基坑支护及土方开挖.docx

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基坑支护及土方开挖

第7章隧道基坑支护及开挖

6、锚索加实体式护面墙

施工时先进行预应力锚索施工，然后进行实体式护面墙防护。

锚索施工工艺流程见表5-18。

⑴施工顺序

工序简要：

钻孔→锚索制作→下锚、注浆→浇筑地梁和垫块→张拉→锚固及检验

⑵施工方法

①施工准备：

开工前检验材料性能并在锚索施工前作抗拔试验通过试验指导施工。

②钻孔

a.定位准确，钻孔采用风动干钻。

钻进过程中必须保持下倾角稳定，并不断用高压风清孔，保持钻孔清洁，孔壁无污染物。

b.孔口安装吸尘装置，避免尘土飞扬。

③锚索制作

a.制作前，钢绞线先作防锈处理，杜绝绞缠及扭麻花现象发生。

b.自由段钢绞线的热缩管不得有破损。

c.钢绞线切割时，在每端离切口30～50mm处用铁丝帮扎，并将切割端焊接牢固。

④下锚、注浆

a.以孔为单元，锚索放入孔内（下锚）与注浆各工序连续完成，砂浆强度等级符合图纸要求。

注浆分两次进行，首先以0.4Mpa压力将注浆塞注满，待其强度达到20Mpa后，即行第二次孔内高压注浆，直到正常砂浆从孔口溢出为止。

b.注浆强度达20Mpa后，即可浇筑地梁混凝土；注浆达到设计强度后，方进行预应力张拉。

⑤浇筑地梁和垫块

a.钢筋混凝土地梁和垫块按图纸要求浇筑。

b.地梁混凝土强度达到设计强度的70%后，方可进行预应力张拉。

⑥张拉

a.锚索分两次张拉，第一次张拉在锚索固定端注浆达到设计开始，第二次张拉的吨位及进行张拉间隔时间应通过试验确定。

b.在第二次张拉完成后，立即用混凝土封闭锚头，并尽可能做到坡面平整。

⑦锚固及检验

a.锚固板表面平整光洁，无蜂窝麻面。

b.封头混凝土牢固，锚头不外露。

c.混凝土、砂浆质量检验，每一工作班制取不少于二组试件，由工程师现场抽检。

依据本项目工程场区地质条件，区间隧道采用明挖法施工，以“钻孔桩+内支撑体系”形成围护结构，钻孔桩之间设摆喷桩止水，钻孔桩与摆喷桩均穿透沙层进入相对不透水层。

2.基坑开挖、支护

2.1基坑内降排水

2.1.1基坑内降水

（1）降水设计

围护结构设计采用φ1000钻孔桩及桩间摆喷。

由于地下水对钻孔桩及摆喷施工均无太大的影响，故不考虑基坑外降水，只设基坑内降水。

基坑内降水的目的是降低基坑内地下水的水位标高，便于土方开挖，采用管井井点降水方法。

降水井沿中线设置一排，孔径φ600，根据以往施工经验，正线基坑宽度较大，降水井纵向间距按30m布设，出入段线基坑宽度较小，纵向间距按40m布设。

井深按下式计算:

H≥H1+Δh+i（L/2）+1

式中:

H——井点管埋置深度（m）

H1——坑底最大埋深（m）

Δh——降水后地下水位至砂层底的安全距离（取1m）

i——降水曲线坡度（取0.1）

L——相邻两井点间的距离

1——滤水管长度（m）

以上埋设深度的计算由于各段砂层的埋深不同，降水井深度也不尽相同，施工过程中可根据实际地质情况具体计算确定。

（2）降水施工

①施工工艺流程

测量定位—→钻孔下管—→砾料反滤层回填—→洗井—→试抽水—→抽水系统安装—→降水运行—→降水任务完成—→拆除降水井。

②降水井施工

a.施工采用旋转钻机成孔，钻孔径为φ800mm，泥浆护壁，滤管采用φ600mm钢筋笼外裹细眼钢丝网，滤管四周回填砾砂。

降水井结构见《图6-2-01降水井结构图》。

b.按照设计的单井结构图要求，根据钻探成孔过程中的实际地层情况，确定过滤器的长度和位置，然后向下配置沉淀管，向上配制井管，其总长度高于地面0.5m。

c.钻探施工达到设计深度，每锚0.3～0.5m用大泵量冲洗泥浆减少沉淀,并应立即下管,注入清水，稀释泥浆比重接近1.08后移入滤料,不少于计算量的95%。

图6-2-01降水井结构图

d.开始下管前应探测孔深，当孔深与管长不符时，应重新成孔；下管时应轻提慢放，仔细检查滤网包扎质量，并使井管居中；当上部孔壁缩径或孔底淤塞，应向孔内注水，缓慢放入，禁止上下提拉和强行冲击。

e.当砾料填至预定深度时，上部用粘土回填到孔口封口；当孔深范围内抽水含水层与其它非抽水含水层有水力联系时，进行分层止水。

f.洗井工作在填砾料后进行，以防井壁泥质硬化，造成洗井困难。

洗井时必须清除停留在孔内和渗水含水层中的泥浆与孔壁泥浆，疏通含水层，并在井周围形成良好的反滤层；洗井前后两次抽水涌水量相应小于15%，洗井后井内沉淀不上升或基本不上升。

g.洗井结束，地面抽水系统安装前，应进行试验性抽水，以确保单井出水量和降深；抽水试验稳定标准应符合下列要求：

出水量、水位没有持续上升或下降的变化趋势。

抽水井动水位波动值不超过水位降深的1%，抽水机抽水水位波动值不超过10～20cm。

出水量波动值不超过正常出水量的5%。

h.各个井点安装完毕后，应进行整体试抽水，以检查水、电管网系统是否达到要求。

（3）降水监测

①降水监测与维护期应对各降水井和观测孔的水位、水量进行同步监测。

②降水井和观测孔的水位、水量和水质的检测应符合下列要求：

a.降水勘察期和降水检验前应统测一次自然水位；

b.抽水开始后，在水位未达到设计降水深度以前，每天观测三次水位、水量；

c.当水位已达到设计降水深度，且趋于稳定时，可每天观测一次；

d.在受地表水补给影响的地区或在雨季时，观测次数宜每日2～3次；

e.水位、水量观测精度要求应与降水工程勘察的抽水试验相同；

f.对水位、水量监测记录应及时整理，绘制水量Q与时间t和水位降深值s与时间t过程曲线图，分析水位水量下降趋势，预测设计降水深度要求所需时间；

g.根据水位、水量观测记录，查明降水过程中的不正常状况及其产生的原因，及时提出调整补充措施，确保达到降水深度；

h.中等复杂以上工程，可选择代表性井、孔在降水监测与维护期的前后各采取一次水样作水质分析。

③在基坑开挖过程中，应随时观测基坑侧壁、基坑底的渗水现象，并应查明原因，及时采取措施。

（4）降水维护

①降水期间应对抽水设备和运行状况进行维护检查,每天检查不应少于3次,并应观测记录水泵的工作压力，电动机、水泵温度，电流、电压、出水等情况，发现问题及时处理，使抽水设备始终处在正常运行状态。

②抽水设备应进行定期保养，降水期间不得随意停抽。

③注意保护井口，防止杂物掉入井内，经常检查排水管、沟，防止渗漏。

④在更换水泵时，应测量井深，掌握水泵安全的合理深度，防止埋泵。

⑤发现基坑（槽）出水、涌砂，应立即查明原因，组织处理。

⑥当发生停电时，应及时更新电源，保持正常降水。

⑦降水监测与维护期，宜待基坑中的基础结构高出降水前静水位高度即告结束；当地下水位很浅，且对工程环境有影响时，要适当延长。

2.1.2基坑排水

基坑开挖前先做好基坑面四周的排水沟，开挖至设计标高立即做基坑底面两侧排水沟，每隔30m设置集水井，并在基坑四角应设置集水井。

施工过程中保证排水顺畅，并随时将积水井中的水流排出坑外。

在布设排水沟、积水井及确定抽水设备时留有20～30%的富余量。

2.2土石方施工

基坑土石方开挖遵循“纵向分段，竖向分层，从上至下”的施工原则。

竖向从上至下分层进行，高出桩顶冠梁顶面以上土方采用放坡开挖，先予以挖除，用反铲直接装入自卸汽车运至指定点，纵向由两端向中间形成台阶，进行接力式开挖。

横向先开挖中间土体，后开挖两侧土体。

开挖过程中结合钢管支撑标高，随挖随撑，及时施作钢管支撑维护基坑稳定。

2.2.1施工准备

土石方开挖的施工准备包括以下几个方面：

（1）所有材料、设备、运输作业机械、水、电等必须进场到位。

（2）弃土地点必须落实，弃土线路畅通。

（3）降、排水系统正常运转。

（4）管线改移，支吊保护全部完成或落实好开挖过程中的加固保护措施。

2.2.2开挖机械

根据上述的开挖方案，开挖机械采用液压反铲挖掘机为主，辅以推土机和装载机等设备，弃土运输则以自卸汽车为主。

2.2.3开挖作业顺序

（1）基坑开挖工程根据临时钢管支撑的分布情况及反铲挖掘机的性能，正线基坑采用三台反铲挖掘机接力开挖的方式，出入段线根据开挖深度和支撑层数的变化适当调整台阶层数。

①冠梁顶部需要放坡段，自地面分段放坡开挖，地面以下1.5m范围采用人工开挖，反铲自卸汽车装运，1.5m深度以下范围用直接反铲装入自卸汽车运至指定点，边坡坡度1∶1，坡面采用C15喷射混凝土临时支护，喷射厚度100mm,在施工围护结构前完成。

②待围护结构及桩顶冠梁形成后，分台阶组织开挖，具体方法见《图6-2-02土石方开挖施工示意图》。

③每个台阶各设一台反铲挖掘机同时开挖，土石方接力挖到运输便道的自卸汽车上。

④坑底挖土至自卸汽车的过程为:

第一台反铲置于底部台阶，挖掘最底层土体，挖土甩放在底层台阶后部，由上层台阶反铲接力，直至顶层台阶，然后由最上层反铲负责装车；

图6-2-02土石方开挖施工示意图

由于底层台阶反铲工作受基坑钢管支撑制约，可根据反铲卸土工作净高，选择合适的反铲型号。

（2）分层分段对称进行土方开挖，基坑两侧预留三角土护坡，每层台阶的长度，根据机械开挖作业要求，控制在15m左右。

（3）基坑中间无法利用台阶接力式开挖的剩余土方，采取基坑底反铲挖掘机配合基坑上部大型吊车垂直运输的方式进行土方开挖施工。

2.2.4开挖技术措施

（1）土石方开挖过程中应特别注意市政管线的保护。

土石方开挖过程中应特别强调对需要支吊管线的保护。

在土石方开挖过程中做到：

开挖暴露前调查清楚（包括具体里程、埋深等）、标明位置，开挖过程中留有保护距离、人工挖掘暴露，暴露后加以支吊保护，严禁碰撞。

（2）土石方开挖到各层钢管支撑底部0.5m处时,及时施作腰梁和钢管支撑,如不能及时施作支撑的区段应注意抽槽开挖、留土护壁。

（3）土石方开挖过程中应注意坑内降水井的保护，确保降水、排水系统的正常运转。

（4）运输便道应设专人修整，确保运输安全、提高效率。

⑸机械开挖的同时应辅以人工配合，特别是基底以上50cm的土

层应以人工开挖为主，以减少超挖、保持坑底土体的原状结构。

（5）在土石方开挖过程中，应加强观察和监控量测工作，以便发现施工安全隐患，并通过监测反馈及时调整开挖程序。

（6）严禁在挖土过程中碰撞已架设好的钢支撑结构。

（7）在基坑开挖过程中发现与设计有不同岩层时，及时报驻地监理、业主确认并做好记录、绘制施工工程地质素描图。

（8）当基底土层与设计不符时，及时通知设计、监理。

2.3钢支撑体系加工制作

明挖基坑土石方开挖后,结构钢筋砼施作前,采用内支撑体系维护基坑的稳定,内支撑体系由钢围囹、水平钢管支撑和钢牛腿三部分组成。

2.3.1钢围囹

钢围囹采用2根I45工字钢加缀板焊接而成，见《图6-2-03钢管横撑端部构造及预加应力方法示意图》。

2.3.2钢牛腿

钢牛腿采用10mm钢板加斜撑加工制作而成，加工同钢围囹。

2.3.3钢管支撑

钢管支撑分节制作，每节标准长度应为4.5m,管节间采用法兰盘螺栓连接,钢管直径φ600mm,壁厚14mm。

钢管支撑端部（仅一端）设预加轴力装置，其端部构造及预加轴力方法见《图6-2-03钢管横撑端部构造及预加应力方法示意图》。

图6-2-03钢管横撑端部构造及预加应力方法示意图

2.4钢支撑体系安装

2.4.1钢牛腿的安装

钢牛腿焊接于孔桩的主筋上,间隔一根围护桩设置一个钢牛腿。

2.4.2钢围囹的安装

钢围囹采用桁吊吊装就位，并将其与围护桩上的预埋钢板焊接在一起，焊接强度必须承受横撑自重荷载两倍以上。

2.4.3钢管支撑的安装

钢管支撑在基坑外施工便道上拼装成整根，人工配合大型吊车吊装就位。

见《图6-2-04钢管支撑吊装示意图》。

图6-2-04钢管支撑吊装示意图

2.4.4钢支撑体系安装施工要点

（1）千斤顶预加轴力必须对称同步，以平衡横撑自重下落的可能和初期开挖预放的初应变。

（2）横撑端头与围囹顶面采用螺栓连接，以便固定钢管横撑，防止坠落伤人，并消除传递附加弯矩的可能性,预加轴力完成后，前支座后部滑移长槽与钢管端面之间的空隙采用钢板楔块垫塞紧密，然后拆除千斤顶。

（3）钢管横撑的设置时间必须严格按设计工况条件掌握，土方开

挖时应分段分层，严格控制安装横撑所需的基坑开挖深度。

（4）所有支撑连接处，均应垫紧贴密，防止钢管支撑偏心受压。

（5）钢管支撑安装的允许偏差应满足《表6.2.01钢支撑安装允许偏差表》的规定。

表6.2.01钢支撑安装允许偏差表

项目

支撑中心标高及同层支撑顶面的标高差

支撑两端的标高差

支撑挠曲度

立柱垂直度

支撑与立柱的轴线偏差

支撑水平轴线偏差

允许值

±30mm

≤20mm，

≤1/600L

≤1/1000L

≤1/3000H

≤50mm

≤30mm

注：

L为支撑长度，H为基坑开挖深度

2.5钢支撑体系的拆除

支撑体系拆除的过程其实就是支撑的“倒换”过程，即把由钢管横撑所承受的侧土压力转至永久支护结构或其它临时支护结构。

其施工程序（以一层三跨三道支撑为例，其它类推）见《图6-2-05钢支撑体系拆除顺序图》。

支撑体系的拆除施工应特别注意以下两点：

（1）拆除时应避免瞬间预加应力释放过大而导致结构局部变形、开裂。

（2）主体结构施工完毕并达到设计强度后方可拆除底层钢支撑，进行换撑处理。

2.6基坑端头斜支撑施工

端部斜支撑的架设安装方法与标准段相同。

但必须在钻孔桩预埋钢板上焊好端面与斜支撑轴线垂直的三角钢板撑座，并保证其强度可靠。

斜撑端头固定方法见《图6-2-06斜撑端头平面固定方法示意图》。

图6-2-05钢支撑体系拆除顺序图

图6-2-06斜撑端头平面固定方法示意图