西江引水工程南海段管线标的主要工作内容有二项:一是基坑支护,二是管材吊装,其中基坑支护是关键,本文就基坑支护的工程实况作一概述,以期抛砖引玉,与同仁共襄。
一、基坑及其支护特点
广州市西江引水工程南海段七个管线标,除11标的和顺立交段为顶管外,其余全部为明挖基坑埋管敷设工程,基坑采用钢板桩或灌注桩支护开挖。特点:a、基坑宽度11.8m,基坑较深6.5~15米;b、工程地质条件较差,多为较厚淤泥层和砂层;c、支护形式多样(11种),遇天然地基段为分级放坡开挖+喷锚(或土钉)支护,其它地段多为ⅳ拉森钢板支护+水泥止水搅拌桩;d、 除局部地段的顶管外,主体为沟槽明挖(明挖基坑);e、过河涌段及过高压电线杆段采用水下灌注桩+水泥止水搅拌桩支护止水。
二、基坑支护技术
1、基坑支护形式
(1)、基坑开挖边坡支护用拉森Ⅳ钢板桩1型 :开挖深度≤6.3米,采用12米Ⅳ型拉森钢板桩+一道内支撑进行基坑支护,适用于场地较小、土质较好的情况。
(2)、基坑开挖边坡支护采用拉森Ⅳ钢板桩2型:开挖深度≤8.0米,采用15米Ⅳ型拉森钢板桩+二道内支撑进行基坑支护,适用于场地较小、土质较好的情况。
(3)、基坑开挖边坡支护采用拉森Ⅳ钢板桩3型:开挖深度≤8.3米,采用15米Ⅳ型拉森钢板桩+二道内支撑进行基坑支护,适用于管基换填情况。
(4)、基坑开挖边坡支护采用拉森Ⅳ钢板桩4型 :开挖深度8.3~10米,采用15米Ⅳ型拉森钢板桩+三道内支撑进行基坑支护,适用于管基换填情况。
(5)、基坑开挖边坡支护采用拉森Ⅳ钢板桩5型 :开挖深度≤6.5米,采用12米Ⅳ型拉森钢板桩+一道内支撑进行基坑支护,适用于管基采用搅拌桩处理的情况。
(6)、基坑开挖边坡支护采用拉森Ⅳ钢板桩6型:开挖深度≤8.3米,采用15米Ⅳ型拉森钢板桩+二道内支撑进行基坑支护,适用于采用搅拌桩处理的情况。
(7)、基坑开挖边坡支护采用拉森Ⅳ钢板桩7型,钢板桩与土钉结合的方式进行基坑支护:适用于上面是软弱土,下面是岩质土。
(8)、基坑开挖边坡支护采用拉森Ⅳ钢板桩8型,采用15米长IV型拉森钢板桩加二道内撑进行基坑支护支护:适用于管道过河涌鱼塘段采用粘土围堰截流 。
(9)、阀井基坑支护采用拉森Ⅳ钢板桩9型:阀井基坑采用直径1000mm三管旋喷桩结合12~15米长IV型拉森钢板桩加三道内支撑进行基坑支护,三管旋喷桩桩距为500mm。
(10)、山体基坑开挖边坡支护采用土钉墙支护10型 :适用于山体开挖、土质较好地段。
(11)、基坑开挖边坡支护采用拉森Ⅳ钢板桩11型:适用于过高压电线塔及河涌段(高压电塔用Φ600@400的高压旋喷桩并每隔一根桩加插入I25b工字钢做保护处理),管线基坑则采用一排Φ800@850钻孔灌注桩进行支护,钻孔灌注桩桩间采用一排Φ600@850的高压旋喷桩止水。
2、基坑止水
(1)、基坑止水分三种类型:不用止水、A型止水、B型止水
1)、不用止水:基坑过不透水地层的地段,如粘土、粉质粘土等地段,不作止水要求;
2)、A型止水:基坑基底接近隔水层(不透水层),在钢板两侧施打两排间距300×300mm、桩径500mm的水泥止水搅拌桩,有效桩长L-3000mm(桩进入不透水层1m+地表以下2米空心桩),L一般不超过15m。
3)、B型止水:基坑基底有较厚的透水层时,在A型止水措施的基础上,基坑开挖后在两侧基脚加铺1500(贴附钢板桩)+500mm (平贴基底)土工布隔离层,用C20水下砼1000mm封底。(见下图)
(2)、基坑止水示意图
1)、无止水桩基坑支护方式平面图,只有拉森Ⅳ钢板桩:
2)、有止水桩基坑支护方式平面图,拉森Ⅳ钢板桩+双排止水搅拌桩:
3、基坑开挖
(1)施工准备
1)、清除挖方区域内所有障碍物, 如地上高压、照明、通讯线路,电杆、树木、旧有建筑物及地下给排水、煤气、供热管道,电缆、沟渠、基础、等,或进行搬迁、改建、改线。
2)、按基坑开挖施工方案,施工总平面布置图和基坑士方开挖设计图, 确定开挖路线,基底标高、施工平面排水系统及土方堆放地点。
3)、完成管道中心线的放样,测量出基坑开挖边线,固定好保护桩并洒好灰线,然后进行地基处理及边坡支护措施,地基处理及边坡支护验收合格后,方可进行基坑土方开挖。
4)、在施工区域内备好临时性排水设施,使管道基础不泡水。
5)、机械设备运进现场,进行维护检查、试运转,使处于良好的工作状态。
(2)、基坑开挖
1)、采用普通挖掘机或长臂挖掘机挖土,东风汽车运土。
2)、基坑土方开挖应分层分区连续施工,并对称开挖,分层对边坡进行支撑加固,开挖至设计标高后应及时施加支撑。挖土过程中要测定标高,以免超挖和欠挖。
3)、挖到设计标高时再进行人工整平。
4)、沟槽开挖完后在两侧人工修排水沟,做好排水工作。
5)、进行地基承载力检测,设计、建设方、质监站、监理等人员尽快会同对基底进行验槽,办理验槽手续。
4、基坑降排水
(1)、基坑内积水排除处理:在坑底两边做好排水沟,排水沟截面为350×350mm,沟底倾斜度为0.1%;每20 米间距做一个集水井,集水井为800×800×1000mm,集水井的井深比坑底深1米,抽水机按40米布置一台;基坑上部的排水出口处设沉淀池,规格为2000×2000×1000mm;所有排水沟、集水井和沉淀池侧壁都用240砖墙厚,M7.5#砂浆砌筑。
(2)、施工降水
基坑内降水井每侧按30米设一个,对边错开布置,降水井用DN100管径,抽水机不间断抽水,降低水位至基底1米,并根据场内的实际地形设置相应的排水沟排至市政沟渠。
5、基坑回填
(1)、清理基坑:回填前基坑内不能留有过多的积水,不能留有垃圾和木条;
(2)、中粗砂回填:管道基坑回填后,不宜用机械碾压密实,因此必须使用中粗砂回填,以水密法使之密实;
(3)对称回填:在管道基坑回填中,必须进行对称回填,使2×3600管道两侧受力均衡,防止管道一侧受力过大产生偏位,使承口与插口之间拉开;
(4)、分层回填:因是水密法密实,分层厚度可加大至1000mm,但必须要分层回填,且使管道始终受力均衡;
(5)禁止机械抛砂回填:回填时,基坑两侧两台挖机同时回填,挖斗距管顶50cm垂直洒下,使砂土沿管顶分别均匀滑下两侧,使管道受力均衡;
(6)、禁止机械随意行走:在回填至设计标高并密实前,禁止任何机械在基坑之上行走,回填完后仍禁止重型车行走。
三、技术要求
(1)、钢板桩施工:采用Ⅳ型拉森钢板桩,长度12、15米,要求钢板桩无穿孔,修边调直后使用,扣边有防水措施,钢板桩的垂直度不超过1%,轴线偏差±10cm;钢板桩之间用2I50B围檩进行连接,围檩与钢板桩之间空隙打入木楔顶紧或加焊钢支撑,转角设置专用构件;采用直径500MM的钢管进行内支撑。
(2)、土钉施工:喷锚支护施工应分层分段开挖,开挖深度与锚杆间距相同;锚杆采用Φ25、32钢筋矩形布设,间距@1500×1500,钢筋锚孔直径90mm,注入水灰比为0.5的纯水泥浆,水泥砂浆强度不低于25MPa;基坑壁喷射C20砼10cm厚,挂8@200×200钢筋网,钢筋网纵向搭接长度≥300mm,横向搭接≥200mm,加强筋搭接应采用焊接;放坡坡面喷射混凝土厚度采用钻孔法检测,钻孔数为每100m2墙面积一组,每组不少于3个点。
(3)、搅拌桩施工:搅拌桩四喷四搅工艺,要求掺入比不小于15%,水泥浆的水灰比为0.45,施工时应用流量泵控制输浆,注浆泵出口压力应保持在0.40-0.60MPa,输浆速度应保持常量 ;搅拌桩施工中因故停浆,应将搅拌头回复到已搅拌部分0.5m ,待恢复供浆时,再搅拌提升,搅拌桩桩与桩搭接时间间隔不应大小24小时,如果间歇太长,搭接质量无保证时,应采取局部补桩或补用旋喷桩搭接;标定深层搅拌机械的灰浆泵输浆量及相应参数,并按成桩试验,确定搅拌桩配比和施工工艺;桩径Ф500mm水泥搅拌桩水泥掺量55kg/m,水泥用42.5级普通硅酸盐水泥;桩身强度28天龄期达到1.2MPa;搅拌桩需做固结体整体性及均匀性检测、固结体有效桩径检测、固结体垂直度检测、固结体的溶蚀和耐久性检测。
(4)、旋喷桩施工 :采用双排Ф 500 单管旋喷桩@350×350mm,要求进入不透水层1.0 米,42.5R 级普通硅酸盐水泥, 水灰比为1.0, 压力大于20Mpa, 桩身强度为2.0MPa;阀井基坑支护采用单排Ф 1000 mm三管旋喷桩@800,42.5R 级普通硅酸盐水泥, 间距800×800mm,高压水压力40MPa、流量80~ 120L/min、喷嘴直径不小于2mm,压缩空气压力0.7MPa、流量1~ 2m3/min,水泥浆液压力0.7MPa、流量100~ 150L/min,注浆管提升速度≤ 10cm/min、旋喷速度≥ 10r/min。
(5)、排水措施:沿基坑两边设3500×3500mm的截水明沟,防止地表水流向基坑;坑内根据需要设置临时排水沟,将基坑内积水导向集水坑,然后用潜水泵抽至地面排水明沟;施工过程中保持排水沟畅通;对基坑边的原有裂缝应做必要填补,严防地表水渗透。
(6)、土方开挖:a土方开挖需与内支撑施工密切配合,每道支撑下超挖深度为0.5m,待钢管内支撑施工完毕方可进行下部开挖,严禁超挖或不平衡开挖;b机械开挖时,基坑底和基坑壁留出0.3~0。5cm厚度土层用人工挖掘修正;c开挖过程,采用宏观监测与微观监测相结合的手段,跟踪调查,出现异常,及时采取措施进行处理;d注意事项:严格按工序施工,不得超挖;保持完整的地表水排水系,以免基坑被浸泡;基坑顶3~5m范围内严禁堆载;e做好基坑险情的应急措施,如土包;f加强坡顶护拦制安,防止人身意外的发生;g做好应急工作,如:当地下水位变化较大、土体变形较大时,及时报告处理,并且常备适量包装水泥以作灌浆应急,常备土包以作回填开挖应急,常备适量粗钢管或型钢以作应急支撑之需。
(7)、基坑监测:a基坑周边沉降及位移监测:监测点和控制点均采用钢筋水泥制作,设置稳固;采用J2光学经纬仪或全站仪观测水平位移,采用精密水准仪观测垂直位移;基坑开挖期间,每开挖一层观测2次或每天观测2次;雨天或有异常情况时应加密监测;b土体侧向变形监测:沿基坑周边每20m布设一个测斜孔;测斜孔采用专用PVC管,埋入深度进入弱风化层;测斜孔埋置时应确保其中一组导向槽垂直基坑边线,测斜孔与钻孔孔壁间的空隙填砂密实,并用水泥砂浆密封;基坑开挖过程中,每开挖一层观测一次;c地下水位监测:观测孔成孔口径Φ90,深15米,全长置入口径Φ48、外包塑料滤网的PVC管,PVC管与钻孔间深1米以下填砾,深1米至孔口填澎润土,并用水泥砂浆抹面,PVC管口配置保护盖;基坑开挖过程中,每开挖支护一层观测一次。基坑按二级安全等级考虑,最大水平位移允许值为40mm。各项监测工作应严格执行设计及规范要求,当变形超过有关标准或场地条件变化较大时,应加密观测。各项监测项目在基坑支护施工前应测得稳定的初始数据值,且不应少于2次。当有危险事故征兆时,则需进行连续监测。
(8)、钢板桩支撑拆除:在块石填充满且密实度达到95%或C20水下混凝土封层砼强度达70%时,拆除垫层处的钢支撑;吊装好管道后,要待回填密实才许拆除管道上方的钢支撑
四、安全与质量措施
1、安全保证措施
(1)、深基坑在施工之前,确立的支护形式和参数要通过验算,基坑支护方案必须通过专家评审后,才能按方案施工,并严格按方案施工。
(2)、沟槽开挖及管线施工期间应加强基坑监测,如监测发现有超过规定允许值应立即停止施工,采取相应的处理措施;
(3)、在施工过程中对周围邻近道路、地面建构筑物的沉降进行监测,如发现地面开裂、沉陷情况,应立即停止施工,并通知有关单位人员进行研究、处理。
(4)、施工机械行驶道路要平整、坚实,确保行驶安全,同时减少对基坑的扰动。
(5)、机械挖土分层进行,每挖一层要及时进行支护,防止塌方、溜坡等造成机械倾翻、淹埋等事故。
(6)、开挖后的基坑,及时进行围栏、加防护网并警示。
(7)、挖掘机手和运土驾驶员要持证上岗,施工现场要有专职安全员。
(8)、多台挖掘机在同一作业面开挖,挖掘机间要有安全间距。
(9)、机械施工区域禁止无关人员进人场地内;挖掘机工作回转半径内不得站人或进行其他作业;挖掘机、装载机装卸土,应待机停稳后进行, 不得将铲斗从运输汽车驾驶室顶部越过,装土时人不得停留在装土车上。
(10)、挖掘机操作和汽车装土行驶要听从现场指挥; 所有车辆必须严格按规定的行进路线行驶,,防止撞车。
(11)、挖掘机行走和自卸汽车卸土时, 必须注意上空电线,保持在安全空间内作业;如在架空输电线一侧工作时,垂直与水平距离分别不得小于 2.5m 与 4~6m(110~22OKV 时 ) 。
(12)、规范临时用电,夜间施工有足够的照明。
(13)、基坑边谨防堆载,监控运土车和挖机动载对基坑的影响。
(14)、基坑四周设高1.2米的临时彩板围拦,进行封闭式施工 ,在深基坑旁设置安全警示牌,夜间设红色警示标志。
(15)、制定应急预案,准备好应急和抢险措施,如准备相应的袋装水泥、土包、抽水机、粗钢管或型钢,必要时启动应急机制。
2、质量保证措施
(1)、严格要求按设计技术要求施工,分层开挖,及时支护,禁止超挖乱挖;
(2)、严格要求执行《基坑支护专项方案》;
(3)、钢板桩的规格及长度要满足设计要求,重视钢板施工质量;
(4)、做好止水搅拌桩、高压旋喷桩,重视基坑的止水、降排水;
(5)、设专人指挥,施工前进行技术交底,严格执行工序工艺;
(6)、测量员随时测量,保证基底标高,槽底土壤不得扰动;
(7)、务必在旱季施工过河涌段;
(8)、防止随意扰动基坑周边土层。
五、基坑支护结束语
回顾总结,在软基与厚砂层中的深基坑施工中,“支护”及“止水”是关键,要务必重视以下几点:
1)、注重钢板桩施工质量:一是钢板桩本身的质量要符合设计要求;二重视钢板桩的施工质量,要用导架给钢板桩定位,施打后的钢板桩要垂直、成线型和顺溜,每片钢板之间要相扣。高质量的钢板桩,并且施打好钢板桩,不但起到有效的支撑作用,而且还有明显的止水效果。
2)、按设计要求高质量做好止水搅拌桩和高压旋喷桩,减少甚至杜绝透水事件的发生。
3)、支撑要及时:分层开挖,禁止超挖,及时支撑,不能等到钢板桩变形后才开始支撑,一旦出现变形征兆要及时加支撑。只有及时支撑才能有效减少基坑变形(钢板桩变形引起的)。
4)、支撑要连成整体:围檩与钢板桩之间要密贴(空隙处加钢板焊接),围檩与围檩要用钢板相扣焊接,支撑与围檩间要点焊,在基坑开始变形初始时要停止开挖,及时增加支撑。只有支撑连成整体才能有效减少基坑变形引起的突发事件发生。
4)防范基坑两侧的动载:基坑两侧的动载极易引起钢板桩鼓肚、钢板桩踢脚,在雨水季节的淤泥层要特别防范。
5)、加强观测:特别对淤泥地段要加强观测,施工过程中尽量减少扰动,做到及时加撑,以免出现无法控制的基坑变形。
6)、重视安保与质保措施的到位,随时处在应急状态。
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