基坑土方开挖及支撑架设技术交底.docx
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基坑土方开挖及支撑架设技术交底
施工技术交底
2011年1月10日
工程名称
杭州地铁二号线一期工程SG2-3
分部工程
土方开挖及支撑架设
分项工程
名称
基坑土方开挖及支撑架设
交底内容格式为:
一、工程概况
1.1 工程概况
杭发厂站位于既有杭州市发电厂附近,规划萧山区规划步行街入口处。
车站主体结构为矩形双柱三跨箱型结构。
车站起点里程SDK5+458.828,终点里程SDK5+665.328。
车站外包总长208.25米,在车站东西两侧共设3个出入口和2组风亭,出入口分布在车站主体结构两侧。
车站标准段宽20.7米,基坑深度为17.1—17.7米。
结构底板座落在砂质粉土层中,潜水水位在地面以下0.5m左右,承压含水层埋藏较深,基坑开挖范围内不必进行深层降水。
车站南端头井设置为双接收井,北端头井为盾构调头井。
1.2 周围环境条件
1.2.1管线情况
杭发厂站周围管线主要有电信、电力、给水、污水、雨水、路灯等,沿道路两侧布置,其中污水管埋深较深。
在主体围护结构施工前已对前期所有的管线进行了迁改,目前只有一根Φ300的燃气管和一根Φ600污水管进行悬吊保护。
1.3 场内工程地质条件
本车站位于萧山区,工程场地内地势平坦,属第四系冲海积相沉积平原,地貌形态单一。
场地浅表层为厚1~2m的填土,其下为厚度约15m左右的粉土和粉砂层。
埋深17m左右以下为厚度达15m左右的高压缩性流塑状的淤泥质土或灰色粉质粘土,局部夹粉砂,再下部为含砾粉砂和圆砾层。
不良地质主要为20m深度内饱和砂质粉土、粉砂局部存在轻微-中等液化趋势,需重点考虑③7层液化趋势。
具体地质状况详见地层岩性及特征表3-1:
地层岩性及特征表3-1
地层
编号
地层名称
地层描述
①1
杂填土
厚度0.50~1.50m之间,结构松散,以碎砖、碎石混粉质粘土填积。
①2
素填土
层厚0.50~2.10m软塑~软可塑,多为粘性土局部为粉性土。
②1
粉质粘土层
层厚0.50~2.10m,软可塑,干强度中等,韧性中等。
③1
砂质粉土层
层厚0.20~1.30m。
松散,属中等压缩性土。
③夹
淤泥质粉质粘土层
层厚0.20~1.00m。
流塑。
③4
砂质粉土层
层厚3.40~5.30m。
松散,夹少量薄层粘质粉土和淤泥质粉质粘土。
③5
砂质粉土夹粉砂层
层厚0.90~3.00m。
稍密,很湿,局部夹有粉砂。
③6
粉砂夹砂质粉土层
层厚3.00~6.40m。
饱和,中密,该层下部段夹砂质粉土及少量淤泥质团块。
③7
砂质粉土层
层厚4.40~8.20m。
很湿,稍密,局部夹有淤泥质团块。
⑥1
淤泥质粉质粘土层
层厚1.10~4.10m。
流塑。
⑥2
淤泥质粉质粘土层
层厚5.90~7.70m。
流塑。
⑧1-1
淤泥质粉质粘土层
层厚7.10~8.30m。
流塑,软塑。
⑨1
粉质粘土层
层厚3.20~8.00m。
以硬可塑状为主,局部软可塑状。
⑿1
粉细砂层
层厚2.00m。
中密,饱和。
⑿4
圆砾层
层厚4.70~8.60m。
密实为主。
局部中密。
1.4水文地质:
本工程主要受孔隙潜水和承压水影响。
(1)、孔隙潜水:
浅层地下水属孔隙性潜水,主要赋存于上部填土层及粉土、砂土层中,补给来源为大气降水及地表水,水位随季节而变化。
其静止水位一般在深0.1m-3.4m。
主要接受大气降水和地表水体的补给,并以排泄到地表水体为主要排泄方式。
(2)、承压水:
工程区深层孔隙承压含水层主要分布于深部的(12)-4、(14)-2圆砾层中,上部的
层、
层、
层粘性土是相对隔水层,构成含水层的承压顶板。
承压水受侧向径流补给,富水性好,具有明显的埋藏深、污水少、水量大、流速极慢、咸的特点,根据承压水长期观测孔ACG2(AZ22)观测结果,水位高程变化介于-1.441~-1.721m之间。
承压含水层埋藏较深,基坑开挖深度内不必进行深层降水。
(3)有害气体:
根据详勘报告本站各勘探钻孔施工过程中未发现有沼气溢出现象,但参考相邻车站、区间勘探结果,推测本站厂区地下局部有沼气,必要时可采取施打沼气释放孔等措施。
二、基坑围护设计概况
2.1 基坑围护设计方案
主体基坑围护结构采用连续墙加内支撑形式,标准段基坑连续墙厚800mm,锁口管接头,采用五道支撑加二道换撑,除第一道支撑采用混凝土支撑外,其余均为φ609×16钢管撑,其中第三、六道钢支撑为换撑。
一般段中立柱采用460*460格构柱,中立柱下采用φ900的钻孔桩,桩长从底板垫层底面计算,桩长LZ1为28.4m,一般段桩底进入圆砾层不小于3米。
基坑外被动区加固深度为地面下2米至基坑底4米。
主体结构围护结构断面如下图2-1
标准段主体结构横剖面图
三、钢支撑架设施工方法
3.1钢支撑架设施工流程
车站主体基坑标准段设5道支撑,其中第1道为混凝土支撑,第四、五道为双拼钢支撑。
钢支撑采用Φ609壁厚16mm的钢管支撑。
钢支撑采用50T吊车提升架设。
支撑安装流程如图3-1
图3-1支撑安装流程
⑴开挖时实行掏槽开挖,随挖随架支撑,在支撑位置挖出来之后,迅速安装支撑并及时按设计施加预加轴力。
⑵事先在连续墙墙面上标出支撑位置,提前进行支撑位置处墙面的整平工作,以使支撑顶端及墙面受力均匀。
⑶架设钢支撑前,先在标出的支撑位置处,架设牢固可靠的钢牛腿,严防支撑因围护结构变形或施工撞击而脱落。
钢牛腿采用直角边为150X250mm,厚为t=16mm的钢板制作。
⑷钢支撑事先在基坑顶拼装,并按设计需要的钢管长度接长。
钢管接长时,在钢管接头处焊上连接法兰盘及钢肋板,对接有法兰盘的钢管使用螺栓拧紧,接长至设计长度。
采用龙门吊或吊车提升钢支撑就位。
⑸钢支撑预加力后,在土方开挖和结构施工时,做好监测工作,根据监测结果,发现异常及时采取补救措施。
同时,监管好钢管支撑的安全,坚决杜绝危害支撑安全事件的发生。
⑹严格按设计要求及时分级施加支撑预加轴力。
千斤顶预加轴力分两次施加到位,第一次施加至设计预加轴力值的50%~70%,第二次施加至设计预加轴力值,减少轴力损失,基坑钢支撑设计轴力与预加轴力见下表:
钢支撑设计轴力统计表(单位:
kN/m)
部位
轴力种类
第二道撑
第三道撑
第四道撑
第五道撑
换撑1
换撑2
备注
1~3轴
设计轴力
773
1363
1797
1720
550
700
第4、5道
为双拼
预加轴力
400
680
800
800
3~7轴
设计轴力
490
780
1115
1035
340
520
预加轴力
260
390
550
500
7~26轴
设计轴力
486
775
1019
930
280
480
预加轴力
250
350
500
450
26~28轴
设计轴力
796
1291
1797
1633
560
800
预加轴力
400
650
850
800
注:
以上表中的设计值均为直撑的情况,斜撑轴力N'=N/sina,N为直撑轴力,a为斜撑与墙面的夹角。
⑺斜支撑的架设最为关键,本工程采用斜支撑支座代替钢支撑斜头,在加工刚支撑时不再加工斜头,斜支撑支座构造示意图见图3-2。
斜支撑的支座焊在预埋钢板上。
斜支撑加力同直支撑。
图3-2斜支撑支座构造示意图
⑻跨度较大部位的钢支撑在施加轴向预应力完成后,为保证立杆的稳定性,在支撑立柱之间,每根临时立柱桩在钢支撑底用型钢作为连杆,立柱与型钢连接横梁相交处采用焊接处理,同时在临时立柱型钢上焊接钢板牛腿,为防止钢支撑在受力后在横梁表面产生滑动,采用10#槽钢做抱箍抱住钢支撑,限制支撑中点处的变形。
3.2钢联系梁施工
车站基坑跨度大,为保证支撑系统稳定,设置中立柱,纵向联系梁。
将中立柱与支撑连成整体。
临时中立柱构造形式为:
上部为460×460格构柱,下部为Φ900钻孔灌注桩,上格构柱锚入钻孔灌注桩3m。
联系梁采用两根[40a槽钢、两侧10mm钢缀板间距60cm焊接成格构式梁。
施工时,先根据格构立柱实际间距,将[40a槽钢加工成2~3倍立柱间距长。
再在格构立柱两侧标出标高位置,焊接三角形钢牛腿。
明挖段采用吊车吊放[40a槽钢到钢牛腿上。
两侧槽钢中间夹住格构立柱并与其焊接固定,然后在[40a槽钢两侧焊接钢缀板(间距60cm)。
在格构柱之间采用[40c槽钢设置临时剪刀撑,槽钢与格构柱采用焊接连接,以保证格构的稳定。
剪刀撑随联系梁架设随挖随设。
详见图3—3临时钢立柱的施工图片
图3—3临时钢立柱的施工图片
3.3 支撑的拆除与换撑
3.3.1钢支撑拆除步骤
⑴用50T吊车平衡吊点,稳住钢支撑;
⑵用千斤顶给钢支撑施加压力,用大锤打出卡在活络头上插销头部分的钢楔;
⑶千斤顶卸载,用吊车吊运钢支撑至地面钢支撑堆放处。
若在加压的情况下用大锤难以打出卡在活络头插销头部分的钢楔时,可考虑用氧焊从活络头插销头部分割断,吊出钢支撑。
3.3.2换撑方法
本站设2道换撑,换撑设在站台层内衬墙上,随结构施工倒换。
本车站钢支撑架设时,已考虑钢支撑的换撑长度,钢支撑整体拆除后,卸掉换撑节钢管后重新拼接,检查法兰连接高强度螺栓是否松动、变形,并进行复拧和替换。
再次量测拼接好的钢支撑的长度,检查无误后做好标记等待架设换撑。
架设换撑的方法和架设支撑的方法相同,即首先凿出内衬墙上的钢板,焊接钢牛腿,架设换撑。
3.3.3换撑拆除方法
换撑是在站台层框架内部进行的,当底、中板砼达到设计强度后拆除,因换撑已被隔在站台层封闭结构内部,所以在施工中板时,在中板上要预留2个吊放换撑的孔洞或预埋吊环,以便用葫芦吊吊放换撑,当换撑吊至底板后,在底板拆除螺栓,分节用葫芦吊拉至中板未封闭处再用吊车吊至地面。
四、 土方开挖方案
4.1 水平与垂直运输方案
水平均采用汽车运输,基坑开挖土方采用小挖机配合长臂挖机施工,16米以下土方采用小挖机配合50T吊车垂直运输,支撑架设及开挖阶段材料运输采用吊车吊装,主体材料下基坑采用50T吊车和龙门吊进行垂直运输。
根据车站开挖区域的工程地质、水文地质、施工场地条件等情况,综合考虑工期要求、施工总体安排、主体结构施工等各种因素,确定开挖方法,按照“分段分层、由上而下、及时支撑”的原则,将整个基坑划分为8个结构段进行开挖(详见基坑开挖分段图)
车站南区基坑分20个施工段,从南往北开始开挖;北区基坑分4个施工段,从北往南开始挖土;换乘节点为独立小基坑,直接分层往下开挖。
基坑开挖分段:
每一段开挖从上到下分层进行,放坡开挖,分为五层六步进行开挖,开挖步序为:
(详见基坑开挖分步图图4-1)
图4-1基坑开挖分步图
第一步:
开挖至第一道砼支撑底处,破除内侧导墙,进行冠梁及第一道砼支撑梁的施工;
第二步:
开挖至第二道钢支撑底0.5m处,掏槽架设第二道钢支撑;
第三步:
开挖至第三道钢支撑或砼支撑底0.5m处,掏槽架设第三道钢支撑;
第四步:
开挖至第四道钢支撑0.5m处,掏槽架设第四道钢支撑;
第五步:
开挖至第五道钢支撑底0.5m处,掏槽架设第五道钢支撑;
第六步:
开挖至基坑底,施做垫层、防水层及底板。
4.2开挖台阶设置
基坑开挖竖向分层时以支撑架设的竖向位置为基本层高,每层的水平距离(即开挖台阶长度)以三分之一段长为宜,但当开挖越来越深(开挖至主体结构第三、四层时),台阶长度从上到下应依次加长,台阶坡度依次变陡。
每开挖一层依次遵循此原则,基坑断面在任何开挖阶段均保持台阶形式直至开挖完毕。
这样做的好处在于:
开挖高度不高有利于挖掘机械倒运作业;遵循“短开挖、急支护”的深基坑开挖原则,对架设支撑提供便利条件;有利于待开挖土体的稳定,同时也有利于基坑开挖的安全施工。
4.3开挖及出土方法
8米以上土方开挖每个工作面采用两台PC220进行直接开挖,一台小挖机配合掏土。
装车外运;8m以下土方采用坑内小反铲转运,长臂反铲,自卸汽车外运土方至弃碴场。
本车站基坑开挖具体施工控制参数如下:
纵向分段长度为一个结构流水段长加4米,竖向分层厚度为每层2米;横向分块为左、中、右三块,先挖中块后挖左右块;基坑土方开挖临时坡度在有效降水的前提下,测定其土体稳定磨擦角放坡,临时放坡缓于1:
3,并且放坡高度每4米留6—8米的减载平台;在支撑架设层以支撑标高下50cm作为每层开挖分界线。
处理好开挖和支撑的关系,支撑开挖出来后8小时内完成支撑架设并施工加预应力,先支后挖、限时封底做好底板后才能继续开挖下一段底板土方。
基坑上部采用挖掘机进行施工,中部采用长臂挖掘机进行,小型挖掘机翻土配合挖土,在深基坑处,采用小挖掘机翻土、挖土,;基坑底面以上30cm厚土方采用人工开挖。
土方开挖施工见图4-2所示。
图4-2土方分层开挖施工示意图
4.4开挖注意事项
⑴开挖纵向刷坡,随挖随刷坡,刷坡坡度在基坑允许开挖边坡坡率以内。
为确保开挖边坡的稳定及安全性,初步拟定采用1:
3的边坡;在每一层之间设置宽度约12米(5根支撑)的台阶。
⑵在开挖至基底300mm时,派专人负责控制标高严防超挖。
本站底板梁部分下翻梁沟槽由人工开挖成形。
⑶开挖过程中对连续墙接缝等薄弱处设专人监视,若出现少量渗漏水及时封堵处理,先堵漏后开挖,防止渗漏点扩大。
⑷为确保基坑稳定,开挖至基底后,迅速施工接地网工程,并在垫层施作完后5天之内将钢筋砼底板浇筑完毕。
⑸开挖过程中设专人及时绘制地质素描图,当基底土层与设计不符时,及时通知设计、监理处理。
当开挖有文物出现时,立即停止开挖,保护好现场,及时通知监理及相关部门进行处理。
(6)分段开挖两段之间设截流沟和排水沟,地下渗水及雨水及时泵抽排走。
(7)开挖过程中,按既定的监测方案对基坑及周围环境进行监测,及时反馈监测信息指导施工,严格控制连续墙变位在允许范围内。
(8)基坑开挖允许偏差与检验方法见下表。
基坑开挖允许偏差与检验方法
序号
项目
允许偏差(㎜)
检验频率
检验方法
范围
点数
1
坑底高程
+10,-20
每段基坑长50米
5
用水准仪
2
纵横轴线
50
2
用经纬仪,纵横项各侧
3
基坑尺寸
不小于设计
4
用尺量,每边各计一点
4
基坑边坡
设计的5%
4
用坡度尺量
五、 施工机械配备和劳动力组织
5.1施工机械设备组织
土方开挖及支撑安装设备配置情况
土方开挖两个工作面,每个工作面投入2台PC220挖掘机、4台0.3m3小型挖掘机、2台长臂挖掘机组织基坑土方分阶段开挖。
上部土方采用PC220挖掘机开挖,下部土方采用长臂挖掘机+小型挖掘机翻土配合开挖。
支撑安装采用2台50T履带式吊机进行拼装作业;支撑轴力预加设备配2套。
施工主要设备配置情况表
序号
设备名称
规格型号
数量
额定
功率(KW)
生产
能力
用于施
工部位
备注
1
履带式吊机
KH180
2台
50T
挖土、主体结构
2
挖掘机
PC220
2台
1.0m3
基坑开挖
3
长臂挖掘机
PC300
2台
基坑开挖
4
小挖机
0.3m3
12台
0.3m3
基坑开挖
5
自卸汽车
DF15T
20台
15T
基坑开挖
6
双液变量注浆泵
SYB-60/5
1套
基坑开挖
7
空压机
3.0m3
6台
3.0m3
破除砼
8
交流电焊机
BX-400
20台
27KVA
钢筋加工
9
直流电焊机
AX-320-1
3台
14KW
钢筋加工
10
汽车吊
25T
4台
25T
材料调运
11
组合千斤顶
2×200
4套
支撑安装
12
履带吊
50T
4台
50T
支撑安装
5.2施工人员组织
劳动力实行动态管理,本车站高峰期计划投入263人。
施工队专业技术工人数比例控制在75%以上。
六、施工进度计划
主要项目施工进度指标详见下表。
基坑土方开挖上层土方500m3/天.工作面
下层土方300m3/天.
七、质量、安全及文明施工措施与要求
7.1基坑开挖与支撑架设允许偏差与检验方法
基坑开挖允许偏差与检验方法
序号
项目
允许偏差(mm)
检验频率
检验方法
范围
点数
1
坑底高程
+10,-20
每段基坑或长50米
5
用水准仪
2
纵横轴线
50
2
用经纬仪,纵横向各侧
3
基坑尺寸
不小于设计
4
用尺量,每边各计一点
4
基坑边坡
设计的5%
4
用坡度尺量
钢支撑安装允许偏差见下表
项目
钢支撑轴线竖向偏差
支撑曲线水平向偏差
支撑两端的标高差和水平面偏差
支撑挠曲度
横撑与立柱的偏差
允许值
±30mm
±30mm
≤20mm、≤1/600L
不大于1/1000L
≤30mm
7.2防支撑失稳措施
⑴基坑开挖过程中,要边开挖边架设钢支撑,支撑连接处要可靠,预顶力要符合设计要求,确保支撑体系稳定。
⑵施工时严格控制钢支撑各支点的竖向标高及横向位置,确保钢支撑轴力方向与轴线方向一致。
⑶支撑拼接采用扭矩扳手,保证法兰螺栓连接强度。
拼接好支撑须经质检工程师检查合格后,方可安装。
⑷对千斤顶、压力表等加力设备定期校验,并制定严格的预加力操作规程,保证预加轴力准确。
⑸加力后对法兰螺栓逐一检查进行复拧紧。
⑹当支撑轴力超过警戒值时,立即停止开挖,加密支撑,并将有关数据反馈给设计部门,共同分析原因,制定对策。
7.3防边坡失稳措施
⑴分层开挖,层间设台阶,每层开挖边坡坡率根据地质情况按规定放坡,必要时坡面喷射砼,保证边坡稳定。
⑵在基坑四周及基坑内层间设置完善通畅的排水系统,保证雨季施工时地表水、基坑汇水及时抽排。
⑶密切观测天气预报,暴雨或大雨来临前,停止开挖,立即对边坡进行覆盖防护。
同时,指派专人加强监护,及时抽排基坑内外汇入排水沟内的水,尽量减少基坑积水,确保基坑安全。
7.4防止可能液化的措施
⑴基坑降水是开挖前的关键保证措施。
开挖过程中,降水井水位始终要保持低于基底以下2m。
⑵产生较大震动的设备要设减震底座。
⑶基坑周边上不设过重堆载。
⑷暴雨过后,及时将地面及坑内积水排除。
7.5控制围护结构的变形
⑴定期校核加力设备,采取措施减少预应力损失,确保钢支撑轴力施加准确,控制地下连续墙变形。
⑵支撑架设紧随开挖进行,实行掏槽开挖,减少土体暴露时间,控制围护结构初期变形。
⑶严格监控量测,实行信息化指导施工,确保基坑开挖过程中支撑轴力、连续墙变位始终处于受控状态。
⑷对涌泥流沙、基底隆起现象严密监视。
⑸提前准备相关应急物资的储备。
7.6基坑隆起
⑴在基坑周边市政上水管线预留大口径出水接口(阀门),并接管路到基坑周边;
⑵为了防止大面积停电的突然发生以及现场电路系统故障,降(压)水井采用双电源保证措施,确保在基坑开挖过程中降(压)水正常连续;
⑶降(压)水井井位设在支撑附近,基坑开挖时注意保护降水井管;
⑷土方挖到标高时应减少暴露时间,随挖随浇灌混凝土垫层,加快基坑底板的施工进度,防止坑内浸水;
⑸当基坑土回弹变形过大有突涌现象时,立即停止基坑开挖,启动所有降(压)水井抽水,就近采用一切材料(土方、砂、石、水泥、砼等)对该部位进行回填堆载;
⑹打开接通市政上水管出水阀门或沟通一切市政公用管线(雨水、污水)向坑内注水;
⑺若采取以上措施仍未能有效控制基坑隆起(突涌),立即向上级(当地)部门求援,并对周边群众进行疏散。
7.7安全文明施工措施
1、“安全生产、预防为主”,加强对现场危险源的检查与控制,加强对支撑系统及基坑的应力与变形监测。
2、作业人员上岗前必须接受安全教育,施工现场必须执行月安全教育制度。
3、健全安全保障系统,成立安全领导小组、设有专职安全员、班组设有兼职安全员。
监督执行有关规章制度、检查事故隐患。
4、进入工地必须戴好安全帽及其他劳防用品、佩戴工作卡,按照项目部要求统一穿着工作服。
管理人员和作业人员以颜色区分。
坚持班前班后会议制度和每周一次的安全生产日活动。
5、场内机械停放整齐,材料堆码有序,施工便道通畅,各种线路清晰不乱。
对危险的施工区域及设施设置醒目的警示牌。
夜间照明充足。
车站施工有良好的通风条件及便利的上、下楼梯。
各工序衔接井然有序,工人操作标准化、规范化和制度化。
6、环境卫生:
大门口设洗车槽,设专人对出入车辆冲洗。
施工现场及生活区设专人打扫卫生,清理垃圾。
生活垃圾集中纳入城市垃圾处理系统。
7.8环保措施
1、淤泥、污水排放管理:
淤泥和废浆定点堆放,采取必要的固化措施后及时外运,并做到泥浆不乱溢,淤泥不乱遗。
淤泥外运严格遵守市政府有关规定,运泥车一次不能装得过满,并加篷布遮盖,在出发前认真冲洗。
附图1 土方开挖详图及围护结构支撑纵剖面图
附图2 围护结构支撑平面图
交底单位
交底人
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