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摘要:市政道路建设过程中,受地形等现状建设条件的影响,部分道路构造物基坑过深,存在安全隐患,需进行基坑支护。本文通过对市政道路深基坑沿线工程地质条件进行分析,通过方案比选,选取合理的基坑支护方案,并提出具体的施工方法及技术要求,确保基坑内构造物实施安全顺利的进行。
关键词:深基坑 支护设计 钢板桩
1 概述
随着社会经济的发展,市政基础设施建设投入的加大,市政道路的建设已进入高峰期。受地形等现状建设条件的影响,部分道路建设过程中出现构造物基坑过深的问题,如不采取一定的保护措施,存在较大的安全隐患。因此,在设计过程中应充分考虑现状地质条件等因素,选取合理的深基坑支护方案,保证基坑的安全,降低安全事故,减少不必要的经济损失和不良社会影响。
拟建道路中部有一条雨水箱涵,埋深约6.0m,基坑开挖深度约7.0m。为保证施工安全,根据相关工程条件,开挖时需进行有效的基坑支护。基坑周边空旷,无重要建构筑物。基坑支护使用期限约为半年。
2 工程建设条件
2.1道路沿线地形地貌
拟建道路位于山前丘陵和冲积洼地地带,沿线丘陵和洼地密布;后经人工整平改造,用做城市建设用地。沿线场地平坦开阔,道路西高东低,高程约为43.0~49.0m。
2.2工程地质条件
根据勘察结果,与基坑支护范围有关的主要地层自上而下简述如下:
(1)人工填土(Q4ml)
褐黄、褐红、灰黄、暗褐等色,以粘性土为主,不均匀混5~45%砂岩和灰岩风化岩块,风化很严重,多呈土块状,粒径1~8cm不等。根据其野外岩土性状和试验测试结果,将人工填土层分为人工填土<1-1>层和<1-2>层。
人工填土<1-1>层:该层在道路沿线普遍分布;受道路建设和车辆碾压,多呈密实~稍密状,但密实程度不均。
人工填土<1-2>层:该层虽堆填时间较长,但沿线地下水埋深浅,受长期浸泡,未完成固结,多呈松散状。
(2)第四系冲洪积层(Qal+pl)
由含有机质亚粘土<2>、亚粘土<3>组成。
含有机质亚粘土<2>:褐灰、浅灰色,含少量有机质,稍具腥臭味,土质均一,很湿~饱和,呈软塑状。
亚粘土<3>:灰白、褐红、褐黄斑色,不均匀混10~30%暗褐色风化砂岩灰岩碎块,稍湿,呈硬塑状。
(3)第四系残积层(Qel)
粘土<4>:褐黄、灰黄、褐红、暗褐等色,系由砂岩和灰岩风化残积而成,不均匀残留砂岩和灰岩风化碎块,碎块风化较严重,稍湿~湿,呈硬塑状态。
2.3 水文地质条件
场地位于山前丘陵和冲洪积洼地地带,地下水较丰富。主要赋存于人工填土及第四系各地层中,属上层滞水~潜水类型。测得道路沿线地下水稳定水面埋深1.8~5.3m,标高介于38.4~46.5m。
3 支护方案比选
根据场地的地形地貌、水文地质、基坑深度、周边环境等相关工程条件,可采用的基坑支护方式主要有以下几种类型:
放坡:对于地质条件较好且基坑周边空间开阔的区域,放坡具有施工工艺简便 、工期短、工程造价低廉等优势。但由于拟挖基坑两侧路基已采用碎石桩进行了处理,放坡将会破坏路基。
土钉墙:地质条件较好区域,土钉墙具有安全性高,施工工艺简便,工期短,工程造价低等优势,但由于拟挖基坑两侧路基已采取碎石桩进行了处理,土钉打入困难。
钻孔桩(+支撑):具有安全性高的优点,但施工干扰较大,工程造价高,工序多。
钢板桩(+支撑):施工工艺简便,工期较短,钢板桩可重复利用、回收,工程造价低。
4 支护方案
4.1支护结构设计原则
(1)基坑开挖深度7.0m,基坑开挖深度范围内以人工填土、有机质亚粘土为主,综合上述条件,本工程基坑安全等级根据基坑深度,基坑安全等级定为三级。
(2)支护结构与主体结构分离式布置,支护结构退主体结构承台外边线0.9m。
(3)基坑重要性系数取1.0,综合荷载分项系数取1.25,基坑顶部移动荷载取10kPa。
4.2 场地排水方案
基坑顶部、底部均设置排水明沟,坑底设置集水井,即时抽水。
4.3支护结构设计方案
该地段基坑最深处约7.0m,采用钢板桩+内支撑支护方式,拉森Ⅲ型钢板桩,桩长12m;在距基坑底4.2m处设置一道钢腰梁和钢支撑,腰梁采用2根40a工字钢,支撑采用一根φ450钢管,间距4.0m布置。
5 支护结构计算分析结果
5.1土工参数的确定
基坑位于拟建道路中心绿化带处。本次计算的土工参数是依据地方相关技术标准、地质勘察报告、现场情况及类似的工程经验综合分析取得。
5.2计算方法
主动土压力采用朗金土压力公式计算,地下水位按降水后的情况考虑,基坑顶部的地面荷载取10kPa。
5.3计算结果
钢腰梁采用2根40a工字钢,支撑间距为4m,支点力为645.2kN;钢板桩采用拉森型Ⅲ。经验算钢梁、钢板桩抗弯强度等技术指标满足要求。
6 施工技术要求
6.1基坑开挖
基坑支护工程施工顺序应为场地平整——分层开挖——腰梁及支撑安装——分层开挖到底;基坑开挖应采取分段开挖;土方开挖如果在雨季进行,基坑支护及土方开挖期间须做好临时排水工作;严禁超挖,若因结构变化而引起坑底标高发生变化时,须经相关人员计算分析,确定增加支护措施后方可超挖;不得在坡顶3.0m范围内堆载,3.0~10.0m范围堆载不得大于10Kpa。 土方开挖须根据监测数据信息化施工。当位移及沉降变形较小时,经相关单位共同研究分析后,可对支护结构(支撑间距、型号)进行适当调整;当位移或沉降监测达到警戒值时,控制土方开挖速率,必要时加密支撑间距;当变形超过警戒值时,应立即通知相关单位,并采取应急措施(事先应有应急预案)。
6.2钢板桩施工
钢板桩打设前,场地应做必要的平整,钢板桩桩底标高允许误差为500mm;钢板桩打入采取振动打入,垂直度允许偏差小于1/150,沿基坑轴线方向墙面左右允许偏差不大于300mm;钢板桩应板槽相扣,锁口紧密,打入前锁口槽内充填润滑油脂;基坑完成回填后,方可拔出钢板桩。
施工前应清除地面可见的石块和水泥土块等一切障碍物;在明确2.0~3.0m深度之内有块石等障碍物的情况,用勾机按槽状翻挖清除;3.0m以下有障碍物时,探明位置,钢板桩绕行布置;如遇巨大障碍物,钢板桩绕行布置失败时,采用地质钻机引孔处理。
6.3钢支撑的安设
本支撑系统由钢支撑、钢腰梁等组成。钢支撑均支顶在钢腰梁上。腰梁安装三角架、斜拉筋上部固定角钢;吊装钢腰梁,紧靠墙身,再安装斜拉筋并拉紧。为使支护桩、腰梁、支撑结合紧密,并有效减少基坑外地层沉陷及支护桩的向内的位移,支撑安设好后,必须施加向外的预加轴力。钢支撑施加值范围应为设计值的50%~70%。预加轴力应根据施工监测情况分级施加,避免支护桩桩体发生向基坑外侧过大的变形。要求施加预顶力的千斤顶在基坑施工的全过程中产生作用,并根据监测结果随时调整预加力的大小,保证基坑内外的变形值在允许的范围内。
6.4基坑回填
回填材料,优先选取无粘性土填料,据场地实际条件可选砂或砾质、砂质粘性土;不得混有淤泥、淤泥质土和各种垃圾,不得混有树根、草皮等有机质。填土必须采取分层压实的方法填筑,采用小型打夯机夯实。每层填土均应进行密实度检测,满足相关技术要求后,方可继续分层回填。
7结语
市政道路设计过程中,遇到有深基坑路段,必须设计阶段即对深基坑安全引起足够的重视,防范未然,避免安全事故发生。设计阶段应从深基坑工程地质条件出发,进行多方案比选,确定经济、可行的支护方案;并提出施工阶段的各项技术要求及注意事项,全程监控施工过程;避免发生安全事故,保证基坑内构造物的顺利实施。
关键词:深基坑 支护设计 钢板桩
1 概述
随着社会经济的发展,市政基础设施建设投入的加大,市政道路的建设已进入高峰期。受地形等现状建设条件的影响,部分道路建设过程中出现构造物基坑过深的问题,如不采取一定的保护措施,存在较大的安全隐患。因此,在设计过程中应充分考虑现状地质条件等因素,选取合理的深基坑支护方案,保证基坑的安全,降低安全事故,减少不必要的经济损失和不良社会影响。
拟建道路中部有一条雨水箱涵,埋深约6.0m,基坑开挖深度约7.0m。为保证施工安全,根据相关工程条件,开挖时需进行有效的基坑支护。基坑周边空旷,无重要建构筑物。基坑支护使用期限约为半年。
2 工程建设条件
2.1道路沿线地形地貌
拟建道路位于山前丘陵和冲积洼地地带,沿线丘陵和洼地密布;后经人工整平改造,用做城市建设用地。沿线场地平坦开阔,道路西高东低,高程约为43.0~49.0m。
2.2工程地质条件
根据勘察结果,与基坑支护范围有关的主要地层自上而下简述如下:
(1)人工填土(Q4ml)
褐黄、褐红、灰黄、暗褐等色,以粘性土为主,不均匀混5~45%砂岩和灰岩风化岩块,风化很严重,多呈土块状,粒径1~8cm不等。根据其野外岩土性状和试验测试结果,将人工填土层分为人工填土<1-1>层和<1-2>层。
人工填土<1-1>层:该层在道路沿线普遍分布;受道路建设和车辆碾压,多呈密实~稍密状,但密实程度不均。
人工填土<1-2>层:该层虽堆填时间较长,但沿线地下水埋深浅,受长期浸泡,未完成固结,多呈松散状。
(2)第四系冲洪积层(Qal+pl)
由含有机质亚粘土<2>、亚粘土<3>组成。
含有机质亚粘土<2>:褐灰、浅灰色,含少量有机质,稍具腥臭味,土质均一,很湿~饱和,呈软塑状。
亚粘土<3>:灰白、褐红、褐黄斑色,不均匀混10~30%暗褐色风化砂岩灰岩碎块,稍湿,呈硬塑状。
(3)第四系残积层(Qel)
粘土<4>:褐黄、灰黄、褐红、暗褐等色,系由砂岩和灰岩风化残积而成,不均匀残留砂岩和灰岩风化碎块,碎块风化较严重,稍湿~湿,呈硬塑状态。
2.3 水文地质条件
场地位于山前丘陵和冲洪积洼地地带,地下水较丰富。主要赋存于人工填土及第四系各地层中,属上层滞水~潜水类型。测得道路沿线地下水稳定水面埋深1.8~5.3m,标高介于38.4~46.5m。
3 支护方案比选
根据场地的地形地貌、水文地质、基坑深度、周边环境等相关工程条件,可采用的基坑支护方式主要有以下几种类型:
放坡:对于地质条件较好且基坑周边空间开阔的区域,放坡具有施工工艺简便 、工期短、工程造价低廉等优势。但由于拟挖基坑两侧路基已采用碎石桩进行了处理,放坡将会破坏路基。
土钉墙:地质条件较好区域,土钉墙具有安全性高,施工工艺简便,工期短,工程造价低等优势,但由于拟挖基坑两侧路基已采取碎石桩进行了处理,土钉打入困难。
钻孔桩(+支撑):具有安全性高的优点,但施工干扰较大,工程造价高,工序多。
钢板桩(+支撑):施工工艺简便,工期较短,钢板桩可重复利用、回收,工程造价低。
4 支护方案
4.1支护结构设计原则
(1)基坑开挖深度7.0m,基坑开挖深度范围内以人工填土、有机质亚粘土为主,综合上述条件,本工程基坑安全等级根据基坑深度,基坑安全等级定为三级。
(2)支护结构与主体结构分离式布置,支护结构退主体结构承台外边线0.9m。
(3)基坑重要性系数取1.0,综合荷载分项系数取1.25,基坑顶部移动荷载取10kPa。
4.2 场地排水方案
基坑顶部、底部均设置排水明沟,坑底设置集水井,即时抽水。
4.3支护结构设计方案
该地段基坑最深处约7.0m,采用钢板桩+内支撑支护方式,拉森Ⅲ型钢板桩,桩长12m;在距基坑底4.2m处设置一道钢腰梁和钢支撑,腰梁采用2根40a工字钢,支撑采用一根φ450钢管,间距4.0m布置。
5 支护结构计算分析结果
5.1土工参数的确定
基坑位于拟建道路中心绿化带处。本次计算的土工参数是依据地方相关技术标准、地质勘察报告、现场情况及类似的工程经验综合分析取得。
5.2计算方法
主动土压力采用朗金土压力公式计算,地下水位按降水后的情况考虑,基坑顶部的地面荷载取10kPa。
5.3计算结果
钢腰梁采用2根40a工字钢,支撑间距为4m,支点力为645.2kN;钢板桩采用拉森型Ⅲ。经验算钢梁、钢板桩抗弯强度等技术指标满足要求。
6 施工技术要求
6.1基坑开挖
基坑支护工程施工顺序应为场地平整——分层开挖——腰梁及支撑安装——分层开挖到底;基坑开挖应采取分段开挖;土方开挖如果在雨季进行,基坑支护及土方开挖期间须做好临时排水工作;严禁超挖,若因结构变化而引起坑底标高发生变化时,须经相关人员计算分析,确定增加支护措施后方可超挖;不得在坡顶3.0m范围内堆载,3.0~10.0m范围堆载不得大于10Kpa。 土方开挖须根据监测数据信息化施工。当位移及沉降变形较小时,经相关单位共同研究分析后,可对支护结构(支撑间距、型号)进行适当调整;当位移或沉降监测达到警戒值时,控制土方开挖速率,必要时加密支撑间距;当变形超过警戒值时,应立即通知相关单位,并采取应急措施(事先应有应急预案)。
6.2钢板桩施工
钢板桩打设前,场地应做必要的平整,钢板桩桩底标高允许误差为500mm;钢板桩打入采取振动打入,垂直度允许偏差小于1/150,沿基坑轴线方向墙面左右允许偏差不大于300mm;钢板桩应板槽相扣,锁口紧密,打入前锁口槽内充填润滑油脂;基坑完成回填后,方可拔出钢板桩。
施工前应清除地面可见的石块和水泥土块等一切障碍物;在明确2.0~3.0m深度之内有块石等障碍物的情况,用勾机按槽状翻挖清除;3.0m以下有障碍物时,探明位置,钢板桩绕行布置;如遇巨大障碍物,钢板桩绕行布置失败时,采用地质钻机引孔处理。
6.3钢支撑的安设
本支撑系统由钢支撑、钢腰梁等组成。钢支撑均支顶在钢腰梁上。腰梁安装三角架、斜拉筋上部固定角钢;吊装钢腰梁,紧靠墙身,再安装斜拉筋并拉紧。为使支护桩、腰梁、支撑结合紧密,并有效减少基坑外地层沉陷及支护桩的向内的位移,支撑安设好后,必须施加向外的预加轴力。钢支撑施加值范围应为设计值的50%~70%。预加轴力应根据施工监测情况分级施加,避免支护桩桩体发生向基坑外侧过大的变形。要求施加预顶力的千斤顶在基坑施工的全过程中产生作用,并根据监测结果随时调整预加力的大小,保证基坑内外的变形值在允许的范围内。
6.4基坑回填
回填材料,优先选取无粘性土填料,据场地实际条件可选砂或砾质、砂质粘性土;不得混有淤泥、淤泥质土和各种垃圾,不得混有树根、草皮等有机质。填土必须采取分层压实的方法填筑,采用小型打夯机夯实。每层填土均应进行密实度检测,满足相关技术要求后,方可继续分层回填。
7结语
市政道路设计过程中,遇到有深基坑路段,必须设计阶段即对深基坑安全引起足够的重视,防范未然,避免安全事故发生。设计阶段应从深基坑工程地质条件出发,进行多方案比选,确定经济、可行的支护方案;并提出施工阶段的各项技术要求及注意事项,全程监控施工过程;避免发生安全事故,保证基坑内构造物的顺利实施。