地下水丰富且地质不良深基坑开挖施工技术 - 滑模施工|筒仓滑模|滑模公司

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	地下水丰富且地质不良深基坑开挖施工技术

发布时间：2016.05.04 新闻来源： 浏览次数：

    0 引言
    由中铁六局集团有限公司承建的太原市中环路北中环西段东晋支线高架桥工程，涉及施工专业多，受工期要求紧，地下水位高，立体交叉作业多，施工难度大等多种因素制约，采用井点降水及拉森钢板桩控制地下水，采用基坑支护桩及拉森钢板桩进行基坑支护，确保下穿铁路框架桥及U 型槽施工正常进行。
    在施工中总结了许多经验，经过全体技术人员集思广益，结合现场实际情况，根据相关规定和要求，编写形成了该施工技术。
    1· 关键技术特点
    ①综合利用拉森钢板桩隔水、井点降水措施，隔离基坑外的地下水，降低基坑内的地下水位，降低土体含水量，确保基坑开挖顺利进行。②利用拉森钢板桩与基坑支护桩形成的联合支护体系进行基坑支护，替换通常采用的高压旋喷桩、水泥搅拌桩止水帷幕配合工字钢支护，一方面利用了拉森钢板桩的隔水效果，起到了止水帷幕的作用，另一方面利用基坑支护桩配合横梁克服了拉森钢板桩抗侧向土压力差的缺点，既可以节约工期，又减少了施工投入，产生了良好的经济效益和社会效益。
    2 ·适用范围
    该技术适用于地质情况差、基坑开挖面积大，开挖深度10m 左右、地下水位浅且水量丰富等特殊条件下的构筑物基础、框架桥及管线等工程施工。
    3· 工艺原理
    采用井点降水、拉森钢板桩及基坑支护桩形成的联合支护体系，利用拉森钢板桩止水及支护的双重作用和基坑支护桩的抗剪作用，减少钢板桩横向位移，减少钢板桩变形，井点降水把基坑周围的一定区域的水位降到最低，减小基坑边坡土体侧压力，确保基坑安全。
    4· 施工工艺流程及操作要点
    4.1 施工工艺流程
    降水井施工→基坑支护桩施工→插打拉森钢板桩→安装支护桩横梁→钢板桩与横梁固定→基坑周围井点降水/基坑内降水→基坑首次开挖（上层4 米）→基坑二次开挖（6 米）→基坑抽水→混凝土封底→基坑内施工→拔钢板桩→回填夯实。
    4.2 操作要点
    4.2.1 井点降水
    ①先降水后开挖。本工程计划在基坑开挖前7 天进行降水作业，基坑降水7 天后开始进行土方开挖，在基坑开挖过程中始终保持降水速度超前于开挖速度，地下水位降至基底以下后再开挖。②轻型井点降水应经常进行检查，其出水规律应“先大后小，先浑后清”。若出现异常情况，应及时进行检查。③连续抽水，切忌时停时抽，以免导致井点管的滤网阻塞或引起基坑边坡塌方等事故。
    4.2.2 基坑支护桩
    基坑支板桩采用Ф1.2m 钻孔灌注桩，旋挖钻成孔，桩身为C25 混凝土，配钢筋笼，桩间距8m，以基坑底面为分界线，基坑底面以上6m，以下9m，保证桩身稳定。
    支护桩施工技术要求与钻孔桩要求相同。
    4.2.3 插打拉森钢板桩
    采用12m 长拉森钢板桩支护，基坑底以上及以下均为6m，拉森钢板桩采用履带式振动打桩机施打，施打前先熟悉地下管线，检查钢板，准确放出支护桩中心线，控制打入精度。在插打过程中随时测量监控每根桩的斜度，当偏斜过大时应拔出重打。
    4.2.4 钢板桩与横梁固定
    本工程支护体系的关键在于钢板桩与支护桩及横梁的设置。基坑开挖前，将12m 长I50 工字钢横梁平放于支护桩与钢板桩之间，一侧抵靠于支护桩上，钢板桩抵靠于工字钢另一侧，工字钢设置上下2 层。在支护桩侧面打孔，插入Ф32mm 钢筋2 根，插入混凝土20cm，外露10cm，工字钢横梁平放于钢筋上。为保证工字钢横梁的稳定，可将钢板桩、横梁、钢筋进行焊接固定。工字钢横梁两端打孔，采用钢板及螺栓连接，将基坑周围全部支护桩连成整体，使其和拉森钢板桩形成一个较强的支护体系，确保基坑安全。
    5· 材料与设备
    相关材料与设备见表1。

    6 ·质量控制
    ①井点降水必须24 小时连续作业，为防止停电导致水位回升，派专人负责抽水，并在施工现场配备2 台120kW 发电机备用，一旦停电，马上将水泵电源接入发电机，由发电机供电，确保降水作业连续。②基坑支护桩采用C25 水下混凝土，钢筋笼主筋采用Ф25 钢筋，间距20㎝，按规范要求进行卡控，确保成桩质量。③对施工中钢板桩的垂直度、水平高度、密封性要经常检查，如果有不满足要求的要及时返工。④插打拉森钢板桩要保持顺直，确保钢板桩能有效的抵靠工字钢横梁，使钢板桩受力均匀。⑤对于基坑内积水及渗水采用集水沟、集水井相结合的方式进行排水。⑥基坑开挖完成后，尽快进行基底换填作业，采用抛石挤淤进行换填。
    7· 安全措施
    ①对施工人员进行安全教育，施工前进行安全技术交底。提高安全意识，实行持证上岗制度，不经培训或无证者，不得进行上岗操作。②基坑挖土时，挖土机械要最大程度的减小对基坑支护桩及钢板桩的碰撞，确保支护体系稳定。③严格按照施工方案要求进行施工，基坑上口5m 范围内严禁堆载，减小对支护体系的侧压力并及时排出基坑内积水。④若基坑开挖面出现渗水现象，不能保证基坑安全开挖时，应立即停止开挖，将渗水处封堵好以后，再进行开挖。如果封堵效果不明显，则采用喷锚支护法加固基坑周围土体。⑤严禁大面积开挖，为保证安全应从基坑的一端挖起，边挖边退，分层开挖。⑥准备应急发电机，水泵，编织袋等应急材料设备。⑦加强位移观测工作：在基坑开挖成型后，对基坑四周及周边构造物进行日常检查和位移观测工作，每天至少观测3 次，做到早防范、早发现、早处理，确保施工安全。
    8· 环保措施
    在施工过程中，针对钻孔桩泥浆、井点降水及明排水、钢板桩及其他机械施工噪音、扬尘等施工现场易发生的环境污染采取有效措施，确保环保要求达标。
    8.1 防止水污染措施
    对钻孔桩钻进过程中产生的泥浆，井点降水、基坑渗水等产生的污水等，严禁直接排入城市污水管道和附近河道、沟渠、农田等区域，统一采用泥浆罐车运出施工现场，集中处理。
    8.2 防止大气污染措施
    在土方运输过程中，为防止抛洒、飞扬，运土车辆采取遮盖等有效措施减少扬尘。现场配备洒水车，对施工现场和运输便道进行洒水湿润，防止扬尘。
    施工现场使用的锅炉等设备，要符合环保要求。锅炉配有消烟除尘设备。
    8.3 防止噪音污染措施
    夜间减少车辆出入频率，尽量不安排噪音大的机械施工，对机械注意养护，降低噪音。
    钢筋加工、模板加工等设施尽量远离居民区。采用拉森钢板桩替换高压旋喷桩、水泥搅拌桩止水帷幕，避免大量使用水泥产生的环境污染，节能环保。
    9 ·经济效益分析
    方案调整前后的经济效益对比见表2。

    10 ·施工方案优化比选
    本工程框架桥及U 型槽基坑范围内地质情况较差，表层为杂填土，以下为粉质粘土，地下水位高且水量丰富，框架桥及U 型槽基坑开挖尺寸大，挖土方约20 万方，根据出土数量大、地质情况差、地下水位高、施工难度大、安全风险高等特点，通过多次方案研讨、论证，施工方案不断优化最终形成了比较成熟的施工方案。
    10.1 方案1：根据设计方案施工
    顶进框架桥在铁路西侧预制，由西向东顶进，现浇框架桥基坑设置在铁路东侧，待顶进框架桥到位后进行原位现浇，基坑外围设置水泥搅拌桩止水帷幕，原地面以下4 米范围内按1：1.5 放坡开挖，4 米以下插打工字钢进行基坑支护，垂直开挖，基坑内、外均设置降水井降低地下水位。由于土质较差且开挖深度约10m，无法一次开挖成型，必须对基坑进行分层开挖，上层和下层挖掘机配合向地面倒土装车、外运。
    按设计方案施工，在铁路两侧均要设置框架桥基坑，但该方案对其他工序施工干扰较大，止水帷幕施工时间长，不适合施工场地小、工期紧、工作量大的施工项目。

    10.2 方案2：调整设计方案，参考高架桥承台施工方案为了缩短工期，计划不施工止水帷幕，采用降水井降水，基坑4 米范围内1：1.5 放坡开挖、坡面喷射砼，4 米以下采用工字钢支护，基坑积水采用水泵抽水，基坑出土同样采用上下层挖掘机倒土装车的方案。但通过高架桥承台施工过程的经验，该方案降水、支护效果均不理想，承台基坑采用工字钢支护，工字钢内侧增加内支撑，基坑周围降水井降水，基坑内设置水泵抽水。在施工过程中，土体侧压力大，向内挤压工字钢支护体系，使支护体系变形，基坑底部四周出现流泥现象，造成基坑土体上拱，水泵无法工作。而且，框架桥及U 槽基坑比承台基坑大很多，无法设置内支撑，仅靠工字钢来抵抗土体侧压力，显然不合理。
    10.3 方案3：调整设计方案，采用联合支护体系进行基坑支护在进行框架桥及U 型槽基坑开挖前，必须打破常规基坑支护方案，找到既能阻止地下水进入基坑，又能确保基坑一次开挖成型的有效方法。
    采用降水井对基坑周围和基坑内部进行降水，采用拉森钢板桩及基坑支护桩形成的联合支护体系确保基坑安全，降低施工成本，加快施工进度。
    为了解决拉森钢板桩抗侧向土压力差的缺点，在基坑开挖前，先施工基坑支护桩，支护桩设置在基坑周围拉森钢板桩内侧，框架桥及U 型槽边墙工作边以外，通过工字钢横梁使拉森钢板桩和基坑支护桩形成一个完整的支护体系，确保基坑开挖安全。
    基坑支板桩采用Ф1.2m 钻孔灌注桩，旋挖钻成孔，桩身为C25 混凝土，配钢筋笼，桩间距8m，以基坑底面为分界线，基坑底面以上6m，以下9m，保证桩身稳定。支护桩截面主筋为通长直径25mm 的螺蚊钢，每桩数量16 根，箍筋直径为8mm 圆钢，间距0.2m，支护桩施工技术要求与钻孔桩要求相同。
    常规有水基坑开挖施工中一般采用高压旋喷桩、水泥搅拌桩止水帷幕配合工字钢支护，该方法施工进度慢、施工投入多、干扰大，工字钢支护效果不佳。通过调查，发现拉森钢板桩同样具有止水、隔水的作用，而且施工方便，速度快，干扰小，每台打桩机每天可插打200 根左右的钢板桩。拉森钢板桩在基坑支护桩施工完成后进行施工，采用12m 长拉森钢板桩，基坑底以上及以下均为6m，拉森钢板桩采用履带式振动打桩机施打，施打前先熟悉地下管线等情况，准确放出支护桩中心线，控制打入精度。为保证施工进度，可以进场多台打桩机同时进行作业，可提高施工进度。
    钢板桩设置距支护桩桩边外侧55cm 处，桩顶倚靠在支护桩的工字钢横梁外侧。
    本工程支护体系的关键在于钢板桩与支护桩及横梁的设置。基坑支护桩及拉森钢板桩施工完成后，将12m 长I50 工字钢横梁平放于支护桩与钢板桩之间，一侧抵靠于支护桩上，钢板桩抵靠于工字钢另一侧，工字钢设置上下2 层。工字钢横梁两端打孔，采用钢板及螺栓连接，将基坑周围全部支护桩连成整体，使其和拉森钢板桩形成一个较强的支护体系，确保基坑安全。
    通过比选，方案3 可以解决地下水带来的影响，支护体系可以确保基坑一次开挖成型，避免因基坑边坡失稳塌方带来的返工，影响施工进度，采用拉森钢板桩替换水泥搅拌桩，缩短了工期，因此采用方案3 进行施工最为合理。
    11 ·经验总结
    利用拉森钢板桩与基坑支护桩形成的联合支护体系进行基坑支护，利用拉森钢板桩的止水、隔水及支护作用和基坑支护桩的抗剪作用，利用基坑支护桩配合横梁克服了拉森钢板桩抗侧向土压力差的缺点，减少钢板桩横向位移和变形，确保基坑一次开挖成型，基坑边坡安全稳定。
    11.1 钢板桩与基坑支护桩的连接工字钢横梁设置于基坑支护桩和拉森钢板桩之间，一侧抵靠于支护桩上，钢板桩抵靠于工字钢另一侧，工字钢设置上下2 层。在支护桩侧面打孔，插入Ф32mm 钢筋2 根，插入混凝土20cm，外露10cm，工字钢横梁平放于钢筋上。为保证工字钢横梁的稳定，可将钢板桩、横梁、钢筋进行焊接固定。
    11.2 施工中出现的问题①设计方案不合理。本工程框架桥基坑止水设计采用水泥搅拌桩止水帷幕，采用工字钢进行基坑支护，而U 型槽对基坑支护未做设计要求。未充分考虑地质情况差对基坑开挖带来的影响。在施工过程中，搅拌桩施工进度慢，占用场地大，对周边施工有较大影响。出土通道设计不合理，出土难度大。
    ②拉森钢板桩与基坑支护桩之间的位置。通过现场实施，发现拉森钢板桩与基坑支护桩之间的位置控制不到位，多处出现大于或小于55cm，给工字钢横梁的安装带来了很大难度，特别是间距小于55cm 时，工字钢横梁无法水平放入钢板桩与支护桩之间，无法与其他横梁连接，特别是开挖深度较大的位置，基坑边坡侧压力较大，导致支护体系强度不足，给后续施工带来了一定困难。因此，在今后类似工程施工时，要特别注意拉森钢板桩与基坑支护桩之间的位置关系。
    ③基坑内抽水工作不及时。虽然基坑周围采用了拉森钢板桩止水，但基坑内部积水无法及时排出，由于工期紧，个别施工段未进行基底处理，基坑开挖完成后，不能及时密封，积水导致基底越泡越软，逐渐变成稀泥状，给后续垫层砼浇筑和底板钢筋绑扎带来困难，因此，在以后有水基坑的施工中，一定要加强基坑内排水的措施，确保基坑不积水。
    ④基底换填。由于地下水影响，基底承载力不足，采用抛石挤淤对基底进行换填处理，在换填时必须要做试验段，确定换填方法及深度数据，同时要确定什么情况下采用抛石挤淤，什么情况下采用碎石换填，换填厚度为多少，不应一概而论。

12· 结束语
采用该技术施工有效的解决了地质情况差、地下水丰富、工期紧、任务重、施工诳骗干扰多等技术难题，既保证了深基坑施工的安全，也保证了工期，又大大降低了施工成本，取得了很好的效果。该技术被评为2013 年山西省省级工法，对于以后类似工程的施工有着一定的借鉴作用。