深基坑降水及钢板桩施工技术方案.pdf
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1、 高层建筑地下室深基坑降水和钢板桩综合施工技术 1 高层建筑地下室 深基坑降水和钢板桩综合施工技术 南通神勇建设工程总承包有限公司南京东渡城市广场 苏克忠 主 题:根据高层建筑粉土木地基,采取综合降水和钢板桩支护施工技术措施,确保深基坑工方开挖及基础施工质量。关键词:粉土地基、渗透流量、抽水流量、轻型井点、管井井点、钢板桩。1、绪论 高层建筑的地下室渗漏问题,除了在施工技术上控制其由于温度应力、膨胀应力、收缩应力等引起的裂缝外,还有基础混凝土在动水压力下引起的地下水对混凝土的渗透,从而引起地下室渗漏,影响其使用功能。特别是饱和水粉土地基,地下室土方开挖和基础混凝土底板施工,必须按工程地质勘探报
2、告提供的水文地质情况和相关技术参数,综合考虑工程支护形式和降水方案,确保地下水位的降低和动水压力的减小。根据土层的物理力学性质以及渗透系数,进行支护和降水方案设计时,还必须考虑过细粉土在降水时失水情况下的密实性、压缩性对滤管抽水流量的影响,否则将导致降水达不到设计要求,当基础混凝土未达到设计强度前,基底地下水对混凝土会产生较为严重的渗透。南京东渡城市广场工程,地基为细粉土层,渗透系数为3103,采用混凝土支护桩和单排止水帷幕墙,止水墙未进入不透水层,因此,在基础施工时要求在混凝土支护桩内侧设置环形轻型井点降水、局部分级降水、管井井点降水的综合降水方案,而对电梯井部位深基础在综合降水的基础上采用
3、钢板桩支护措施。2、工程概况及特点 2.1、工程概况 东渡城市广场,由南京东渡房地产开发公司投资建设,江苏省建筑设计研究院设计。位于南京市白下区户部街49-1号,属新街口繁华商业区的边缘地区。占地面积4732m2,总建筑面积56000m2,框架筒体结构。地下二层,底标高-10.25m,建筑面积7845 m2;地上三十六层,标准层层高4.8m,总高度182m。按图纸设计,本工程基坑支护主要采用柱列式混凝土钻孔灌注桩加两层支撑(上层为钢筋混凝土支撑,下层为钢管支撑)组合形式;采用SIM工法三轴水泥深搅桩墙作为全封闭止水结构,要求进入 5层以便于降水井疏干地下水。但实际施工中,由于地下粉土层的地*质
4、情况复杂,桩体成孔困难,止水结构未达到预计的效果,出现涌水涌砂,给基坑开挖带来了困难,特别是电梯深基坑的开挖。该场区内地下水为浅部孔隙潜水为主,下部为微承压水,主要受大气降水补给,水位动态受大气降水影响明显,水位埋深1.11.2m。主楼大底板基坑底标高为-13.150M,坑中坑底标高-19.050M,超深 5.9M,采用钢板桩支护措施。深基坑平面尺寸为 13200*18400,另加内胎体宽度 880。附图示。2.2、工程特点 1)、地下土质为粉沙土,后期施工时,土壁较高,侧压力大;地下水压大,易形成涌水、涌沙现象。土方开挖时,必须采取有效的止水、降水、挡土措施;2)、坑中坑土方量大。约 131
5、1M3,后期挖土与运土困难;3)、周边基坑围护不稳定。务必尽快施工大底板工程,提高周边支护的安全性;4)、工程工期紧。时至春节,施工时间较紧,各材料采购困难;5)、由于土质复杂,地下水量大,施工时必须迅速施工,连续作业。2.3、施工说明 此法主要采用28a 作为钢板桩施工,利用钢板桩施工速度快。*安全可靠的特点。便于坑中坑及时开挖,与大底板同时施工,无施工缝及后期隐患,有效保证大底板一次性施工的工程质量。基坑加深开挖约 5.9M,钢板桩深度为 9M,沿基坑设计上口框线,另加内胎模尺寸,长度约 65M.为保证降水,坑外部采用管井降水,按 35M 设置.坑内部采用中间管井、周边轻型井点降水。2.4
6、、施工程序 打坑外、坑内管井-打设钢板桩-周边压密注浆-降排水-开挖第一层土-上道钢丝绳拉或对撑-开挖下层土-对撑设置-开挖下层土-(如此)-开挖底层土-填石子滤水层-垫层砼浇筑-钢筋砼底板-砌筑墙壁-浇筑砼圈梁及夹层砼-阀门封井-绑扎坑内钢筋-浇筑砼-蓄水养护。3、钢板桩打设 钢板的打设,用三支点导杆打桩机锤击。按单桩打入法施工。从板桩的一角开始,逐块打设。必须注意钢板桩倾斜度的控制。先将钢板桩吊至插桩点处进行插桩,插桩时,槽口对准.基坑底标高为-13.150M,基坑第一道钢筋砼支撑底标高为-2.400M,净空高度为 10.75M,打桩时,可适当开挖一定深度的基槽,减低初打时的桩顶高度;第二
7、道钢支撑部位,钢支撑底标高为-8.50M,净空高度仅为 4.650M,不能满足打桩高度要求。打桩允许偏差:桩顶标高+100,板桩轴线偏差+100,板桩垂直度1%。4、压密注浆及降排水 1)、坑外井降水:确保钢板桩不渗漏,降低坑外水头和坑内水压;2)、坑内管井、轻型井点降水。轻型井点按土方开挖层分级设置。土方开挖时,中间采用 2 口管井降水,周边采用轻型井点分级降水。3)、最后坑内管井采用真空泵抽水,吸水管采用 D5080 钢管,便于在钢筋砼底板处焊止水板。在钢筋砼底板上口的吸水管处设置一水阀,等基础全部成型、砼达到强度后,进行水阀封闭。4)、坑中坑内降水,要求降至坑底标高下 500。5)、降排
8、水工作,直至砼达到一定强度等级,方可停止。6)、在坑中坑周边 35M 范围内,深约 6M 内;坑内深 57M 高度内,采用加密注浆,使粉土固结,减少透水性及粉土的流失。5、内部支撑 按基坑开挖方案,基坑开挖 5.900M,基坑顶标高-13.150M,基坑底部标高-19.050M,参考地质报告,基本位于 2-3 土层,土密度 r=1.83g/cm3,内摩擦角=27 度,内聚力 C=8kpa.*5.1、板桩顶部悬臂端的最大允许跨度.采用28a 钢板桩,截面抵抗矩 W=35.72cm3,f=215Mpa.主动土压力系数 Ka=tg2(45-27/2)=0.376 H=36fW/(rKa)=36*21
9、5*105*35.72/(18.3*103*0.376)=87.5cm 板桩顶部悬臂端跨度取 800.5.2、受力简图 坑中坑内部支撑采用三道,距顶部的 A、B、C 三点的高度分别为 800、3800、5100。平面尺如第一页图示。角撑长度约 9.05M,中间二道对撑的长度约 14.2M.各点处的土应力:pA=5.505MPa,pA=26.147 MPa,pA=35.092 MPa 5.3、钢板桩受弯验算 28a,W=35.72cm3 一二道支撑间平均荷载 q1=1/2*(5.05+26.147)*0.28=4.368 KN/mm2 弯矩:M=1/8*1.2*4.368*3*3=5.88 KN
10、*M 二三道支撑间的平均荷载 q2=1/2*(26.147+35.092)*0.28=8.573 KN/mm2 弯矩:M=1/8*1.2*8.573*1.3*1.3=2.173 KN*M 则 Mmax=5.88 KN*M 应力:=M/W=5880000/35720=164.6f215N/mm2 28a 钢板桩满足强度要求.5.4、围檩验算:采用 328a 合焊而成,W=340.3*3=1020.9cm3,支撑点间间距*4.6M.线荷载:R1=15.826*2.3*1/2=18.2KN/M R2=1/2*(15.826+30.62)*(4.45-2.3)=49.93KN/M R3=1/2*(30
11、.62+40.6)*(5.9-4.45)=51.635KN/M 取较大值.R=51.635KN/M.弯矩:M=1/8*1.2*51.635*4.6*4.6=163.9KN*M 应力:=M/W=163900000/1020900=161f215N/mm2 328a 围檩满足强度要求.5.5、对撑杆设计 由上而下对撑杆内力:N1=18.2*4.6=83.72 KN N2=49.93*4.6=229.678KN N3=51.635*4.6=237.521KN 下二道支撑设计 支撑内力取较大值:N=237.521KN 对撑采用 2D152*3.5 钢管,A=16.33cm2,i=5.25cm,L=14
12、.2M 强度验算:=N/A=1.2*237521/(2*1633)=87.3f215N/mm2 符合要求 稳定性验算(中间采用二个支点 n=3)=L/ni=14200/(3*52.5)=90.16 查表=0.621=N/A=1.2*237521/(0.621*2*1633)=140.5f215N/mm2 符合要求 5.6、角撑杆设计 最大内力 P=N/sin45=237.521/sin45=335.9KN 角撑采用 2D152*3.5 钢管,A=16.33cm2,i=5.25cm,L=9.05M 强度验算:=N/A=1.2*335900/(2*1633)=123f215N/mm2 符合强度要求
13、 稳定验算(中间采用一个支点 n=2)=L/ni=9050/(2*52.5)=86.20 查表=0.648=N/A=1.2*335900/(0.648*2*1633)*=190f215N/mm2 符合稳定性要求.5.7、上道支撑设计 为配合下二道支撑结构的稳定,上道对撑同样采用 2D152 钢 管支撑,并在中间设置 2 个支点,与下道对撑采用同材料相连接,满足稳定性要求。上道角撑受力 P=N/sin45=8372/sin45=118.4KN,较下道角撑所受力小,采用 2D152 钢管支撑,经验算,满足强度要求。如中间不设支撑点,其稳定性:=L/i=9050/52.5=172 查表=0.244=
14、N/A=1.2*118400/(2*0.244*1633)=179f215N/mm2 符合稳定性要求。上道围檩,经验算,采用 228 槽钢满足强度要求。5.8、支撑形式 通过以上设计,钢板桩采用28a 槽钢;上道围檩采用 228a 槽钢合焊而成,下道围檩采用 328a 槽钢合焊而成,三道围檩位置由上而下为开挖深度的 800、3800、5100 处;角撑及对撑均采用双杆 D152*3.5钢管,支撑点水平间距不大于 4.6M。中间对撑间距适当分开(约1200),中间设置 2 个支点(等距分成三段),并采用同规格管材上下、左右相互焊接稳固。角撑下二道之间采用同规格管材上下焊接稳固。各水平、竖向并行支
15、撑管间,四边形体上各焊接同规格管材对角系杆,成双向格构式稳定体系。6、土方开挖 分层开挖,土方量共 1311M3。采用机械开挖,由南向北退挖;底部土层,采用人工修整,井字架垂直运输、小车及桥架水平运输;逐层开挖,逐层对撑。视降水情况:降水情况好,坑中坑底部斜坡土方直接成型;降水不好,全部挖平至底标高,浇筑砼垫层后,用砖砌或低标号砼放坡浇筑成型。为便于减少钢板桩高度,先挖一层土后再进行下插钢板桩。*7、坑内封底砼垫层及钢筋砼封底 在坑中坑土方开挖时,可能产生管涌现象,故需做好各项准备工作,迅速施工。设置集水井后,立即进行坑内垫层砼及钢筋砼封底施工。1)、先铺二层草袋,上铺碎石滤水层,再铺彩条布后
16、浇筑砼垫层。底部先是 300 厚 C25 砼垫层;2)、垫层上再采用钢筋砼封底。在垫层上部 300 厚 C25 钢筋砼基坑成型、封底,内配双层双向16-200 钢筋。3)、中钢管抽水管,在钢筋砼板厚中央设置-4*300*300 的止水钢板。8、基坑成型 1)、底部放坡采用低标号 C15 素砼,并起到底部周边支撑作用;2)、周边墙壁砌筑 240 厚砖胎模,并设置钢筋砼圈梁,加强坑壁刚度和稳定性;与钢板桩间采用 200 厚 C25 素砼填实,增加封水性能;3)、分层施工的砼上口,设置 100*50 的凹槽,便于砼接口防水。浇筑砼时,砖胎模内侧加设内支撑。4)、内部支撑随内部墙体砌筑高度由下而上逐步
17、拆除。5)、胎模内侧采用 20 厚 1:2 水泥砂浆粉刷。*电梯基坑沉井施工初步方案 6)沉井选型:本工程电梯深基坑,开挖深度基于 2700 厚大底板基坑下 5M,按原图纸设计,深基坑底口平面尺寸为 7650*12700,上口平面尺寸为13200*18400,基坑成型上标高为-13.150M 底标高为-18.150M。由于基坑地下水较丰富,按一般降水难以进行开挖。故拟采取沉井法施工,周边进行深井降水。在基坑中制作,减少下沉深度。沉井选型为矩形钢筋砼结构,内部尺寸以原图设计的底口尺寸为依据,如图示。井壁表面呈 1/1000 坡度。7)沉井的制作与下沉:a)施工准备工作:(1)场地平整、地质勘察
18、整个电梯基坑位于 2-2 层粉土夹淤泥质粉质粘土,为松软土。虽然外围止水围幕底标高在-21.500 M,但基坑土中含水量较大,易形成流砂。地层中无承压水,但受到高位土对内部含水压力的影响。(2)重点施工内容:沉井工程的施工重点内容主要为:沉井制作、下沉、封底、质量保证技术措施、特殊问题及解决措施。(3)布设测量控制网 电梯深基坑位于 5 轴与 D 轴、E 轴交汇处,即利用 5 轴、D 轴、E*轴线对沉井的定位进行控制。将所要求沉降的深度,通过标高线测设在沉井的四周井壁上,各标高线用墨线弹在井壁上,标上标高数,控制沉井下沉的深度和下沉时的水平控制。当沉井下沉到近设计标高 100 处,使其依据自重
19、下沉到设计标高,最终进行沉降观测,经 8 小时观测下沉量不大于 10 时,进行沉井封底。(4)沉井施工程序 平整场地-测量放线-开挖基坑-铺砂垫层和垫木、垫架-沉井钢筋绑扎-模板立制-沉井砼浇筑-布设降水井点-抽出垫木-沉井土方开挖、下沉-底垫层-封水-浇筑底板钢筋砼。b)沉井制作(1)软弱地基上浇筑较重的沉井,采用垫架法。为了使上部沉井重量均匀地传给地基,沉井浇筑过程中不产生过大不均匀沉降,刃脚和井身不产生裂缝而破坏。先在刃脚步处铺设约 800 厚砂垫层,并夯实,再在其上铺设 160*220 的枕木和垫架,垫架对称设置,间距约 600。先设 10 组定位垫架,其位置在距长边两端 500 处,
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