第一篇：淺談多種圍護結構在某基坑圍護施工中的應用

淺談多種圍護結構在某基坑圍護施

工中的應用

某住宅區三期由8幢16至17層住宅樓、地下車庫6個、2～3層紡工路沿街商鋪和l幢2至3層商場組成，總建筑面積約為5．7萬m2。本工程設一層連通地下室，基礎形式為沉管灌注樁和預應力管樁基礎。基坑設計開挖深度為3．30～4．90 m。

中國論文網 /2/view-12910678.htm

該場地基坑位于東面距離道路邊線16．3～16．8 m之間，其外為城市南北向交通主干道，上有高壓電纜管線、煤氣管(埋深約1．2m)、自來水管(埋深約1．3 m)、聯通管(埋深約1．2 m)和電信管(埋深約1．2 m)等地下管線，與本

工程最小距離分別為14．8 m、17．9 m和20．9 m?；幽厦婢嚯x道路邊線22．9 m，道路邊線南側為城市東西向交通主干道。基坑與投入使用的一期建筑物的最小距離為8．0 m?；优c二期已建建筑物的最小距離為19．1 m。基坑西側有一臨時施工道路。局部緊靠本工程基坑邊?；右黄谂c待建三期之間有多條一期已埋設的電纜管線、廣電管線、污水管(埋深約1．2m)和雨水管(埋深約1．2／1”1)，與本工程最小距離為2．4m。

根據勘察報告，場地原為農田和農民住宅區，現已初步填土平整，部分場地為建筑廢土所覆蓋，場地中部因施工取土形成積水洼凹地，局部被泥漿水覆蓋。基坑開挖深度影響范圍內各土層主要物理力學性質指標見表1所示。

場地地下水屬孔隙潛水型，勘探期

間在鉆孔中測得孔內穩定潛水位埋深一般為0．2～1．1 m，相應的潛水位標高為1．7～1．2 m，地下潛水主要賦存于淺層粘性土中，富水性差，受河流和大氣降水補給，潛水位埋深主要受場地微地貌形態控制，潛水位變化主要受控于大氣降水和地表河水位，一般情況下地下潛水位略高于當地河水位，在高水位期間，潛水位甚至可達自然地面，地下潛水位隨季節變化有所升降，變化幅度較小，一般年變幅為0．5～1．5 m。地下潛水對混凝土結構無腐蝕性；對混凝土結構中鋼筋有弱腐蝕性。圍護結構設計

綜合場地地理位置、土質條件、基坑開挖深度和周圍環境條件，本基坑圍護具有如下特點：

(1)基坑開挖面積很大，基坑周長約1 400m，地下室圍護1．2萬余m2：

(2)基坑設計開挖深度為3．30～4．90 m；

(3)場地地基中軟弱土層分布較均

勻，且地基淺部的軟土層厚度在4m左右，其下臥層為力學性質較好的粘性土層；

(4)本工程周圍環境條件尚可，但小區內部局部圍墻和管線距本基坑較近。

放坡開挖可節約工程造價，經濟性最好。在條件許可的情況下可優先選用。從本基坑的實際情況出發，基坑西側局部距離本工程二期的幾幢建筑物和地下室較近，大部分場地距在建建筑物均在22．0 m開外；且各地下室和主樓均為空地，因此可以考慮采用放坡開挖。

土釘墻圍護結構具有經濟性好、施工方便、施工工期短、安全可靠等優點。目前已在許多基坑工程中取得了成功的經驗。同時，在土質條件比本工程差得多(軟土含水量在60％以上)的上饒、九江等地土釘墻也得到了廣泛應用，最大開挖深度已達7 m以上。

6l號樓B區北側1．8 m處存在一污水管，采用其他形式的圍護結構在軟

土地基中往往變形較大，容易造成周圍管線產生變形而開裂等現象，從而引發工程事故，因此采用內撐式排樁墻圍護結構。內撐式排樁墻圍護結構雖然造價略高一些，但具有可靠性好，圍護結構受力合理。變形易控制等優點，尤其適合于在周圍環境條件較差的基坑采用。

結合本工程上述特點，根據“安全、經濟、方便施工”的原則。采用放坡開挖、復合土釘墻與內撐式排樁墻的圍護方案是比較經濟合適的。

計算參數及土工指標為：計算中考慮地表施工堆載15kPa：土壓力計算采用土體固快指標，各土層物理力學性質指標根據勘察單位提供的本工程地質勘察報告取值。施工要求及現場監測

2．1 施工要求

土釘墻圍護是隨著基坑挖土的進行而逐步實施的，因此土釘墻施工與挖土作業交叉進行，二者的配合至關重要，直接關系到基坑的安全和施工工期，需

合理安排，分層進行。

基坑土方開挖應結合土釘墻施工，分層、分段進行，每層開挖深度不得超過1．5 m，每層分段開挖長度不得超過30m。開挖面寬度不得小于同層土釘長度，嚴禁超挖或在上一層未加固完畢就開挖下一層。

在機械開挖出支護坡面后，要求人工及時修整邊坡，并進行第一層噴射混凝土的施工作業，盡可能縮短邊坡暴露時間。土釘成孔后完成鋼筋網布設工作，土釘注漿后及時布設加強筋并噴射第二層面層。

基坑底最后30 cm土方宜采用人工開挖，邊挖土邊施工基礎墊層，并盡早施工地下室底板，縮短基坑暴露時間。在地下室底板達到80％設計強度等級，并采用毛石混凝土填實底板與圍護樁之間的孔隙后，方可拆除支撐。

施工單位在土方開挖前。應制定詳細的土方作業計劃，待甲方、設計、施工單位同意后方可實施。

2．2 現場監測

本圍護工程開挖深度、面積均較大，因此除進行安全可靠的圍護體系設計、施工外，尚應進行現場監測，作到信息化施工。

本基坑監測內容如下：

(1)基坑開挖過程中，基坑周邊深層土體的水平位移監測：

(2)基坑外(土釘墻頂)土體的沉降觀測；

(3)周圍環境監測：主要包括紡工路及其管線的沉降觀測、有無裂縫產生及其發展情況。基坑土體水平位移預警值為45 mm 或坑頂水平位移連續3 d大于5mm／d。

2．3 應急措施

在基坑開挖過程中．如出現邊坡水平位移超過警戒值，可采用基坑外卸土，坡頂超前錨桿注漿，加長、加密土釘以及放慢挖土速度的方法處理，必要時用土方或編織袋在坡腳采取反壓回填措施。如申花路或地下管線沉降較大時。

可采用注漿加固地基等方法處理。在基坑開挖過程中，場地內應保證有一臺挖土機可以隨時調用。便于采取應急措施。結語

本工程因地制宜地采用放破開挖、土釘墻圍護結構、內支撐式排樁圍護結構及基坑降水多種手段相結合的圍護方案是比較經濟合理的，大大節約了工程造價。

放坡開挖可節約工程造價，但在軟土層中放坡坡度較緩，由于回填土不易密實，應注意其產生的不利影響。

松木樁復合土釘墻或水泥攪拌樁復合土釘墻，有利于提高坡腳土體的承載力，提高基坑的整體穩定性并減小圍護結構的位移。在土釘長度相同的情況下，后者土釘的覆蓋范圍小于前者，可以避免土釘超紅線。

內撐式排樁墻圍護結構可有效地控制圍護結構的彎矩和變形，并具有較好的可靠性。本工程基坑開挖至坑底，圍護結構的變形約3．85 cm左右，說明

圍護結構設計是安全的。

第二篇：鉆孔咬合樁在天津地鐵基坑圍護結構施工中的應用

鉆孔咬合樁在天津地鐵基坑圍護結構施工中的應用

[摘 要]在天津城區地鐵隧道采用明挖法施工時,當地質條件復雜,不宜于施工水泥攪拌樁止水帷幕時,常采用地下連續墻。本文對鉆孔咬合樁這一圍護結構型式在天津地鐵改、擴建工程中的首次應用進行了詳細介紹,對其在天津地鐵基坑中的應用進行了實際工程監測,并進行了評價分析,認為咬合樁在地鐵施工中有廣闊的應用前景。

[關鍵詞]基坑;鉆孔咬合樁;工程監測前 言

天津目前正在進行大規模地鐵建設,其中在市區部分地段采用了明挖法[1]。由于城市中心地帶建筑物、交通設施稠密,故地鐵工程的基坑開挖只能在支護結構保護下進行垂直開挖。目前地鐵深基坑圍護結構一般采用的形式有鉆孔灌注樁加水泥攪拌樁復合結構,地下連續墻結構和ＳＭＷ工法[2 3]。

相對上述圍護結構,鉆孔咬合樁在天津較少有應用。該方法在國外及國內部分地區,已具備成熟的施工經驗與工法,有很多成功的工程實例。其適用于沿海地區軟弱地層、含水砂層地質情況下的地下工程深基坑圍護結構的施工。它采用的是鋼筋混凝土樁與素混凝土樁切割咬合成排樁的型式,其圍護和止水效果很好,工程造價比地下連續墻和人 工挖孔樁要低20%～30%左右。為此,在天津地鐵西南角車站深基坑工程中引入了鉆孔咬合樁工法。2 工程概況

天津地鐵1號線既有線改、擴建工程西南角站,位于四馬路、南開三馬路與黃河道、南馬路交口處,呈南北走向。本車站將既有結構全部拆除,按照新的建筑平面重新構筑新結構。改建段結構全長244.349ｍ。

2.1 工程地質與水文地質

改建段區間位于第四系全新統人工填土層(Ｑｍｌ)、新近沉積層(Ｑ43Ｎ ｓｉ)、第Ⅰ陸相層(Ｑ4 3ａ1)、第Ⅰ海相層(Ｑ2 4ｍ)中,巖性以雜填土、粉質粘土、粉土為主,土質松軟,多呈可塑～流塑狀,屬中～高壓縮性土。場地地下水類型為孔隙潛水,儲存于第四系粘性土、粉土及砂類土中,地下水埋深0.8～4ｍ,水位變幅1～2ｍ。2.2 設計情況

該車站主體為地下一層多跨矩形框架結構,采用明挖順作法施工。原設計方案基坑圍護結構采用鉆孔灌注樁加水泥攪拌樁止水帷幕,坑內設鋼支撐系統。但由于本工程基坑開挖較深,達到了10ｍ,且其中一段基坑與一棟高層建筑———金禧大酒店距離僅6ｍ,而且由于開挖處雜填土中埋有原地鐵修建時拋棄的建筑垃圾,有很多如鋼筋、廢木料、模板等各種雜填物,情況非常復雜,經現場試驗后發現一般鉆孔灌注樁成樁較困難;此外,本段地下水埋藏較淺且豐富,樁孔易發生坍塌變形。鉆孔咬合樁由于采用了全鋼套管護壁,能有效地防止孔內流砂、涌砂現象的產生,并且通過現場實時監測其成孔精度即可得到有效控制,其“一葷(指鋼筋混凝土樁)”、“一素(指素凝土樁)”相互咬合排列,擋土和止水效果極佳,經濟性好。最后經多方面因素綜合考慮,本工程決定采用咬合樁這一新型圍護結構型式。鉆孔咬合樁施工技術 3.1 工藝原理

鉆孔咬合樁的排列方式為一根素混凝土樁(Ａ樁)與一根鋼筋混凝土樁(Ｂ樁)間隔布置。Ａ樁采用緩凝型混凝土,Ｂ樁采用普通混凝土,先施工Ａ樁,后施工Ｂ樁。天津地鐵西南角站鉆孔咬合樁采用的是全護筒沖弧法,即在兩側Ａ樁成樁后利用護筒鉆機的下壓切割能力,在切割掉Ａ樁部分混凝土的同時使Ｂ樁成樁。最后效果是使Ｂ樁嵌入兩側Ａ樁一部分,形狀類似于相互咬合,故形象的稱為咬合樁(如圖1)。3.2 工藝流程 3.2.1 導墻施工

為了保證鉆孔咬合樁孔口定位的精度并提高樁體就位效率,應在咬合樁成樁前首先在樁頂部兩側施作混凝土導墻或鋼筋混凝土導墻(見圖1)。

3.2.2 單根咬合樁施工工藝流程

3(1)護筒鉆機就位 當定位導墻有足夠的強度后,用吊車移動鉆機就位,并使主機抱管器中心對應定位于導墻孔位中心;(2)單樁成孔 其步驟為隨著第1節護筒的壓入(深度為1.5～2.5ｍ),沖弧斗隨著從護筒內取土,一邊抓土一邊繼續下壓護筒,待第1節全部壓入后(一般地面上留1～2ｍ,以便于接筒)檢測垂直度,合格后,接第2節護筒,如此循環至壓到設計樁底標高;(3)吊放鋼筋籠 對于Ｂ樁,成孔檢查合格后進行安放鋼筋籠工作,此時應保證鋼筋籠標高正確;(4)灌注混凝土 如孔內有水,需采用水下混凝土灌注法施工;如孔內無水,則采用干孔灌注法施工并注意振搗;(5)拔筒成樁 一邊澆注混凝土一邊拔護筒,應注意保持護筒底低于混凝土面≥2.5ｍ。3.2.3 排樁施工工藝流程

流程:Ａ1→Ａ2→Ｂ1→Ａ3→Ｂ2→Ａ4→Ｂ3……,如圖2所示。

3.3 控制措施

(1)成孔精度控制 為控制咬合樁的成孔精度達到《地下鐵道工程施工及驗收規范》[4]要求,采用成孔精度全過程控制的措施。本工程采用的是在成樁機具上懸掛兩個線柱控制南北、東西向護筒外壁垂直度并用兩臺測斜儀進行孔內垂直度檢查。發現有偏差時及時進行糾偏調整。(2)Ａ樁混凝土緩凝時間的確定 在測定出單樁成樁所需時間ｔ后,可根據下式計算Ａ樁混凝土緩凝時間Ｔ

Ｔ=3ｔ+Ｋ

其中,Ｋ為儲備時間,一般取1.5ｔ。3.4施工問題與解決方案

(1)防止管涌措施 在Ｂ樁成孔過程中,由于Ａ樁混凝土未完全凝固,還處于流動狀態,因此其有可能從Ａ、Ｂ樁相交處涌入Ｂ樁孔內,形成“管涌”。克服措施有:①控制Ａ樁坍落度<14ｃｍ;②護筒應超前孔底至少1 5ｍ;③實時觀察Ａ樁混凝土頂面是否下陷,若發現下陷應立即停止Ｂ樁開挖,并一邊將護筒盡量下壓,一邊向Ｂ樁內填土或注水(平衡Ａ樁混凝土壓力),直至制止住“管涌”為止。

(2)遇地下障礙物處理方法 由于咬合樁采用的是鋼護筒,所以可吊放作業人員下孔內清除障礙物。

(3)克服鋼筋籠上浮方法 在向上拔出護筒時,有可能帶起放好的鋼筋籠。預防措施可選擇減小Ｂ樁混凝土骨料粒徑或者可在鋼筋籠底部焊上一塊比其自身略小的薄鋼板以增加其抗浮能力。4 工程實踐效果與分析

在對各種圍護結構型式比選后,最終在天津西南角地鐵車站基坑工程中選擇了鉆孔咬合樁這一新工法。施工中,在靠近金禧大酒店一側的基坑采用φ1200咬合樁,其余基坑段采用φ1000咬合樁,樁間咬合200ｍｍ,樁長為19.2ｍ。由于咬合樁這一圍護型式首次在天津地鐵工程中使用,而且基坑工程又是整個項目的重要工程,因此非常有必要在 基坑開挖過程中跟蹤施工進程,對樁體側移、坑周地面沉陷和地層位移、附近建筑物、地下管網等變形及受力情況進行監測[5],用取得的監測數據,與預測值或計算值相比較并進行分析,能可靠的反映工程施工所造成的影響,能較準確地以量的形式反映這種影響的程度,也可以對咬合樁的適用性進行客觀、準確的評價。4.1 監測方案

圖3為基坑監測布點平面布置示意圖。

監測設備包括:高精度水準儀,經緯儀和測斜儀。根據施工設計,在基坑開挖和主體結構施工期間,主要進行了變位、沉降、咬合樁變位和地下管線位移監測,監測對象及相應使用的儀器見表1。

4.2 數據分析 從2003年8月初開始監測,到2004年2月底結束,前后共計七個月的時間。在基坑開挖期間,工程中沒有出現險情和事故,咬合樁防滲效果很好,各項監測數據也比較平穩,現對下面幾個監測內容得到的監測數據進行分析說明。

圖4和圖5表示的是該基坑圍護結構中的兩處咬合樁的側移曲線,分別為186號和52號(其具體位置見圖3)。

由監測數據結果所繪出的樁體側向變形曲線圖可以看出,咬合樁圍護結構樁體的最大側向變形一般均發生在基坑開挖面以上靠近坑 底的部位[6]。比較186號樁與52號樁的側移曲線,可明顯看到52號樁的樁頂水平位移和樁體最大側移均比186號樁要大很多。分析其原因,在圖3中可以看出,186號樁位于一號線靠近金禧大酒店一側的基坑邊,由前述其樁徑為1200ｍｍ,而52號樁樁徑為1000ｍｍ。由于圍護樁的樁徑增大,所以其抗彎剛度勢必會相應提高,在基坑內支撐型式相同的情況下,則樁身各部側向變形量相應的會變小。52號樁樁頂最大側移達到了8.5ｍｍ,遠大于186號樁的2ｍｍ。分析原因是由于基坑開挖時第1道支撐加撐不及時,導致開挖后樁體懸臂狀態暴露時間過長所致。綜合這兩個樁體位置與其他測點樁體側移數據來看,絕大部分樁體變形值均滿足要求,最大變形值11.9ｍｍ,小于設計要求的灌注樁、地連墻等圍護結構水平側移限值14ｍｍ。

圖6為基坑外地面沉降隨時間變化曲線。測量從基坑開挖時開始,第1個觀測點(52-1)位于52號咬合樁樁頭,第2個測點(52-2)與第一個測點相距5ｍ,第3個測點(52-3)與第2個測點相距10ｍ(見圖3)。

從圖6中可以看出,在開始測量時地面已經存在微小的沉降。由于場地地下水位埋深較淺(0.8～4ｍ),為了防止基坑開挖時坑內外水位差較大而引起的流砂、管涌等滲透破壞現象,本工程采取的是基坑外井點降水措施。所以可以認定,初始的微小地面沉降是由于基坑開挖前坑外降水引起的。地表沉降會隨著施工過程時間的增大而加大,最大沉降發生在52-2測點處,其次是樁頭測點52-3,而距離基坑最遠的52-1點沉降值已非常小了,說明此位置處地面沉降受基坑開挖影響已很小。

圖7為一號線基坑開挖需重點保護的周圍高層建筑物金禧大酒店的沉降隨時間變化曲線。

從圖7中看出,建筑物在坑外降水時即有一定的沉降,但沉降值很小。而出現沉降最快的時候,正是基坑從開挖至開挖到底這段時間內。而后,這些測點雖然繼續下沉,但下沉的速率明顯變緩,最大沉降值僅為3.5ｍｍ。綜合基坑周圍其他幾幢建筑物的沉降值及地下管線的變 9 形情況來看,最大沉降量在15ｍｍ以內,完全滿足了規范[7]限定對主基坑周圍建筑物和管線的沉降限值20ｍｍ的要求。4.3 鉆孔咬合樁新工藝的評價分析

從天津地鐵一號線西南角站基坑工程采用鉆孔咬合樁這一新型圍護結構型式的實際施工過程和效果看出,鉆孔咬合樁相比較其他幾種常用的圍護型式有其自身很大的優勢:(1)咬合樁采用的是全護筒沖弧法,能夠克服不良地質條件下灌注樁成樁困難的問題;(2)咬合樁采用鋼護筒,不像灌注樁用的是泥漿護壁,可以大大減小泥漿四溢對周圍環境的影響;(3)咬合樁垂直度比灌注樁好,不會塌孔,下挖過程中如遇到土體內有雜物影響時可以直接下去作業人員對雜物進行清理;(4)從經濟角度,咬合樁比地鐵隧道基坑常用的地下連續墻結構要省20%～30%的經費,經濟性好。

同時在本次工程的施工過程中也總結出了一些鉆孔咬合樁施工的改進方法,如咬合樁導墻若采用預制結構而代替現澆結構,不僅可以更加方便施工,而且經濟性更好等等。5 結 論

(1)在本文所涉及的工程地質條件復雜的情況下進行地鐵隧道施工,基坑開挖圍護結構采用鉆孔咬合樁這種新的圍護結構型式,達到了預期的目的;10(2)在基坑工程中,只要圍護結構的擋土和止水效果好,并及時架設支撐,基坑開挖時對周圍環境不會造成太大的影響,完全可以保證緊鄰高層建筑物的沉降變形滿足要求;(3)基坑外地表沉降會隨著施工過程時間的增長而加大,通過對本工程后續觀測的結果來看,后期的沉降將持續半年左右才逐漸趨于穩定;(4)鉆孔咬合樁圍護結構型式,當條件適當時,可應用在城市地鐵施工中,一定會取得可觀的社會效益和經濟效益,將會有廣闊的應用前景。

第三篇：SMW工法在基坑圍護結構中的應用綜述

SMW工法在基坑圍護結構中的應用綜述

姓名：

，學號：

（上海大學 土木工程系）

［摘要］SMW 工法自從日本引進后，作為圍護結構在國內得到了一定程度的應用，但是使用中也發現了不少問題。本文從經濟性、機械設備、設計方法和施工技術等方面進行了分析總結，并提出了一些問題，以便此工法能得到深入研究和廣泛應用。

［關鍵詞］SMW工法；組合結構；變形

SMW工法是Soil Mixing Wall的簡稱，它是一種勁性復合圍護結構，通過特殊的多軸深層攪拌機在現場按設計深度將土體切散,同時從鉆頭前端將水泥槳強化劑注入土體,使之在攪拌過程中與地基土反復混合攪拌。在各施工平面之間,采取重疊搭接,在水泥土混合體未硬之前插入受拉材料(常為H型鋼),作為應力加強材料,直至水泥結硬、形成勁性復合圍護墻體。這種結構充分發揮了水泥土混合體和受拉材料的力學特性[1]，同時具有經濟、工期短、高止水性、對周圍環境影響小等特點。

1987年，我國冶金建研院列項研究，1994年通過部級鑒定。上海隧道公司進一步結合上海軟土深基坑圍護工程的特點，進行了型鋼水泥土復合樁結構試驗、型鋼減摩擦劑研制、型鋼起拔模擬試驗、專用樁機及起拔型鋼設備研制，取得了重要成果，1997年8月經鑒定認為其達到國際先進水平[2]。SMW工法在國內應用時仍受到不少限制，機械設備、設計理論、施工技術等方面還存在一些問題，SMW工法圍護結構的基坑塌方頻率較其它圍護型式要高，應該引起工程界的重視。國外應用情況

SMW工法由日本成幸工業株式會社1976年開發成功。作為基坑圍護結構的一種施工方法，它在日本、美國、法國以及東南亞和臺灣等許多地方得到了廣泛應用。歸正[3]等人對日本成幸工業株式會社1984~1996年的SMW工法施工情況進行了統計分析，在臺灣和美國等地施工73項工程，總面積1003419m2，1992～1996年平均每年施工249.5項工程，每項工程平均施工面積16555m2。傅德明[4]認為，SMW圍護為日本國內基坑圍護的

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主要工法，約占地下圍護結構的80%。

日本SMW樁的攪拌鉆機一般采用3軸鉆機，也開發了4軸～6軸鉆機，一次成墻長度達1.5m～3m，最大攪拌深度達65m，水泥土強度達1.0MPa～3.0Mpa，鉆孔垂直精度可達1/200。為適應不同的工程要求，日本目前主要開發了三類機型[5]。標準機型按鉆頭規格分兩種，φ550的機型，樁架高18m、成墻深35.0m；φ850的機型，樁架高30m、成墻深45.0m。低高度機型有SMW15M機型、SMW5000機型、STS機型三種系列。TMW(Touatsu Soil Mixing Wall)機型與SMW機型相比則可形成等厚度混合土連續墻,提高了防水能力。鉆機功率主要有90kW、120kW、150kW、180kW等, 其中90kW、120kW 最為常用，150kW以上主要用于軟巖地層。國內研究進展

2.1 機械設備

國內SMW工法的施工機械，主要有國產的雙軸攪拌機（SJB-40型），也有引進的三軸攪拌機（日本的PAS-120VAR型）。建設部北京建筑機械綜合研究所[8]吸收國外的先進技術,開發出了ZKD110型多軸式連續墻鉆孔機，該機根據土質不同有砂質土用、粘性土用砂礫及巖盤用三種鉆具，電機功率為55(4P)/40(8P)×2kW，鉆孔深度最深達30m。黃均龍和張冠軍[9]對國產雙軸攪拌機（SJB-37×2）、日本三軸攪拌機（PAS-120VAR）和國產四軸攪拌機（SJB-42/30×4）的性能進行了比較，三種機型的電機功率分別為2×37kW、2×45kW、4×42/30kW，成墻深度分別為20m左右、27m、28m左右。由于國內通用機械制造業與國際上先進國家的差距，SMW工法的施工機械、成樁深度、施工效率以及施工質量上存在著一些缺陷，阻礙了SMW工法的進一步發展，其推廣與普及受到一定限制。

2.2 設計方法

通常認為[10]，水土側壓力由型鋼單獨承擔，水泥土作用是抗滲止水。試驗表明，水泥土對型鋼的包裹作用提高了型鋼剛度、減少了位移。此外，水泥土起到套箍作用，可以防止型鋼失穩。SMW支護結構的設計內容主要包括如下幾個方面： ① 水泥摻入比

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水泥摻入比一般在綜合考慮土質、側壓、芯材間隔等因素的基礎上,根據室內試驗確定。丁克等[11]通過試驗得出試驗數據結論,主要有（1）~（4）式的關系。

水泥土單軸抗壓強度qu與水泥摻入比aw的關系： 水泥土的設計抗壓強度：

設計抗剪強度：

設計抗拉強度：

qu?kwaw?quo

（1）

fc?qu28/

2（2）

（3）

（4）

fc?qu28/6fc?qu28/10

式中kw為強度增長系數，qu0為原狀土無側限抗壓強度，qu28為水泥土28天單軸抗壓強度。② 型鋼入土深度DH

型鋼入土深度主要由基坑抗隆起穩定性、擋墻內力和變位不超過允許值、能順利拔出等條件決定，按式（5）驗算抗隆起安全系數Ks來確定型鋼入土深度(要求Ks≥1.10～1.20、型鋼埋入水泥土長度lH?DH?H)，若該數值使結構內力和變位過大，則需加大入土深度后再進行擋墻結構分析。

Ks?(?DHNq?cNc)/[?(H?DH)?q]

（5）

式中:DH —型鋼入土深度，H—基坑開挖深度，γ—坑底及墻外側土體重度，c —坑底土體凝聚力，q —地面超載，Nq、Nc —地基承載力系數。③ 水泥土樁入土深度Dc

SMW工法中水泥土樁入土深度Dc主要有三方面的水力條件決定：確保坑內降水不影響到基坑以外環境、防止管涌發生、防止底鼓發生。④ 型鋼抗拔驗算

H型鋼的抗拔力Pm主要由靜摩擦力Pf、變形阻力Pd及自重G等三部分組成,即

Pm?Pf?Pd?G

（6）

⑤ SMW工法截面設計

截面應符合以下設計要求：型鋼凈間距、芯材與孔壁之間最小保護層厚度、水泥土墻體厚度。

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⑥ 擋墻強度及變形驗算

多層支撐擋墻結構常采用等值梁法、逐層開挖支撐支承力不變法和彈性梁法等方法。局部驗算時主要包括[1]：型鋼底端截面水泥土抗剪強度、水泥土與型鋼聯接部位錯動剪力、水泥土搭接處抗剪強度、側壓力作用下承載拱的軸力強度。軟土地區還要進行整體穩定性、抗傾覆、抗滑動等驗算。

2.3 經濟效益

SMW擋墻成本一般為地下連續墻的70%左右，若考慮H型鋼的回收，則成本可再下降20%～30%。表1為鎮江市新河橋泵站基坑三種圍護方案的工程造價[6]，實際費用比設計測算一般還要多。上海市軌道交通明珠線二期工程溧陽路車站[7]設計圍護結構時，考慮了地下連續墻，鉆孔灌注樁及SMW工法三個方案。按每延米折算，三個方案測算造價分別為4.8萬元、3.7萬元、2.82萬元。

表1 三種施工方法經濟分析 工程直接工程間接費/萬元 工程總工支護方法

費 /萬元

沉井法 深層攪拌樁加灌注樁 SMW

153.5

措施

費用

拆遷

/萬元 33.0 217.9

期 /d 85

分析 結果 設計測算

115.0

81.5

0.0 196.5

設計測算 實際費用

31.4

115.0 74.0 0.0 189.0 55

2.4 一些試驗成果

SMW工法中由于型鋼與水泥土的相互作用，使型鋼抗彎剛度得到提高。圖1[12]為日本材料協會對H型鋼與水泥土共同作用的試驗結果曲線，曲線a表示水泥土與H型鋼混合體荷載撓度的關系，曲線b為H型鋼的相應關系。由圖1可見，相同荷載作用下水泥土與H型鋼的混合體撓度要小一些，其抗彎剛度比相應H型鋼的剛度要大20%，剛度的提高

—4—

可用剛度提高系數?表示：

??(ECSICS)/(ESIS)

（7）

式中，Ecs、Es分別為H型鋼混合體與H型鋼的彈性模量，Ics、Is分別為H型鋼混合體與H型鋼的慣性矩。

型鋼起拔回收和重復利用是SMW工法的一個最大特點。試驗表明，起拔力P0與型鋼垂直度、變形形狀密切相關，由拔出力P與拔出長度H的特征曲線（圖2）看出，P0在靜止摩擦力變為動摩擦力后迅速減少，拔出型鋼的P0應小于最大抗拔力Pm，若AH為型鋼截面積、σs為型鋼屈服強度，則

Pm?0.7?sAH

（8）

圖1 勁性樁與H型鋼壓彎比較

圖2 型鋼拔出特征曲線

王?。?997）對兩種土質三種斷面組合形式的H型鋼-水泥土組合梁進行抗彎試驗，—5—

分析了組合梁受力和變形過程中不同的作用形式，并提出了水泥土貢獻系數的經驗公式。上海隧道股份有限公司[4]對起拔技術的研究主要是：減摩隔離材料的選定，型鋼垂直度、水泥土的強度和起拔型鋼的溫度等對型鋼起拔的影響，起拔裝置的研制。攪拌樁體對型鋼的適應性是SMW工法的關鍵。如果型鋼與攪拌樁變形不協調，可造成樁體開裂、大量漏水、工程失敗。研究表明，攪拌樁強度在空氣中增加較快、在土中較慢。開挖過程中攪拌樁變形在土中即已發生，樁體強度較低、變形適應性較好；開挖出來后樁體強度迅速提高、變形已基本完成。大量工程實例證明,一般基坑計算變形在30mm左右時不會導致攪拌樁體大量開裂。

國外曾對SMW擋墻組成材料的力學特性和受力機理進行了大量試驗研究[13]，鈴木健夫、國藤祚光(1994)對水泥土進行了室內實驗研究；Yoshio Suzuki(1982)通過固結排水和不排水三軸壓縮試驗，對水泥摻入比15%的水泥土試樣進行了研究；鈴木健夫(1982)取現場養護的SMW墻體制作試件進行了抗彎試驗研究；青木雅路等(1993)對某建筑13年前施工的SMW地下墻進行了耐久性調查試驗。這些研究取得了不少實用性成果，為制定SMW工法設計施工標準或規范提供了依據。

國內一些人員將有限元應用于SMW工法圍護結構分析，佘躍心等[14]用接觸面單元模擬樁土界面，考慮周圍建筑物荷載、施工荷載、施工降水的影響，探討了FEM模擬原理，建立了二維平面有限元模型；王健[15]用Duncan-Chang模型模擬土、用有厚度接觸面單元模擬接觸面、用平面八節點等參單元模擬土、用梁單元模擬墻體、用一維桿單元模擬支撐，編制了相應程序FE-SMW1.0。SMW工法設計和施工中的存在問題

3.1 設計方面

（1）目前我國還沒有一套完備的SMW圍護結構設計規范或標準，整個設計過程只能參照有關資料，缺乏統一理論。從基坑結構計算可以看出，基坑整體穩定性分析采用上海市標準《基坑工程設計規程》,為總安全度表達方式，而圍護結構局部構件檢算采用極限狀態表達方式。

（2）水泥土與型鋼組合構件受力機理尚不十分明確，尤其是減摩劑采用使這種關

—6—

系變的更加復雜，型鋼“全位”和“半位”布置時，組合構件整體剛度難以確定。用式（7）計算出的提高系數?值與實測?值相差較遠, 而準確確定?值對于計算墻體變位具有重要意義。

（3）水泥土抗壓、抗剪強度設計值及H型鋼與水泥土之間單位面積摩擦μf只能依據工程經驗采用, 變形阻力的定量化很困難，給設計帶來不明確因素。

（4）有限元法對SMW工法圍護結構的研究還不充分，會碰到土層變形模量、支撐剛度和樁墻剛度等參數的選擇問題。

3.2 施工方面

（1）SMW工法圍護結構施工中，組合結構變形剛度相對較小，圍檁對提高圍護結構整體性起到很重要的作用，如何將圍檁的施加方式與基坑開挖方法相結合是一個值得考慮的問題。

（2）基坑開挖所造成的SMW擋墻變形使型鋼產生彎曲，減摩劑性能或施工質量等原因，都會致使H型鋼的拔出存在困難，或拔出后較難重復使用,因此必須解決好型鋼有效拔出問題。

（3）就目前施工機械能力和施工水平以及工程經驗，圍護結構形式對于基坑深度>14m的基坑應慎重采用，開挖深度超過12m，基坑變形明顯增大。解決此瓶頸是進一步發展的關鍵問題。

（4）在基坑開挖過程中，SMW工法圍護結構變形受水位變化的影響比較大，必須考慮周邊的降水，以達到減少變形的目的。結束語

SMW工法圍護結構在國外（尤其日本）應用很廣泛，具有很高的經濟效益，工程適應性也比較強。但是近幾年來，SMW工法圍護結構在上海等地區的應用情況卻不容樂觀，本文提出了部分問題，希望能拋磚引玉，重新引起廣大工程科技人員對此工法的注意。

—7—

參考文獻

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第四篇：組合支護形式在地鐵車站圍護中的應用.

組合支護形式在地鐵車站圍護中的應用

摘要:研究目的:通過介紹近年來對地鐵車站圍護結構組合的應用研究與實際應用經驗,探討和創新設計理念,以期達到安全經濟的目的。

研究方法:通過工程實踐,結合工程周邊環境、地質水文情況,對地鐵車站圍護結構形式和施工技術進行深入的闡述,并將單一的圍護樁支護形式和土釘墻與圍護樁組合形式進行了對比分析。

研究結果:在基坑開挖過程及車站主體施工階段,基坑圍護經歷了時間和惡劣天氣的考驗。通過對基坑的監控量測,基坑位移及地面沉降等各項數據都在控制值范圍之內,充分驗證了基坑的安全性。

研究結論:在地質及周邊環境允許的情況下,基坑圍護采用上部放坡土釘支護、下部排樁+內支撐或預應力錨索支護方案,有利于土方挖運,提高了機械利用率,施工進度快,且節約了成本;設計時應根據地質勘察報告,分析場地土的性質,根據理論分析、類似工程的經驗和監控量測結果,及時修正設計參數。關鍵詞:土釘墻;鉆孔灌注樁;鋼管支撐;圍護結構

土釘支護結構是由被加固土體、放置在土中的土釘體及附著于坡面的噴射混凝土面層所組成。土釘支護具有施工方便、性能可靠、對周圍環境影響小和突出經濟特性的優點,但土釘技術在應用上也有一定局限性。為了在地鐵車站等深基坑邊坡支護中,充分發揮土釘支護的優勢,近年來,土釘與排樁+內支撐或預應力錨索的聯合使用效果,已被廣大工程界同仁所認可,因而被廣泛應用于基坑開挖邊坡支護工程中。

1工程概況

北京地鐵奧運支線起于北中軸路的熊貓環島,沿北中軸路向北延伸,止于森林公園內規劃奧運湖南岸。奧運支線全部為地下線,全長4.398km,由南向北設熊貓環島站、奧體中心站、奧林匹克公園站、森林公園站4座車站,車站全部采用明挖順作法施工,圍護結構采用上部為土釘墻、下部為排樁+內支撐形式,基坑開挖深度為17.3m,沿線地面開闊平坦,與基坑開挖有關土層情況分別如下:(1)人工堆積層:雜色、主要成分為粘性土夾建筑、生活垃圾、含磚塊、灰渣等。厚度為1.2~2.6m;(2)第四紀沖洪積層:粉土③層、粉質粘土③1層、粘土③2層、粉細砂③3層,本大層總厚度為5.6~9.1m;粉質粘土④層、粘土④1層、粉土④2層、粉細砂④3層,本大層總厚度為6.0~10.2m;粉質粘土⑥層、粉土⑥1層、粉土⑥2層、細中砂⑥3層,本大層總厚度為7.0~13.1m;卵石⑦層、中粗砂⑦1層、粉細砂⑦2層、粉土⑦3層,本大層總厚度為0.5~5.6m。

2圍護結構設計方案

2.1土釘參數

基坑壁放坡坡度75°,土釘向下傾角10°,土釘長度L=8m,Φ25螺紋鋼筋,成孔直徑120mm,按間距@1500(水平)×1000(豎向)呈梅花型布置,M15水泥砂漿,注漿方式為低壓注漿,壓力需小于0.5MPa,坡面布設Φ6@150×150單層雙向鋼筋網片,該網片在基坑壁頂面翻邊0.8m,用Φ

22、長0.8m的短鋼筋按間距2m打入土中固定,土釘頂端焊接4根Φ

22、長0.20m的井字鋼筋架,把鋼筋網固定在土釘上,在鋼筋網上噴射C20混凝土厚度100mm。

2.2鉆孔灌注樁

Φ800@1200mm,樁長14.3m,樁插入基坑底深度5.0m,樁間 采用掛網噴射C20混凝土封閉找平,樁頂設冠梁。

2.3鋼支撐

內支撐采用Φ800鋼管支撐,鋼管支撐設于冠梁及圍檁處,鋼管支撐的選擇及支撐設計軸力如表1所示,支撐施加預應力值為支撐設計軸力的50%。

3圍護結構方案實施

3.1施工流程

施工準備→施工降水→一級放坡開挖→土釘施工及掛網噴射混凝土→鉆孔灌注樁及樁頂冠梁施工→安裝第一道鋼支撐→土方開挖及樁間噴射混凝土→安裝第二道鋼支撐并繼續開挖至基坑底標高→底板及部分側墻施工→拆除第二道鋼支撐、側墻及中樓板施工→拆除第一道鋼支撐、側墻及頂板施工,并回填。

3.2一級坡面開挖及土釘支護施工

3.2.1開挖、修坡

一級開挖平臺開挖深度為7.69m左右,開挖時帶坡開挖,基坑的開挖和土釘墻的施工應自上而下分段分層進行,以挖掘機開挖為主,人工配合刷坡、修整。在開挖過程中隨挖隨修整,隨作土釘墻防護。

3.2.2土釘施工

成孔:按設計孔深,人工用洛陽鏟成孔。按設計規定的孔徑、孔距及傾角成孔,成孔后及時將土釘連同注漿管插入孔中,沿土釘長度每隔2.0m設置對中定位支架。

注漿:按配比制漿,注漿采用底部注漿法,注漿管應插入距孔底250~500mm處,隨漿液的注入緩慢勻速拔出,為保證注漿飽滿,孔口宜設止漿塞或止漿袋。3.2.3鋪設鋼筋網片

在鋪設鋼筋網片前,先在坡面上初噴一層混凝土,其厚度為50~80mm。網片鋼筋應順直,按設計間距綁扎牢固。在每步工作面上的網片筋應預留與下一步工作面網筋搭接長度。鋼筋網片采用井字鋼筋架與土釘連接牢固。

3.2.4復噴混凝土至設計厚度

按配合比要求拌制混凝土干料。為使回彈率減少到最低限度,噴頭與受噴面應保持垂直,噴頭與作業面間距宜為0.6~1.0m。噴射順序應自下而上,噴射時應控制用水量,使噴射面層無干斑或移流現象。噴射混凝土終凝2h后,應噴水養護,養護時間根據氣溫確定,宜為3~7d。

3.2.5繼續開挖土方至第二道土釘,重復上述工作。按此循環直至開挖到坑底標高。

在施工過程中必須自始至終與現場測試監控相結合,通過變形等量測數據和施工中不斷發掘的現場地質情況,及時反饋、修改設計,并指導下一步施工。

3.3鉆孔灌注樁施工

3.3.1測設樁位

根據設計提供的有關數據,先利用極坐標法定出本工程灌注樁的軸線位置,然后定出各個鉆孔樁樁位。標高控制,通過已知控制點由護筒頂標高來控制。3.3.2護筒埋設

護筒具有導正鉆具、控制樁位、隔離地面水滲漏、防止孔口坍塌、抬高孔內靜壓水頭和固定鋼筋籠等作用,應認真埋設,具體埋設方法為:先放出樁位中心點,過樁徑中心點拉正交十字線在護筒外80~100cm處設置控制樁,然后在樁位處挖出比護筒外徑大20cm的圓坑,深度1.5m左右。把護筒采用鋼絲繩對稱吊放進坑內,在護筒上找出護筒的圓心(可采用拉正交十字線法),然后通過控制樁放樣,把樁位中心找出,移動護筒使護筒的圓心與樁位中心重合,同時用水平尺(或吊線錘)校驗護筒豎直后,方可在護筒周圍回填最佳含水量的粘土,分層夯實,夯填時要防止護筒偏斜,護筒埋設后質檢員檢查護筒中心偏差,當中心偏差小于允許偏差(20mm)后,方可使鉆機就位開鉆。

3.3.3鉆機就位

使鉆機按預定樁位就位,且使鉆機停在硬實地面調整桅桿偏差,保證樁位移、傾斜度不超標。

3.3.4鉆孔 開鉆前應加入足夠的泥漿,所采用的泥漿配比應取水:膨潤土:堿:CMC為1000∶100∶20∶8的比例,經攪拌桶攪拌后放入泥漿池備用,并根據地層情況隨時調整比例。泥漿性能指標應符合下列要求:

比重1.10~1.2

漏斗粘度 24S

含砂率≤4%

膠體率≥95%

成孔至設計標高后,對成孔的孔徑、孔深和傾斜度進行檢查,滿足設計要求后,請監理工程師驗收,并作成孔記錄。

3.3.5清孔

清孔工藝中,待換漿的相對密度降到1.1左右,可以認為清孔合格,要求清孔之后,沉渣厚度不能超過50mm。

3.3.6鋼筋籠的吊放安裝

在鋼筋籠下放之前要安裝測籠,直徑為設計直徑20mm,長度為4~6倍直徑長,以查垂直度。將驗收合格的鋼筋籠運到孔口,綁扎扶正桿,找好吊點將鋼筋骨架緩緩起吊慢慢扶正,并使其逐漸鉛垂,然后將鋼筋骨架徐徐放入孔中,不得碰撞孔壁和護筒。當骨架吊點進至孔口時用插杠將鋼筋籠固定,用組合型鋼管吊筋吊起,根據空樁深度選擇吊筋長度并與鋼筋籠做可靠的固定,而后便可將鋼筋籠下入到設計標高,將吊筋上部固定,采用雙重控制鋼筋籠位置的措施,避免鋼筋籠的上浮或下沉。

3.3.7導管的安放

鋼筋籠吊入固定后,應逐節下放導管,導管的壁厚不小于3mm,直徑250mm,導管使用前進行拼裝打壓,以檢查導管是否有砂眼,絲扣是否有變形,密封是否嚴密,試水壓力≥0.8MPa,導管安放觸孔底后,上提300~500mm。

3.3.8水下混凝土灌注

灌注前,檢查孔內沉渣厚度是否符合規定,并經監理工程師確認后方可進行灌注。

首先灌注混凝土在導管上口和漏斗之間要設置隔水皮球。采用罐車運輸混凝土至現場,利用汽車輸送泵注入導管內進行灌注。隨著不斷的灌注,孔內混凝土面的上升,隨時提升和拆卸導管,導管埋深控制在2~6m。灌注過程中,應有專人測量導管埋深及管內外混凝土面的高差,填寫混凝土灌注記錄。水下混凝土必須連續灌注施工。

3.4冠梁施工

冠梁施工前先將鉆孔樁頂部混凝土浮漿鑿除、清理干凈;將樁頂伸入冠梁的鋼筋清除干凈。然后綁扎冠梁鋼筋,立設模板,澆注混凝土。

3.5鋼支撐及基坑土方施工

3.5.1鋼管支撐安裝

為確?；臃€定,首先在冠梁處安裝一道鋼管支撐。鋼管支撐規格為800(t=12或14),系由一端為固定端、另一端為活動端、中間多節不同長度的鋼管通過法蘭盤連接而成,由工廠加工運至現場拼接吊裝。鋼管支撐吊裝就位后,采用液壓千 斤頂在活動端逐級按設計軸力值50%施加預應力并鎖定。

3.5.2基坑土方開挖

基坑土方開挖以機械開挖為主,人工配合挖土、清底。按分段分層開挖、及時支撐的原則組織施工,減少鉆孔灌注樁水平方向的位移和坑底回彈。做好支撐和挖土的緊密配合,隨挖隨撐。當挖掘機撤出基坑后,剩余少量部分土方采用人工裝土,吊車提升吊斗出土。機械開挖接近基底20cm時,人工配合清底,不得超挖或擾動基底土。4經濟費用分析

以本工程為例,僅對圍護方案上部支護形式變化費用進行分析,如表2所示。

可見,采用組合支護形式比采用單一的圍護樁支護形式每延長米可節省費用7874.36元,而且采用土釘墻與圍護樁組合支護形式有利于土方挖運,提高機械利用率,施工進度快。

5結論

該工程自2005年6月開工至今,車站主體結構已全部封頂。在基坑開挖過程及車站主體施工階段,基坑圍護經歷了雨 雪等惡劣天氣及時間的考驗,通過對基坑的監控量測,基坑位移及地面沉降等各項數據都在控制值范圍之內,充分驗證了基坑的安全性。

(1)在地質及周邊環境允許的情況下,基坑圍護采用上部放坡土釘支護、下部排樁+內支撐或預應力錨索支護方案,具有顯著的社會效益和經濟效益。

(2)正確合理的設計是保證施工質量的前提,直接影響著工程安全、工期和投資的經濟性。故設計時應根據地質勘察報告,分析場地土的性質,根據理論分析和類似工程的經驗,根據監控量測結果及時修正設計參數,使基坑設計既安全又經濟。

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第五篇：天津地鐵基坑施工中鉆孔咬合樁的應用

[摘 要]在天津城區地鐵隧道采用明挖法施工時,當地質條件復雜,不宜于施工水泥攪拌樁止水帷幕時,常采用地下連續墻。本文對鉆孔咬合樁這一圍護結構型式在天津地鐵改、擴建工程中的首次應用進行了詳細介紹,對其在天津地鐵基坑中的應用進行了實際工程監測,并進行了評價分析,認為咬合樁在地鐵施工中有廣闊的應用前景。

[關鍵詞]基坑;鉆孔咬合樁;工程監測 1 前 言

天津目前正在進行大規模地鐵建設,其中在市區部分地段采用了明挖法[1]。由于城市中心地帶建筑物、交通設施稠密,故地鐵工程的基坑開挖只能在支護結構保護下進行垂直開挖。目前地鐵深基坑圍護結構一般采用的形式有鉆孔灌注樁加水泥攪拌樁復合結構,地下連續墻結構和ＳＭＷ工法[2 3]。

相對上述圍護結構,鉆孔咬合樁在天津較少有應用。該方法在國外及國內部分地區,已具備成熟的施工經驗與工法,有很多成功的工程實例。其適用于沿海地區軟弱地層、含水砂層地質情況下的地下工程深基坑圍護結構的施工。它采用的是鋼筋混凝土樁與素混凝土樁切割咬合成排樁的型式,其圍護和止水效果很好,工程造價比地下連續墻和人工挖孔樁要低20%～30%左右。為此,在天津地鐵西南角車站深基坑工程中引入了鉆孔咬合樁工法。工程概況 天津地鐵1號線既有線改、擴建工程西南角站,位于四馬路、南開三馬路與黃河道、南馬路交口處,呈南北走向。本車站將既有結構全部拆除,按照新的建筑平面重新構筑新結構。改建段結構全長244.349ｍ。

2.1 工程地質與水文地質

改建段區間位于第四系全新統人工填土層(Ｑｍｌ)、新近沉積層(Ｑ43Ｎ ｓｉ)、第Ⅰ陸相層(Ｑ4 3ａ1)、第Ⅰ海相層(Ｑ2 4ｍ)中,巖性以雜填土、粉質粘土、粉土為主,土質松軟,多呈可塑～流塑狀,屬中～高壓縮性土。場地地下水類型為孔隙潛水,儲存于第四系粘性土、粉土及砂類土中,地下水埋深0.8～4ｍ,水位變幅1～2ｍ。

2.2 設計情況

該車站主體為地下一層多跨矩形框架結構,采用明挖順作法施工。原設計方案基坑圍護結構采用鉆孔灌注樁加水泥攪拌樁止水帷幕,坑內設鋼支撐系統。但由于本工程基坑開挖較深,達到了10ｍ,且其中一段基坑與一棟高層建筑———金禧大酒店距離僅6ｍ,而且由于開挖處雜填土中埋有原地鐵修建時拋棄的建筑垃圾,有很多如鋼筋、廢木料、模板等各種雜填物,情況非常復雜,經現場試驗后發現一般鉆孔灌注樁成樁較困難;此外,本段地下水埋藏較淺且豐富,樁孔易發生坍塌變形。鉆孔咬合樁由于采用了全鋼套管護壁,能有效地防止孔內流砂、涌砂現象的產生,并且通過現場實時監測其成孔精度即可得到有效控制,其“一葷(指鋼筋混凝土樁)”、“一素(指素凝土樁)”相互咬合排列,擋土和止水效果極佳,經濟性好。最后經多方面因素綜合考慮,本工程決定采用咬合樁這一新型圍護結構型式。鉆孔咬合樁施工技術 3.1 工藝原理

鉆孔咬合樁的排列方式為一根素混凝土樁(Ａ樁)與一根鋼筋混凝土樁(Ｂ樁)間隔布置。Ａ樁采用緩凝型混凝土,Ｂ樁采用普通混凝土,先施工Ａ樁,后施工Ｂ樁。天津地鐵西南角站鉆孔咬合樁采用的是全護筒沖弧法,即在兩側Ａ樁成樁后利用護筒鉆機的下壓切割能力,在切割掉Ａ樁部分混凝土的同時使Ｂ樁成樁。最后效果是使Ｂ樁嵌入兩側Ａ樁一部分,形狀類似于相互咬合,故形象的稱為咬合樁(如圖1)。

3.2 工藝流程 3.2.1 導墻施工

為了保證鉆孔咬合樁孔口定位的精度并提高樁體就位效率,應在咬合樁成樁前首先在樁頂部兩側施作混凝土導墻或鋼筋混凝土導墻

(見圖1)。

3.2.2 單根咬合樁施工工藝流程

(1)護筒鉆機就位 當定位導墻有足夠的強度后,用吊車移動鉆機就位,并使主機抱管器中心對應定位于導墻孔位中心;(2)單樁成孔 其步驟為隨著第1節護筒的壓入(深度為1.5～2.5ｍ),沖弧斗隨著從護筒內取土,一邊抓土一邊繼續下壓護筒,待第1節全部壓入后(一般地面上留1～2ｍ,以便于接筒)檢測垂直度,合格后,接第2節護筒,如此循環至壓到設計樁底標高;

(3)吊放鋼筋籠 對于Ｂ樁,成孔檢查合格后進行安放鋼筋籠工作,此時應保證鋼筋籠標高正確;

(4)灌注混凝土 如孔內有水,需采用水下混凝土灌注法施工;如孔內無水,則采用干孔灌注法施工并注意振搗;

(5)拔筒成樁 一邊澆注混凝土一邊拔護筒,應注意保持護筒底低于混凝土面≥2.5ｍ。

3.2.3 排樁施工工藝流程

流程:Ａ1→Ａ2→Ｂ1→Ａ3→Ｂ2→Ａ4→Ｂ3……,如圖2所示。

3.3 控制措施

(1)成孔精度控制 為控制咬合樁的成孔精度達到《地下鐵道工程施工及驗收規范》[4]要求,采用成孔精度全過程控制的措施。本工程采用的是在成樁機具上懸掛兩個線柱控制南北、東西向護筒外壁垂直度并用兩臺測斜儀進行孔內垂直度檢查。發現有偏差時及時進行糾偏調整。

(2)Ａ樁混凝土緩凝時間的確定 在測定出單樁成樁所需時間ｔ后,可根據下式計算Ａ樁混凝土緩凝時間Ｔ

Ｔ=3ｔ+Ｋ

其中,Ｋ為儲備時間,一般取1.5ｔ。3.4施工問題與解決方案

(1)防止管涌措施 在Ｂ樁成孔過程中,由于Ａ樁混凝土未完全凝固,還處于流動狀態,因此其有可能從Ａ、Ｂ樁相交處涌入Ｂ樁孔內,形成“管涌”?？朔胧┯?①控制Ａ樁坍落度<14ｃｍ;②護筒應超前孔底至少1 5ｍ;③實時觀察Ａ樁混凝土頂面是否下陷,若發現下陷應立即停止Ｂ樁開挖,并一邊將護筒盡量下壓,一邊向Ｂ樁內填土或注水(平衡Ａ樁混凝土壓力),直至制止住“管涌”為止。

(2)遇地下障礙物處理方法 由于咬合樁采用的是鋼護筒,所以可吊放作業人員下孔內清除障礙物。

(3)克服鋼筋籠上浮方法 在向上拔出護筒時,有可能帶起放好的鋼筋籠。預防措施可選擇減?。聵痘炷凉橇狭交蛘呖稍阡摻罨\底部焊上一塊比其自身略小的薄鋼板以增加其抗浮能力。工程實踐效果與分析

在對各種圍護結構型式比選后,最終在天津西南角地鐵車站基坑工程中選擇了鉆孔咬合樁這一新工法。施工中,在靠近金禧大酒店一側的基坑采用φ1200咬合樁,其余基坑段采用φ1000咬合樁,樁間咬合200ｍｍ,樁長為19.2ｍ。由于咬合樁這一圍護型式首次在天津地鐵工程中使用,而且基坑工程又是整個項目的重要工程,因此非常有必要在基坑開挖過程中跟蹤施工進程,對樁體側移、坑周地面沉陷和地層位移、附近建筑物、地下管網等變形及受力情況進行監測[5],用取得的監測數據,與預測值或計算值相比較并進行分析,能可靠的反映工程施工所造成的影響,能較準確地以量的形式反映這種影響的程度,也可以對咬合樁的適用性進行客觀、準確的評價。

4.1 監測方案

圖3為基坑監測布點平面布置示意圖。

監測設備包括:高精度水準儀,經緯儀和測斜儀。根據施工設計,在基坑開挖和主體結構施工期間,主要進行了變位、沉降、咬合樁變位和地下管線位移監測,監測對象及相應使用的儀器見表1。

4.2 數據分析

從2003年8月初開始監測,到2004年2月底結束,前后共計七個月的時間。在基坑開挖期間,工程中沒有出現險情和事故,咬合樁防滲效果很好,各項監測數據也比較平穩,現對下面幾個監測內容得到的監測數據進行分析說明。

圖4和圖5表示的是該基坑圍護結構中的兩處咬合樁的側移曲線,分別為186號和52號(其具體位置見圖3)。

由監測數據結果所繪出的樁體側向變形曲線圖可以看出,咬合樁圍護結構樁體的最大側向變形一般均發生在基坑開挖面以上靠近坑底的部位[6]。比較186號樁與52號樁的側移曲線,可明顯看到52號樁的樁頂水平位移和樁體最大側移均比186號樁要大很多。分析其原因,在圖3中可以看出,186號樁位于一號線靠近金禧大酒店一側的基坑邊,由前述其樁徑為1200ｍｍ,而52號樁樁徑為1000ｍｍ。由于圍護樁的樁徑增大,所以其抗彎剛度勢必會相應提高,在基坑內支撐型式相同的情況下,則樁身各部側向變形量相應的會變小。52號樁樁頂最大側移達到了8.5ｍｍ,遠大于186號樁的2ｍｍ。分析原因是由于基坑開挖時第1道支撐加撐不及時,導致開挖后樁體懸臂狀態暴露時間過長所致。綜合這兩個樁體位置與其他測點樁體側移數據來看,絕大部分樁體變形值均滿足要求,最大變形值11.9ｍｍ,小于設計要求的灌注樁、地連墻等圍護結構水平側移限值14ｍｍ。

圖6為基坑外地面沉降隨時間變化曲線。測量從基坑開挖時開始,第1個觀測點(52-1)位于52號咬合樁樁頭,第2個測點(52-2)與第一個測點相距5ｍ,第3個測點(52-3)與第2個測點相距10ｍ(見圖3)。

從圖6中可以看出,在開始測量時地面已經存在微小的沉降。由于場地地下水位埋深較淺(0.8～4ｍ),為了防止基坑開挖時坑內外水位差較大而引起的流砂、管涌等滲透破壞現象,本工程采取的是基坑外井點降水措施。所以可以認定,初始的微小地面沉降是由于基坑開挖前坑外降水引起的。地表沉降會隨著施工過程時間的增大而加大,最大沉降發生在52-2測點處,其次是樁頭測點52-3,而距離基坑最遠的52-1點沉降值已非常小了,說明此位置處地面沉降受基坑開挖影響已很小。

圖7為一號線基坑開挖需重點保護的周圍高層建筑物金禧大酒店的沉降隨時間變化曲線。

從圖7中看出,建筑物在坑外降水時即有一定的沉降,但沉降值很小。而出現沉降最快的時候,正是基坑從開挖至開挖到底這段時間內。而后,這些測點雖然繼續下沉,但下沉的速率明顯變緩,最大沉降值僅為3.5ｍｍ。綜合基坑周圍其他幾幢建筑物的沉降值及地下管線的變形情況來看,最大沉降量在15ｍｍ以內,完全滿足了規范[7]限定對主基坑周圍建筑物和管線的沉降限值20ｍｍ的要求。

4.3 鉆孔咬合樁新工藝的評價分析 從天津地鐵一號線西南角站基坑工程采用鉆孔咬合樁這一新型圍護結構型式的實際施工過程和效果看出,鉆孔咬合樁相比較其他幾種常用的圍護型式有其自身很大的優勢:

(1)咬合樁采用的是全護筒沖弧法,能夠克服不良地質條件下灌注樁成樁困難的問題;

(2)咬合樁采用鋼護筒,不像灌注樁用的是泥漿護壁,可以大大減小泥漿四溢對周圍環境的影響;

(3)咬合樁垂直度比灌注樁好,不會塌孔,下挖過程中如遇到土體內有雜物影響時可以直接下去作業人員對雜物進行清理;

(4)從經濟角度,咬合樁比地鐵隧道基坑常用的地下連續墻結構要省20%～30%的經費,經濟性好。

同時在本次工程的施工過程中也總結出了一些鉆孔咬合樁施工的改進方法,如咬合樁導墻若采用預制結構而代替現澆結構,不僅可以更加方便施工,而且經濟性更好等等。結 論

(1)在本文所涉及的工程地質條件復雜的情況下進行地鐵隧道施工,基坑開挖圍護結構采用鉆孔咬合樁這種新的圍護結構型式,達到了預期的目的;

(2)在基坑工程中,只要圍護結構的擋土和止水效果好,并及時架設支撐,基坑開挖時對周圍環境不會造成太大的影響,完全可以保證緊鄰高層建筑物的沉降變形滿足要求;(3)基坑外地表沉降會隨著施工過程時間的增長而加大,通過對本工程后續觀測的結果來看,后期的沉降將持續半年左右才逐漸趨于穩定;

(4)鉆孔咬合樁圍護結構型式,當條件適當時,可應用在城市地鐵施工中,一定會取得可觀的社會效益和經濟效益,將會有廣闊的應用前景。