SMW工法桩及支撑法在城市地道施工中的应用

日博体育 www.sh-shunnai.com 颜维贵 YAN Wei-gui

(中铁十四局集团第三工程有限公司,兖州 272000)

摘要:文章结合徐州三环西路高架快速路工程二环北路地道施工,针对粉土及液化砂土地区地道开挖施工采用SMW工法桩并辅以型钢加强等基坑围护形式,有效实施了基坑围护,提高了地道施工的安全性的同时加快施工进度、节约投资。可在类似工程中借鉴实施。

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关键词 :SMW工法桩;地道施工;应用

中图分类号:TU753 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2015)26-0132-04

作者简介:颜维贵(1982-),男,甘肃兰州人,项目总工,中级职称,研究方向为桥隧。

0 引言

城市道路地道明挖法施工中,采用何种方式进行基坑围护,对深大基坑开挖的施工安全性和工程进度等方面至关重要。在徐州三环西路高架快速路工程二环北路地道施工中,针对粉质粘土、震动液化砂土及富水的不良地质条件,采用SMW工法桩,并在工法桩内插H型钢辅以格构柱及钢支撑的围护形式,形成一道具有一定强度和刚度的、连续完整的、无接缝的地下墙体,作为深大开挖基础的围护兼止水作用,从施工安全性和施工进度等方面取得较好的效果。

1 工程概况

徐州三环西路高架快速路工程二环北路地道起点接下穿陇海铁路U槽,左右洞分开设置,过了暗埋段后,在南侧敞开段左右洞合并。地道左右洞全长377.008m,其中暗埋段120.007m,敞开段257.001m,下穿通道单孔净宽12.25m,限界净高5.0m,按照城市快速路标准设计。

2 地质水文情况

工程场址区粉土层,经综合判别为中等液化砂土,施工中存在震动液化的可能。局部夹粉质粘土层为软弱土。

项目区地下水主要为浅部潜水,主要赋存于上部填土层及粉土层中孔隙水,渗透系数一般1.5*10-4cm/S,其水量小,主要以大气降水补给,易于疏干。下部为粘土层,为主要隔水层。场址区勘察深度内上部粉性土发育,土层的赋水性,透水性均较好,为场址区良好潜水含水层。其主要含水层位于上部粉土层。粘土夹砂礓层中,局部夹有孔隙水,施工中应采取一定的排水、防水措施。

3 施工方案

分离段左右线结构净距1.49m~7.47m,基坑开挖深度2.6m~8.2m。基坑安全等级为二级,基坑整体稳定性>1.30。为方便施工,节约工程造价,对左右线地道采用同一个基坑进行施工。

地道采用明挖顺筑法施工,即开挖至基坑底后顺筑底、侧墙及顶板和其他结构。通过方案比选基坑围护采用(SMW工法桩)+(一道钢筋砼支撑)+(一道钢支撑)的形式,地道围护结构根据基坑深度采用Ф850SMW工法桩。

①SMW工法桩身采用42.5级普通硅酸盐水泥,水泥掺量不小于20%,水灰比为1.5~2.0。

②?准850SMW工法桩内插H型钢700×300×13×24,待内部结构施工完毕达到设计强度,内插型钢予以拨除。

③钢围檩采用H型钢588×300×11×18双拼。

④钢支撑采用由Ф609钢管,壁厚16mm,钢材为Q235。

4 方案实施

对暗埋段及敞开段,基坑开挖深度2.6~8.2m,基坑开挖采用?准850SMW工法桩+一道钢筋砼支撑+一道钢支撑围护结构形式。具体施工步骤如下:

①降水;

②SMW工法桩和格构桩施工;

③浇注SMW工法桩顶部圈梁和钢筋砼支撑;

④开挖第一层基坑土方,随挖随设钢围檩一道及钢支撑一道;

⑤开挖第二层基坑土方到设计坑底标高时,浇筑素砼垫层。

4.1 降水

根据地质水文条件,在地道基坑施工前20天进行降水施工。采用坑内降水的方法,先在距基坑坑外沿1m处,每隔12m打设观察井(可兼降水井)。为了减少原设计在坑内底板降水及后期封井对地道主体施工带来防水抗渗的不利影响,在基坑外沿降水井采用坑内底板范围内降水,井点均布,实时监测。另外,为了有效减少雨季地面排水流入基坑,在基坑顶口外1m处设置300*300mm明排截水沟,基坑底面距主体结构0.5m处设置400*400㎜排水沟,并每隔30m设置1个800*800*800㎜的集水井,用于集中疏干。在施工地道主体前,按设计要求降水至基底1m以下。主体结构与土方开挖与回填施工期间,降水连续进行,待主体结构施工完毕,基坑两侧土方回填至设计地面结构层底标高时,进行封井工作。

降水主要施工方法:

根据地质情况,本项目降水采用管井降水,施工工艺及操作方法如下:

①主要设备和材料。

实井管:采用直径为?准350mm的PE管,单管长度为4.0m。

滤管:同样采用直径为?准350mm的PE管,单管长度为4.0m,滤管管壁的滤孔孔径大于30mm,密度不小于30%。

过滤网:井管外裹一层网眼3mm×3mm的钢丝滤网,再在钢丝滤网外裹上60目的滤网,采用两层过滤。

滤料:井管与孔壁间采用直径?准2-4mm的绿豆砂。

成孔设备:采用XZ-150型水文钻机成孔,清水循环钻进,孔径为800mm。

抽水设备:采用流量为10~20m3/h的潜水泵。

②施工前的准备工作。

采用钢板焊制一个2m×2m×1.5m直径的泥浆池,泥浆池内注满清水,为循环钻进做储备,用泥浆泵循环的同时,钻机上的启动钻杆顶端与泥浆泵之间也应该通过泥浆管接合成一体。

按要求用滤网把滤管裹好,并把孔底管胶接封牢,在每节井管上部外壁焊根钢筋,以方便吊装井管。

③成孔。

准备工作完成以后开始钻孔,采用钻头直径不小于550mm的钻机进行钻孔施工。整孔采用一径到底,跟踪记录循环钻进的状态,重点查看有无返浆现象。进尺达到比设计孔深(基坑深度+6m)多出50~80cm处即可停钻,用储备的清水循环清孔,防止泥浆沉底,最后观察返浆状态确定起钻时间。

④管井安装。

开钻后迅速吊装井管,先吊装一端封死的滤管,然后按顺序将井管对直胶接完毕。胶接时,为了使孔壁和井管的最小间距大于100mm,井管必须位于孔中间。胶接后用滤料(绿豆砂)回填孔壁和井管质检的空隙,回填至距孔口1m处再回填粘土。

⑤洗井。

吊装好的管井需要洗井。先取下钻头装上活塞,放入井管内向上强行提水,借助活塞使井内形成负压,水进入井内就会形成水压,在水压的作用下连续清洗钻井,发现井水比较变得清澈后即可停止洗井。这种洗井法即业界常用的活塞洗井法。

⑥抽水。

洗井完毕后应立即安装抽水泵进行抽水,这样既可抽水,又可达到洗井的目的,如洗井完成后放置一段时间再进行抽水,井有可能淤积,影响出水效果。

4.2 SMW工法桩施工方法与技术措施

4.2.1 SMW工法桩施工工艺流程

导墙施工→设备机架移动导轨→SMW搅拌机定位→搅拌、提升、喷浆→重复搅拌下沉、重复提升→插入型钢→施工完毕→型钢回收

4.2.2 SMW工法桩施工方法

①采用多轴钻孔机进行水泥旋喷桩施工。

②搅拌速度及注浆控制:三轴水泥旋喷桩在下沉和提升过程中均应注入水泥浆液,同时严格控制下沉和提升速度。

③SMW工法桩施工按下图顺序进行,阴影部分为重复套钻。

直线段围护采用连续式复搅连接:

围护墙转角处或有施工间断情况下采用跳槽式全套复搅式连接:

④涂刷减摩剂:减摩剂加热融化均匀,涂敷于H型钢上,便于H型钢的起拔回收。

⑤H型钢插入:用吊机起吊H型钢放在型钢定位卡中,在相互垂直的两个方向用线锤校核垂直度,确保插入型钢垂直,如不到位可以用挖掘机辅压到位。

⑥H型钢回收:地下主体结构完成并达到设计强度后,用专用夹具及千斤顶以圈梁为反梁,起拔回收H型钢。用0.5水灰比的水泥砂浆自流充填H型钢拔除后的空隙。

4.2.3 格构柱施工

由于基坑宽度均在20m以上,钢支撑在自重作用和受较大支撑轴向压力时会失稳,为此,在支撑中间设置了钢格构柱和联系梁,减小支撑跨度,以此保证支撑体系具有良好的稳定性。

格构柱采用4根L 140×140×14角钢和δ=10钢缀板焊接拼装。格构柱锚入地道A型立柱桩3m。格构式钢柱柱体的四边应平行或垂直地道轴线。

格构柱纵向连系梁采用I50a工字钢拼装,采用δ=10钢缀板进行加固。格构柱纵向连系梁提前制作成型,与横向钢管支撑同时安装到位。格构柱与纵向连系梁采用焊接连接。

4.2.4 钢筋砼支撑系统施工

SMW工法桩及格构柱施工完成后,立即施工工法桩顶钢筋砼冠梁、钢筋砼连系梁、钢筋砼支撑梁等钢筋砼支撑系统。

钢筋砼支撑梁混凝土强度达到设计强度90%后,方可进行土方开挖施工。

4.3 钢围檩与钢支撑系统安装

4.3.1 钢围檩与钢支撑安装

土方开挖至工法桩顶面以下4m处,进行围檩施工。

在钢板桩顶面下4m处设置钢围檩及钢管支撑。围檩采用588*300*11*18mm(双拼)H型钢,围檩下口用20mm厚钢板每3m做成钢牛腿,支撑采用Ф609*16mm钢管制作,对撑间距4.0m。

在工法桩H型钢上测出统一的标高线,焊接安装围檩钢牛腿间距3m,将试拼后的钢围檩吊装到钢牛腿上,并固定好,工法桩H型钢与钢围檩,如有较大间隙,必须垫好。然后安装钢管支撑并焊接加固。

为了保证围檩结构整体的稳定性,在钢围檩接头处设置250*200*10mm连接板,用M16螺栓进行固定。

4.3.2 钢支撑安装的质量

4.3.2.1 钢支撑和围檩采用托吊措施,以防松脱坠落。型钢围檩加钢肋,在支撑部位增设钢肋。型钢围檩端部采取措施,不得呈悬臂状态。

4.3.2.2 每根钢支撑的配置按总长度的不同配用一端固定段及一端活络段或两端活络段,在两支承点间,中间段最多不超过3节。

4.3.2.3 钢支撑配置时考虑每根总长度(活络段缩进时)比围护结构净距小10~30cm。

4.3.2.4 钢支撑安装前先在钢围檩上安装支承牛腿(也可在支承端板上焊接支承件)。

4.3.2.5 安装完毕后检查并加固,其端板处空隙应用微膨胀细石砼填实。

4.4 基坑土方开挖

本工程基坑开挖深度为2.6-8.2m,属于二级基坑。遵循“开槽支撑、先撑后挖,分层开挖、严禁超挖”的原则。

地道挖方工作面受基坑工作面限制只能从中间向两端顺序进行,基坑开挖每个作业面采用长臂液压挖掘机配小型液压挖掘机挖土。

基坑开挖按照时空效应理论,按照“分段、分层、分块、对称、限时”要点,遵守“竖向分层、纵向分区分段、先中间后两侧、抽槽支撑,先支后挖”的原则。做到随挖随撑,尽量减少无支撑暴露时

4.4.1 土方开挖原则

遵循先撑后挖,分层分区开挖,严禁超挖的原则。

4.4.1.1 设2道支撑的基坑开挖施工步骤

工法桩顶部圈梁和钢筋砼支撑→开挖第一层基坑土方至钢支撑下50cm→安装钢围檩及钢支撑→开挖第二层基坑土方至设计坑底标高以上30cm→人工修整基底→浇筑素砼垫层。

4.4.1.2 设l道支撑的敞开段施工步骤

工法桩顶部圈梁和钢筋砼支撑→开挖基坑土方至设计坑底标高以上30cm→人工修整基底→浇筑素砼垫层

4.4.2 基坑开挖的基本方法

基坑开挖以机械挖土为主,人工修挖为辅。

4.4.2.1 第1层土方开挖:坑内表层土方采用液压挖掘机挖土,直接装车外运。

4.4.2.2 第2层以下土方开挖:在坑外布置长臂液压挖掘机,分层放坡挖土并将土方垂直运出坑外装车外弃。

在坑内布置小型液压挖掘机,分层放坡开挖长臂液压挖掘机工作半径以外的土方和支撑下的土方,并将土方翻挖到长臂液压挖掘机工作半径之内,由长臂液压挖掘机将土方挖出坑外装车外弃。

4.4.3 基坑开挖具体实施方法

本工程地道基坑属于对撑的条形基坑,整个基坑施工严格按照设计要求进行分段开挖,每段开挖中又必须按照分层、分小段、分块,并限时完成每小段的开挖和支撑。

基坑开挖严格按照时空效应理论分层、分段、分块挖土。分段原则是以一根钢围檩的长度为准,每小段开挖长度相当于两根钢支撑间距的宽度加两侧余量。每层厚度控制在2~3m;第一、第二道支撑的土层开挖中,每段开挖宽度控制在单根钢围檩长度左右,小段土方要在16h内完成,每层土方开挖面不低于相应支撑中以下50cm。同时严格控制每次分段开挖时两头的纵向土坡坡度在1:3以上,确保土坡稳定以及基坑的安全。

基坑开挖时,采用先开挖基坑中间土方,两侧预留土堤,以抵抗外侧土体主动土压力,防止基坑变形过快过大;然后抽条开挖支撑下方土体后,安装支撑,最后进行该层范围内土体的全面开挖。

第一层土方:基坑开挖采用挖掘机施工,以“后退式”施工清去表层土,开挖至钢支撑面标高时,用“抽条法”施工,完成第二道支撑的安装;

第二层土方:在基坑两侧分别配备一台长臂挖掘机并结合一台0.25~0.4m3小挖机进行挖土。

当挖至离设计坑底标高30cm时,人工挖土修坡找平基坑,切忌扰动基底,同时严防超挖。挖好后立即分块分段浇捣,严防坑底土体回弹,同时也可以支撑围护结构,避免其发生水平位移。

5 基坑开挖监控监测

在一个基坑面开挖段开挖作业中,紧跟每层开挖支撑的进展,跟踪监测围护结构的水平位移和变形情况。根据监测数据及时调整各工序的变形量和变形速率,并改进相关技术措施,严防变形等质量问题影响基坑作业质量。

监测项目及方案:

5.1 水位观测

水位观测孔纵向布置间距25m。用30型钻机在设计孔位钻进到设计深度,循环清孔后安装PVC水位管,水位管底部连接透水管,用滤网扎牢,钻孔内用黄沙回填至设计标高,外侧用土回填。

在布设好的观测孔中,放入水位计,根据不同施工阶段量测水位的变化及时指导基坑降水施工。

5.2 地表裂缝观测

采用目测现场观察,游标卡尺测量,监测基坑周边土体变形情况,及时指导施工。

5.3 地表土体沉降

施作基坑时,为了掌握基坑作业是否会扰动围护外侧的土体,沿地道走向,每25m设置一条土体沉降位移监测断面,每条断面由6个点组成,监测点横向间距5m。

5.4 坡顶水平位移及沉降

坡顶水平位移及沉降监测点,纵向25m左右水平距离布置一个监测点,与水位观测孔采用同一监测点。沉降观测采用高精度水准仪,测量监测点的高程;平面位移采用轴线投影法或小角度法。

5.5 坡顶测斜

在基坑坡顶沿纵向50m水平距离布置一个测斜孔,坡顶垂直、水平位移监测点布置在同一部位。测斜孔埋设深度10m。

采用孔顶假设不动点,以孔顶平面位移值作为测斜修正值。

6 施工效果

通过本项目采用SMW工法桩内插H型钢辅以格构柱及钢支撑围护形式,有效解决了本地区粉质粘土、震动液化砂土及富水的不良地质条件下,明挖法地道深大基坑开挖中基坑围护及止水问题,实施过程中相比其他基坑围护形式,该围护形式稳定性好,止水效果明显,安全可控,加快施工进度,且H型钢可回收利用,节约成本,取得了良好效果。

7 结束语

本项目针对粉土及液化砂土地区地道开挖施工中基坑围护采用?准850SMW工法桩+加强型钢+一道钢筋砼支撑+一道钢支撑围护结构形式,有效实施了地道施工基坑围护,不仅提高了地道施工安全性,而且大大加快了施工进度,节约投资。可在类似工程中借鉴实施。

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参考文献

[1]徐源.SMW工法设计与施工关键技术难点研究[J].徐州工程学院学报,2007(02).

[2]梅英宝,范庆国,胡玉银.SMW工法在软土地区的应用[J]. 施工技术,2006(07).

[3]朱悦明,许建军,刘爱华,庞振勇.SMW工法在南京地铁工程中的设计应用与实践[J].都市快轨交通,2005(04).

浏览次数:  更新时间:2015-09-16 19:29:30
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