移監測、④基坑豎向位移監測、⑤基坑周邊地表豎向位移監測、⑥沉降觀測、⑦支撐軸力監測、⑧深層水平位移監測等。


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因內支撐梁必須閉合,且其混凝土強度等級達設計圖紙要求的80%以上時,才能進行與下道內支撐間的土體開挖。故,涉及到了遷移馬道的工序。


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因修整後的馬道坡度較大,渣土車滿載後,打滑,攀爬艱難。且第二道內支撐梁底土體較為泥濘,無法實現渣土車開進坑內運土的既定目標,故調整方案。將直達坑內的馬道,修整成可供挖機甩土、裝土的階梯形作業平臺。


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事後總結分析,第二道內支撐梁底標高下土體的實際水位情況,在遷移馬道前,就已安排挖探水坑探明。假如:①能協調第三方監測機構加密監測頻率;②協調土方外運班組保證某一晚的渣土車供給數量;那麼完全可以拉幾車建築垃圾,鋪一條通往基坑內的道路,同時修整馬道,以便於渣土車可以開進基坑內,且挖機直接開挖至第三道內支撐梁底標高(空開最外側內支撐梁1m,垂直向下挖)並裝車。然後,集水明排。如果採用這種方案,工期最少能提前1個月!


6第二、三道內支撐間土體掏挖


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第二道內支撐梁底向下挖2.2m後,見水。經相關專家商議決定,採取間距外側內支撐梁1m,垂直向下挖,挑明溝集水明排的措施。


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同時,也對之前留置馬道、遷移馬道時,被迫停用的井,進行洗井作業:


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隨著明水的水位下降、直至消失,再挖探水坑及時掌握土體中水位的實際情況:


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隨著水位穩步下降,邊降邊挖:


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因第三道內支撐至基底的土方外運,決定使用長臂挖機(臂長24m),且內支撐梁必須閉合、混凝土強度等級達設計圖紙要求的80%以上時,才能進行與下道內支撐間的土體開挖。故,涉及到了卸馬道的工序。


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當晚,24m長臂挖機進場,並將基坑內倒出的土方外運:


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因現有的降水井無法滿足施工進度的需求,經相關專家商議,再補打7口降水井。


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下圖為對核心筒(基底標高-19.77m)處,做高壓旋噴樁止水帷幕:


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7第三道內支撐至基底間土體掏挖


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經挖探水坑得知,第三道內支撐梁底向下2m見水。經相關專家商議,決定仍按挖第二道撐時的挑溝集水明排走。


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隨著水位穩步下降,邊降邊挖:


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同時,對受堆土影響暫費的降水井,進行洗井作業:


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按部就班,穩步推進,挖到基底標高後,為避免基槽長時間晾曬,以後澆帶為界,組織分段驗槽,分段澆築混凝土墊層。


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8核心筒(基底標高-19.77m)的掏挖


挖探水坑得知,核心筒處地下水位與基底基本持平。為保障整體施工進度,經相關專家商議,採取以下措施:①將顆粒級配砂石裝入編織袋中,呈咬合狀平鋪於基底;②鋪碎石褥墊層;③鋪彩條布隔離層;④澆築混凝土墊層。


施工實況,如以下照片:


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關於深基坑開挖

還有不得不說的那些事兒


1


再強調一遍,地下水的控制是關鍵中的關鍵。其次,才是土方的掏挖、外運。


2


類似於“採用鋼筋混凝土灌注樁加三道鋼筋混凝土內支撐”這種基坑支護型式的深基坑土方開挖,在掏挖內支撐間土體時,挖機需要好幾倒,才能將內支撐下的土體甩至大挖機的作業半徑內。


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在治理大氣汙染的大背景下,土方外運的價格也不斷的水漲船高,超出了現行清單指導價的N倍。


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3


隨著內支撐間土體的掏挖,為將墜物傷人的安全隱患消除在萌芽狀態,清理內支撐梁下的混凝土墊層及鋼格構柱內的土體,需要投入大量的人工。


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