深基坑支护工程施工组织设计实例.docx

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深基坑支护工程施工组织设计实例

深基坑开挖、降水及护坡工程施工组织设计

1工程概况

本工程为某写字楼地下建筑的基坑开挖工程。

该建筑由主楼和裙房组成,主楼东西长约86m,南北宽约45m,开挖深度11.50m(电梯井13.50m),裙房东西长约106m,南北宽约24m,开挖深度5.40m。

施工深度范围内,地层土质分布情况如下:

地面(标高35.80m)以下0~-3.70m为素填土,局部有旧建筑基础;-3.70~-8.80m主要为粉质粘土,其中在-4.00m左右有层厚度0.50~1.00m的重粉质粘土层;-7.80~-13.50m为细砂;-13.50~-21.50m为卵石,卵石最大粒径5~8cm;-21.50~-27.50m为粉质粘土。

地根据地质报告,拟建场地有地下水,其地下水水位分布变化特点见表1。

地下水水位分布表表1

序号

地下水类型

地下水静止水位

含水层岩性

埋深(m)

标高(m)

1

潜水

0.90~6.70

21.30~26.50

细砂

2

潜水~微承压水

4.00~14.50

17.40~23.20

卵石

3

承压水

16.50~24.30

5.35~9.50

粉质粘土

除上述勘察实测到的三层地下水外,在-4.0m(标高31.80m)左右处尚有一定的上层滞水;另外,场区深部(埋深约30m以下)分布的砂层和粉土地层均为饱和含水层,赋存有具较高压力水头的承压水。

场区第1层地下水(潜水)水位标高的分布规律基本与地形标高的分布规律一致。

地下水位标高在21.50~26.50m左右,自场区西北向东、南逐渐降低。

场区第2层地下水(潜水~微承压水)水位标高变化不大,基本表现为潜水类型,但当含水层的顶板埋深较深时,受上覆相对隔水层的约束,该层地下水具有一定的承压性。

场区第3层地下水(承压水)水位标高变化较为稳定。

由于基坑设计标高在地下水位以下,基坑西面、北面有建筑物,东面、南面临街,无地放坡,因此采用管井井点降水。

主楼护坡采用钢筋混凝土灌注桩加锚杆护坡方案;裙房西面、北面采用土钉墙基护坡方案;裙房临街面(东、南两面)及主楼深槽区上部3.7m以上采用1:

0.6放坡挂网抹灰支护。

基坑土方、降水、护桩、土钉墙及锚杆统称基坑开挖及护坡工程,主要工程量见表2。

 

主要工程量表表2

项目

单位

主楼

裙房

备注

降水井

24

井管内径300mm,井深23.00

沙漏井

57

井孔直径300mm,深10.00m

护坡桩

118

桩径800mm

锚杆

68

直径150mm,长22.00mm

土钉墙

m3

682

人工洛阳铲成孔,成孔直径120mm

土方

m3

38600

12200

合计50800m3

本工程的施工特点是:

地处繁华市区,交通与环保管制严格,施工场地窄小,工序多,工期要求急,施工中必须采取措施减少振动和噪声,安排好作业班次和工作面,白天打井、打桩,夜间抢运土方,各分项工程互创施工条件,抓好工序搭接和流水作业,确保60d完成施工任务。

2施工准备工作

2.1一般准备

⑴全面调查施工现场和锚杆深度范围内的地上、地下障碍物,制定排障计划和处理方案,并加以实施。

⑵根据建设单位提供的建筑红线、控制桩、水准点和施工图纸,进行测量放线工作。

基坑开挖范围内所有轴线桩、水准点都要引出机械施工活动区以外,并设置涂红白漆的钢筋支架加以保护。

⑶根据轴线桩、施工图纸,测放井位、桩位和基坑开挖线,并加以保护。

⑷在基坑南侧搭建临时办公、休息用房约150m2,工具棚20m2,水泥棚20m2。

⑸根据施工方案和施工图纸进行机械设备和钢筋、水泥、砂石、钢绞线等材料的准备。

⑹办理交通、城建、市政、市容、环卫等有关手续,办理降水工程向市政雨水或污水管道的排放手续,准备弃土场,办理运土及渣土消纳手续。

2.2材料、机械准备

⑴组织相关材料和机械设备进场。

机械设备应做好检修和保养。

⑵钢筋、水泥等需复试的材料,进场后提前取样送试,确保材料合格。

⑶提前进行商品混凝土厂家的选择,并选择备用搅拌站,确保护坡桩施工阶段的混凝土质量的稳定及供应及时。

2.3拟投入的主要施工机械设备及劳动力计划

⑴拟投入主要施工机械设备

拟投入反循环钻机、搅拌机、锚杆机、汽车吊、挖土机等大型机械设备,根据计算及综合部署完全能够满足施工的要求。

具体的各类机械设备表见表3。

 

机械设备进场计划表表3

序号

名称

规格

单位

数量

进场日期

1

冲击钻

CZ-22

2

2

步履式钻机

BQZ300

1

3

反循环钻机

GSD-50-SM

4

4

电焊机

BX1-500

2

5

注浆泵

2SNS

2

6

搅拌机

YJ-340

2

7

空压机

9-12m3

2

8

潜水泵

10-15t/h

45

9

水泵

污水泵

6

10

锚杆机

YB-500

1

11

汽车吊

25t

1

12

挖土机

EX-300

2

13

挖土机

PC—400

1

14

加长臂挖土机

现代210LC-3

1

15

自卸汽车

斯太尔等

30

16

推土机

ZL-30

1

17

液压锤

W-160

1

⑵劳动力配置

见劳动力计划表(表4)。

 

劳动力计划表表4

工种

按工程施工阶段投入劳动力情况(单位:

人)

护坡桩施工

预应力锚杆施工

降水井施工

土方施工

土钉墙

施工

挂网抹灰施工

机组人员

12

电焊工

4

混凝土灌注人员

12

测工

2

机组人员

5

壮工

8

机组人员

12

洗井布管人员

12

机组人员

8

运土车司机

30

测工

2

杂工

10

10

土钉墙施工人员

30

挂网抹灰施工人员

20

注:

本计划表是以每班八小时工作制为基础编制的。

2.4施工用电和施工照明

⑴根据机械配备型号和数量及钢筋加工、混凝土浇筑用电,经计算本工程高峰用电量为200kW,建设单位提供的316kVA变压器,符合施工用电容量要求。

⑵临时供电线路采用90mm2橡皮电缆,并设置8个电闸箱供护坡和降水施工用电。

⑶在现场搭设4个高4~6m的照明灯架,每个灯架安装镝灯2000kW。

工作面、坡道口安装碘钨灯活动灯架1~2个,供夜间施工照明用。

2.5施工用水

在现场东西两侧,各设置1个50mm的水源,供打井和护坡工程施工用水。

3施工平面布置

施工平面布置图(略)。

⑴出入口分别设在现场东南侧和西南角,运料、运土汽车可走循环路。

⑵混凝土搅拌机及砂石料场设在裙房基坑范围内,但要避开护坡桩桩位线。

由于场地窄小,砂石、水泥、钢筋、钢绞线等原材料须按计划分期、分批进场。

⑶钢筋加工场设在主楼基坑北侧,钢筋笼要分批加工,码放高度不得超过2层。

4分项工程施工方法

4.1降水工程

1.降水方案的选择

本工程主楼降水目的是兼顾基坑开挖和护坡桩施工,降低水位标高要求降至护坡桩底标高(21.30m),降水深度大,潜水及微承压水存在于粉质粘土、细砂内,渗透系数和出水量也较大,又由于上层粉质粘土有滞水,因此,主楼采用管井加砂漏井点降水方案。

管井主要降低潜水水位,砂漏井主要将上层潜水渗漏至细砂层,再用管井抽走。

2.管井井点计算

⑴计算参数:

基坑面积A=89m×48m=4272m2,基坑深度H=11.50m。

降水深度S=26.50m-21.30m=5.20m,含水层厚度h=26.50m-17.40m=9.10m。

渗透系数K砂=10m/d,K卵石=120m/d,加权平均后K=81m/d。

降水井底在渗透系数很小的粉质粘土层内,故按潜水、完整井计算。

⑵基坑假想半径:

X0=√(A/π)=√(4272/π)=36.89m

⑶抽水影响半径:

R=√[(X0)2+2Kth/μ]=√[(36.89)2+2×81×6×9.1/0.23]=199.54m

式中t——抽水稳定时间,取6d;

μ——给水系数,粉细砂0.15~0.20,卵石0.20~0.35,取0.23。

⑷基坑总涌水量:

Q=1.366·K·[(2h-S)·S]/(logR-logX0)

=1.366×81×(2×9.1-5.2)×5.2/(log199.54-log36.89)

=10202.5m3/d

⑸单井涌水量:

q=2πrhw√K/15=[2×π×0.15×2.46×86400×√(81/86400)]/15

=409m3/d

式中hw——滤管进水长度,0.27·h=0.27×9.1=2.46m

r——管井半径(m)。

⑹管井数量:

N=(Q/q)×1.1=(10202.5/409)×1.1=27.44座,实际布置28座。

式中,1.l为增井系数,考虑降水井损坏、堵塞、效率降低等,井数增加10%。

⑺管井平面布置及并距:

管并布置在基坑四周,其中4座井布置在裙房基坑内。

井距l=L/N=264m/28=9.43m,实际为9.6m(锚杆间距的倍数,以防被其击穿),

式中,L为基坑周边长度,m。

⑻管井竖向布置(井深):

管井由地面开始打井,井深h1按下式计算:

h1=S1+iL1+h2=14.5+0.10×44.5+3=21.95m,实际23.00m。

式中S1——地面至桩底深度(m);

i——水力坡度,环型井点取10%;

h2——管井沉淀高度,一般取2~3m;

L1——管井至基坑中线的距离(m)。

⑼计算结果校核:

以上井点计算公式及计算参数均为经验值,因此,有条件的工程应做现场抽水试验,本工程无条件做试验,但完成2~3座井后立即试抽水,对渗透系数K、水力坡度i及单井涌水量q等进行校核。

⑽管井井点对环境的影响:

潜水含水层在地面下14.50m的细砂和卵石层内,该层土压缩模量较大,上面5m厚的粉质粘土,形成硬壳顶托层,故降水引起的沉降量可忽略不计。

3.管井井点施工

⑴管井的构造:

管井采用300mm(内径)无砂混凝土砾石管(全部为滤管),径600mm,井管与并孔之间填2~6mm滤料,井深23.00m,井距9.6m,共布置降水井28座(图略)。

⑵管井成孔(井):

采用CZ-22钻机冲击成孔(井),如噪声、振动大扰民时,也可采用GSD-50-SM泵吸反循环钻机。

可利用地层的粘性土,自造泥浆护壁,钻孔(井)前要挖好泥浆池,冲击钻采用掏渣筒掏渣,泥浆少而调,泥浆池深度在1.00mm以内,反循环钻机靠泵吸泥浆循环排渣,泥浆多,泥浆池深度1.50~2.00m,并配备泥浆罐车随时将多余泥浆运走。

⑶下井管:

用钻机的卷扬装置,采用井托法逐节吊放,井管连接采用竹片丝绑紧。

要保持井管顺直,在井孔内居中。

⑷填滤料:

从井管周围均匀填滤料,防止将井管挤偏,洗井后要补填滤料,井顶2.00m用粘性土封口。

⑸洗井:

采用9~12m3空压机气举冲洗法,将由气管和排渣管组成的洗井器放入井底,关闭排渣管,用高压气激荡沉渣和井壁,再开启排渣管将水渣混合物吹出,这一过程自下而上反复进行,直至洗出清水,井内水位接近周围地下水位为止。

⑹地面排水管:

布置在基坑顶周边,由φ300mm钢管排水总管和沉淀池组成。

抽出的地下水经排水总管及沉淀池再排入市政雨水或污水管道内。

⑺抽水:

采用扬程25m,出水量20t/h,QS系列潜水电泵,置泵标高16.00m,引水管采用50mm胶管或钢管。

一般情况下,群井抽水6~7d后水位显著下降,10d后稳定到设计水位标高,此时水泵出水量显著减少,为起始出水量的50%左右,可换用小流量水泵。

⑻降水运转:

管井井点运转后,要配备专人值班,保持昼夜连续运转并定期检查水泵及管路运转情况,测量水位、水量,做好施工记录。

必要时可配备备用电源或发电机,以防停电、停泵造成水位上升,发生灾害,影响施工。

⑼裙房基坑内降水井:

由地面打井,随挖土深度逐节拆除至裙房坑底标高。

抽水时,可采用串联抽水法,即将中间降水井的水抽至边侧降水井,再抽至地面排水管内。

4.砂漏井施工

砂漏井井孔直径300mm,井深10.00m,井内填2~6mm滤料,井距2~3m,在管井降水井之间共布置砂漏井58个。

砂漏井成孔采用BQZ300步履式钻机,要边钻孔边填砾,以防塌孔。

填砾至地面下2.00m,用粘性土封口。

4.2护坡工程

4.2.1护坡方案的选用

根据护坡高度、周围环境、土质分布情况、施工能力和经验,本着安全、经济、合理的原则,本工程选择振动小、噪声低和变形小的钢筋混凝土灌注桩护坡方案,不同部位其构造和做法也不相同。

⑴主楼护坡高度11.50m,采用φ800mm钢筋混凝土灌注桩加锚杆护坡方案。

由于有旧建筑基础需拆除,也便于新建管线通入,挖土3.50m后再做桩,桩顶设850mm×500mm连梁,锚杆设在连梁上,连梁顶砌砖墙并设抗弯柱和压顶梁。

⑵裙房护坡高度5.40m,裙房西面、北面采用土钉墙基护坡方案;裙房临街面(东、南两面)及主楼深槽区上部3.7m以上采用1:

0.6放坡挂网抹灰支护。

主楼的桩间土也采用钢板网抹灰处理。

4.2.2护坡工程设计与计算

采用本公司根据有关规范和实践经验,编制的护坡工程设计计算机程序进行设计与计算。

并采用了以下数据处理和构造措施:

(1)计算土层深度内有φ值和C值时,摩擦角换算为等值摩擦角φd;

(2)地质条件良好,最大弯距折减30%~40%再配筋;

(3)提高安全系数,桩入士深度增加10%~20%;

(4)计算出护坡桩每米的弯距,按弯距分布大小配筋;

(5)“周边均匀法”和“等效矩形法”对照配筋;

(6)锚杆设在连梁上,锚杆间距不受限制,便于优化锚杆设计,也省去了腰梁,节省钢材,简化了工序。

4.2.3护坡桩施工(反循环湿作业工艺)

根据工程勘察报告,护坡桩选用反循环泥浆护壁工艺,并根据实际成孔情况调配施工机械。

⑴施工工艺流程

定位放线→挖泥浆池、泥浆沟→钻机就位→泥浆护壁,钻机循环钻进→钻进到设计深度→清孔→测量孔深→提钻,钻机移位→吊放钢筋笼→下放浇筑混凝土导管→放置隔水栓→浇灌混凝土至设计标高→成桩养护

⑵钢筋笼加工

①根据设计,计算箍筋用料长度、主筋分布段长度,将所需钢筋用切割机成批切好备用。

由于切断待焊的主筋、架立筋、箍筋的规格尺寸不尽相同,注意分别摆放,防止错用。

②在钢筋圈制作台上制作架立筋并按要求焊接。

③将支撑架按2.0~3.0m的间距摆放在同一水平面上对准中心线,然后将配好的主筋平直摆放在焊接支撑架上。

④将主筋放在架立筋外,并保持相互垂直,先进行点焊固定,再进行统一焊接,在钢筋笼吊点处采用双架力筋,避免出现吊放时开焊。

⑤将箍筋绕于主筋外侧,每个交叉点均用绑扎丝绑扎,每个绑扎点均应绑扎牢固。

⑥将制作好的钢筋笼稳固放置在平整的地面上,防止变形。

⑦钢筋接头主筋及架立筋采用搭接焊,双面搭接长度为5d,单面搭接焊为10d,d为钢筋直径。

⑧每个钢筋笼的主筋焊接接头应相互错开。

钢筋焊接接头连接区段的长度为不小于35d(d为主筋直径),且每个断面的钢筋接头不应大于钢筋总数的50%。

⑨在钢筋笼每隔2.0m距离用φ8钢筋做保护层,同一截面做三个,每个用两根钢筋做成一个面,防止钢筋滑入土中。

保护层厚度50mm。

⑶吊放

①起吊钢筋笼采用两点起吊法,起吊点设在钢筋笼两端的1/4处,以避免钢筋笼在起吊时变形过大。

②笼子吊离地面后,利用重心偏移原理,通过起吊钢丝绳在吊车勾上的滑动并稍加人力控制,实现平直起吊转化为垂直起吊,以便入孔。

③吊放钢筋笼入孔适应对准孔位,保持垂直,轻放、慢放入孔。

严禁高提猛落和强制下入。

④钢筋笼要求垂直入孔,不得碰孔壁。

⑷钻机成孔

①埋设护筒

孔口处应埋设铁护筒,护住孔口,护筒直径大于设计桩径100mm,壁厚4~8mm,深度为1.5~2.0m。

埋设铁护筒时,以桩位为基准,中心偏移不得超过50mm。

护筒周围用粘土分层夯实,并经测量人员复测后方可开钻。

②钻机就位

钻机就位时,要做到机座平稳,转盘中心与桩位偏差不得大于20mm。

必须做到“三点一线”,即天车中心,回转器中心与钻头中心在同一铅垂线上。

③钻进过程中的注意事项

a)开钻前用线坠检查钻杆垂直度,开钻时应轻压慢转,平稳钻进,以保证钻孔垂直;

b)钻进过程中应根据地层变化情况,适时调整钻进技术参数,并经常检查钻机平台水平情况,防止倾斜。

c)钻进过程中应严格保持稳定的孔口水头高度,防止孔口坍塌。

d)钻进至设计深度后,应采用反循环认真做好清孔工作,以保证孔底干净,并对孔深进行测量。

孔深满足要求后方可下放钢筋笼。

e)钻进过程中主要采用孔内自然造浆的方法,泥浆比重应控制在1.10~1.15;同时,现场准备膨润土,如原土造浆不能满足比重要求时,应采用人工膨润土造浆。

⑸混凝土灌注

①开始灌注前要认真清孔,清孔后孔口泥浆比重小于1.10为宜,循环流动的泥浆无粗糙砂砾感,目测胶体率正常,保证沉渣厚度小于300mm。

②下完钢筋笼及导管后,在混凝土浇灌前采用测绳准确丈量孔深及孔底沉渣厚度,如沉渣厚度超过规范要求,使用泵吸反循环抽吸孔内沉渣,并置换孔内泥浆,直至合格才能进行混凝土灌注。

③采用隔水栓(即充气球胆),充气球胆直径大小能自由通过导管即可。

导管下入长度和实际孔深必须做严格丈量,使导管底口与孔底的距离能保持在0.3~0.5m左右。

导管下入必须居桩孔中。

④灌注混凝土,首浇混凝土必须保持埋管深度不小于2米。

根据桩径计算首灌量,选择漏斗容积应大于首灌量。

在实际操作中,投入球胆,灌注首盘混凝土,同时继续向漏斗补加混凝土,使混凝土连续浇筑。

⑤提管时,要准确测量混凝土灌注深度和计算导管埋深后方可提管,导管应徐徐上提,不可一次提的过高,造成导管底部超出混凝土面,形成断桩。

导管在混凝土内埋深不得大于6m,也不得小于2m。

⑥为确保桩顶质量,在桩顶设计标高以上加灌一定高度,至少超灌0.5m。

⑹质量标准及质量保证措施

①质量标准

灌注桩施工必须保证设计的有效桩长、桩身直径、混凝土强度等级等设计要求,并不得有断桩、混凝土离析、夹泥等现象发生,同时必须满足以下质量标准:

a)钢筋笼质量检验标准见表5

钢筋笼质量检验标准表5

项次

项目

允许偏差(mm)

检测方法

1

主筋间距

±10

尺量

2

箍筋间距

±20

尺量

3

钢筋笼直径

±10

尺量

4

钢筋笼长度

±100

尺量

5

钢筋笼保护层

±10

尺量

b)灌注桩质量检验标准见表6。

灌注桩质量检验标准表6

项次

项目

允许偏差或允许值

检测方法

1

桩位

D/6,且不大于100

尺量护筒

2

孔深

+300mm

测绳,尺量钻杆

3

垂直度

<1%

测套管或钻杆

4

桩径

±50mm

尺量

5

孔底沉渣

≤300mm

重锤

6

钢筋笼安装深度

±100mm

尺量

7

混凝土坍落度

180~220mm

坍落筒

8

桩顶标高

+30mm,-50mm

尺量

②质量保证措施

a)定桩位

放桩位线时有专人验线并做桩位预检记录。

b)成孔

钻机就位时,必须平整稳固,用线坠控制钻杆垂直度,经专人检查桩位偏差及垂直偏差,确保施工中不发生任何倾斜移动,符合要求后方可开钻。

成孔达到设计深度后,应会同有关部门对孔深孔径以及其它情况进行检查确认符合要求后,填写终孔验收单。

灌注桩施工采用跳打法,不得相邻两桩同时成孔,只有待相邻桩浇筑混凝土并达到一定强度后,才可施工。

一般时间控制在12小时以上。

c)钢筋笼制作

钢筋加工前应取样复试,合格后方可加工,并严格按设计图纸加工,按批进行验收,合格品做标识。

主筋采用搭接焊,并按要求进行接头受力试验。

d)控制泥浆性能

由专人负责,对钻孔过程中、成孔后、清孔后、混凝土浇筑前分别对泥浆比重进行测量,确保泥浆比重符合要求。

e)水下浇筑对混凝土的要求

导管应采用直径不小于250mm的管节组成,各节应具有带垫圈的连接法兰盘或扣环。

导管在使用前及灌注完4~6根桩后,要检查管密封圈的密封性,每次在使用后,应立即冲洗干净。

在完成首浇后,灌注混凝土要连续从漏斗口边侧溜滑入导管内,不可一次放满,以避免产生气囊。

在灌注将近结束时,由于导管内混凝土高度减少,压力降低。

如出现混凝土顶升困难时,可适当减小导管埋深使灌注工作顺利进行,在拔出最后一节长导管时,拔管速度要慢,避免孔内上部混入泥浆的混凝土压入桩中。

桩身混凝土采用商品混凝土,混凝土强度等级为C25,混凝土的塌落度为180~220mm,如塌落度过小,可在现场加用减水剂,强力搅拌3分钟后灌注,严禁加水。

应有足够的混凝土储备,使导管第一次埋入混凝土面以下2m,灌注过程中保证混凝土埋管2~6m,应使用隔水栓,并由专人负责安放隔水栓,确保导管内不返水。

水下混凝土必须连续施工,每根桩的浇筑时间按初盘混凝土初凝时间控制。

拔管时要反复插捣,严格控制拔管速度,严禁导管提出混凝土面,对浇筑过程中的一切故障均应记录备案。

控制最后一次混凝土灌注量,灌注到孔口返灰为止,控制超灌高度为0.5m。

保证凿除浮浆高度后暴露的桩顶混凝土达到强度设计值。

灌注桩的充盈系数不得小于1,也不宜大于1.15。

浇筑桩顶连梁混凝土前,桩顶必须清理干净残渣、浮土和积水,以保证护坡桩与桩顶连梁连接牢固,以免造成桩与连梁连接处产生薄弱面。

③混凝土每100m3(每天混凝土量不足100m3时按100m3考虑)做试块3组,每组3块。

一组标养,两组同条件养护。

护坡桩与连梁混凝土分别做试块。

4.2.4预应力锚杆施工

⑴施工工艺流程如下:

钻进就位→校正孔位调整角度→钻孔至设计孔深→插放钢绞线束及注浆管→压注水泥浆并二次注浆→养护→安装钢腰梁及锚头→预应力张拉→锁定

⑵施工准备

①锚杆杆体加工场地

位于离锚杆施工工作面较近处,面积为5m×25m。

②水泥浆搅拌站布置

设置移动式水泥浆搅拌站1个,随锚杆施工工作面的变化而移动。

⑶主要施工方法

①杆体制作

a)按照设计要求制作锚杆体,保证杆体长度。

b)隔离架间距1.5~2.0m设置一个。

c)注浆管与锚杆体绑扎牢靠。

d)非锚固段应用塑料套管包裹,与锚固体联接处用铅丝绑牢。

②钻孔

a)锚杆机就位前应先检查锚位标高、锚距是否符合设计要求。

就位后必须调

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