溫艷平WEN Yan-ping
(中鐵十二局集團(tuán)第二工程有限公司,太原 030032)
隨著城鎮(zhèn)化的不斷發(fā)展,越來越多的城市修建地下綜合管廊[1],一定程度上緩解了城市交通擁堵,還極大地方便了市政管線的維護(hù)檢修,對提高城市綜合承載力具有重大意義[2]。在綜合管廊修建中大致每100m 會(huì)修建一處低于標(biāo)準(zhǔn)段基底2m 左右的集水池[3],在粉細(xì)砂地層中含水量大,若遇雨季,地下水位會(huì)大漲,導(dǎo)致原有降水設(shè)施不能保證集水池基坑開挖安全。在此“坑中坑”開挖過程中極易發(fā)生基底涌水涌沙,導(dǎo)致基坑變形量增大,甚至發(fā)生坍塌,存在較大的安全質(zhì)量隱患[4]。
眾多專家學(xué)者針對各類地質(zhì)“坑中坑”開挖支護(hù)工藝進(jìn)行了探索。其中陳暢等研究了軟土基坑工程坑中坑支護(hù)設(shè)計(jì)方法[5];薛子龍等探索了復(fù)雜深基坑坑中坑穩(wěn)定性及快捷支護(hù)技術(shù)[6];黃壇邦等采用預(yù)制鋼箱模、沉井等施工方法進(jìn)行坑中坑施工[7];馮曉臘等研究驗(yàn)證了多級(jí)柔性支護(hù)體系下坑中坑懸臂支護(hù)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性[8];梁月利等探索分析了復(fù)雜坑中坑支護(hù)結(jié)構(gòu)施工技術(shù)[9]。如何快速且高質(zhì)量的完成集水池結(jié)構(gòu)的基坑開挖及結(jié)構(gòu)施工,盡快投入到綜合管廊主體結(jié)構(gòu)施工顯得尤其重要,因此,針對粉細(xì)砂含水地層,探索一種綜合管廊集水池開挖支護(hù)新工藝。
鄭州市鄭東新區(qū)綜合管廊位于107 輔道東側(cè)百米綠帶內(nèi),北接規(guī)劃新龍路綜合管廊,南連七里河北路綜合管廊,干線管廊總長7.15 公里。在綜合管廊修建中大致每一百五十米會(huì)設(shè)置一處低于原基坑標(biāo)準(zhǔn)段基底2m 左右的集水池,開挖深度位于粉細(xì)砂地層中。施工正值雨季,地下水位大漲,現(xiàn)場實(shí)際揭露集水池部位積水較多,在此“坑中坑”開挖過程中極易發(fā)生基底涌水涌沙,導(dǎo)致基坑變形量增大,甚至發(fā)生坍塌,嚴(yán)重影響工期。如何快速高質(zhì)量的完成集水池結(jié)構(gòu)的基坑開挖及結(jié)構(gòu)施工,盡快投入到綜合管廊主體結(jié)構(gòu)施工顯得尤其重要。
通過對以往綜合管廊集水池基坑開挖案例分析,發(fā)現(xiàn)主要存在以下問題:基底涌水涌沙不利于墊層、防水層及結(jié)構(gòu)的施工;基坑作業(yè)面狹小,大型打樁機(jī)械無法施工;放坡開挖,邊坡易受水浸泡侵蝕影響,變形坍塌;集水池基坑開挖影響管廊基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。根據(jù)以往“坑中坑”開挖經(jīng)驗(yàn),通過對基坑開挖工藝進(jìn)行研究,針對粉細(xì)砂含水地層,分析了傳統(tǒng)開挖工藝與新型開挖工藝的優(yōu)缺點(diǎn)。以15.3m×4m×1.5m(長×寬×深)集水池基坑為例,表1 對比分析了兩種開挖方案的工藝對比指標(biāo)。
表1 二次基坑開挖支護(hù)工藝對比情況表
綜合兩種方案、施工成本、工期質(zhì)量、施工工效、操作的便捷性、安全風(fēng)險(xiǎn)及機(jī)械化程度,決定選擇方案二。
前期管廊基坑土方開挖過程中在集水池位置上部1.5m 處增設(shè)第二道鋼支撐加固綜合管廊基坑圍護(hù)鋼支撐。測量放線確定基坑設(shè)計(jì)位置,在集水池兩短邊處布設(shè)兩道真空抽水管路,架設(shè)真空泵持續(xù)抽水。同步在集水池外側(cè)澆筑尺寸為400mm×500mm 的鋼筋混凝土圈梁。圈梁達(dá)到一定強(qiáng)度后,在圈梁下分段分步開挖土方,分段砌筑磚墻。磚墻全部砌筑完成后,開挖全部土方至基底面,然后一次施作集水池結(jié)構(gòu)。圖1 為集水池開挖支護(hù)剖面示意圖。
圖1 集水池開挖支護(hù)剖面示意圖
鋼支撐架設(shè)→測量放線、定位基坑→安放真空抽水管道→真空泵井點(diǎn)抽水→施工鋼筋混凝土圈梁→圈梁下土方分段開挖、分段砌筑磚?!u模封閉后水泥砂漿抹面→澆筑墊層→施作防水層→安裝鋼筋、模板→澆筑集水池結(jié)構(gòu)混凝土。
3.3.1 鋼支撐架設(shè)
綜合管廊基坑開挖見底后,預(yù)先在兩側(cè)鋼板樁距開挖基底標(biāo)高1.5m 位置標(biāo)注集水池基坑開挖中心位置,在鋼板樁該位置安裝800mm 寬鋼圍檁,長度應(yīng)能保證第二道三根鋼支撐的架設(shè)范圍。在鋼圍檁上標(biāo)定三根鋼支撐的中心點(diǎn),保證對向兩點(diǎn)連線垂直于鋼圍檁,三個(gè)鋼支撐兩兩之間的間距均為2.5m。在標(biāo)注點(diǎn)位置焊接鋼托盤。鋼支撐現(xiàn)場拼裝完成后直接吊放安裝,采用標(biāo)定的千斤頂施加軸向壓力,達(dá)到設(shè)計(jì)要求,鋼楔契緊。圖2 為鋼支撐架設(shè)與集水池相對位置平面圖。
圖2 鋼支撐架設(shè)與集水池相對位置平面圖
3.3.2 真空泵抽水
真空井點(diǎn)在集水池基坑兩側(cè)設(shè)置,間距4m,井點(diǎn)孔徑均為130mm,采用2 套真空井點(diǎn)主機(jī)設(shè)備,主機(jī)抽出的地下水采用二級(jí)提升的方式排放,要相應(yīng)配套使用2 套二級(jí)排水系統(tǒng)。濾管采用Φ48mm,壁厚3.0mm 無縫鋼管或鍍鋅管,長2m 左右。井點(diǎn)管采用Φ48mm,壁厚為3.0mm 無縫鋼管或鍍鋅管。連接管為透明管或膠皮管,與井點(diǎn)管和總管連接??偣懿捎忙?9mm 鋼管,壁厚為4mm,用法蘭盤加橡膠墊圈連接,防止漏氣、漏水。高壓水泵采用100TSW-7 高壓離心泵。圖3 為真空井點(diǎn)降水施工圖。
圖3 真空井點(diǎn)降水施工圖
3.3.3 砼圈梁施工
先確定圈梁位置,撒白灰確定淺層土開挖范圍,開挖400mm 深淺層土,收平,以土基為底膜,安裝圈梁鋼筋。鋼筋安裝完成后,兩側(cè)安裝模板,并進(jìn)行加固。頂面靠外邊緣隔1m 豎向預(yù)埋直徑φ80mmPVC 管,做回填口。圈梁澆筑C30 混凝土。
3.3.4 分段砌筑磚模
集水池基坑短邊先開挖,按2m 一個(gè)開挖段,分兩段開挖,對側(cè)同時(shí)開挖,開挖時(shí)耗盡量降低,一次成型,減小對周邊土體擾動(dòng)。開挖完成一段,及時(shí)砌筑磚墻,磚墻采用240 磚墻,內(nèi)外搭接,由基底直至冠梁底,外表面與冠梁內(nèi)側(cè)面齊平。短邊完成后開挖砌筑長邊,按1.5m 為一個(gè)開挖段逐段順序開挖砌筑,兩長邊對角同時(shí)施工。砌筑完磚墻后及時(shí)抹面。通過冠梁預(yù)留孔在磚墻背后空洞處回填砂或注漿。圖4 為集水池開挖支護(hù)圈梁部位示意圖。圖5 為磚墻砌筑施工圖。
圖4 集水池開挖支護(hù)圈梁部位示意圖
圖5 磚墻砌筑施工圖
3.3.5 集水池結(jié)構(gòu)一次施工
磚模施工完成后,及時(shí)墊層澆筑,封閉基底,墊層達(dá)到一定強(qiáng)度后施作防水層。集水池主體側(cè)墻與底板鋼筋一并安裝成型,在內(nèi)部安裝預(yù)制內(nèi)模結(jié)構(gòu),對撐加固。先澆筑底板混凝土,初凝前澆筑側(cè)墻混凝土,交接面進(jìn)行有效振搗。
通過對粉細(xì)砂地層綜合管廊集水池開挖支護(hù)工藝的研究,總結(jié)了一整套新的集水池“坑中坑”開挖支護(hù)施工工藝。采用該工藝,單個(gè)集水池施工時(shí)間為5.5 天,減去與管廊底板同步施工時(shí)間,實(shí)際完成時(shí)間約為4.5 天,大大提高了施工工效,保證了工期節(jié)點(diǎn)。通過現(xiàn)場操作實(shí)施,證明了工藝的安全性、可靠性、可操作性,各集水池基坑開挖質(zhì)量較高,無一發(fā)生基坑坍塌現(xiàn)象,集水池抗?jié)B性能良好。
研究發(fā)現(xiàn),新工藝施工一個(gè)集水池成本僅為11 萬元,對比之前施工同類型集水池成本,平均一個(gè)節(jié)省施工成本5 萬元左右,經(jīng)濟(jì)效益良好。該工藝有效降低了開挖工作面水位,提升了作業(yè)環(huán)境,確保了管廊基坑圍護(hù)樁的穩(wěn)定,降低了事故發(fā)生概率。工藝突出了綠色施工概念,推進(jìn)了城市市政施工的標(biāo)準(zhǔn)化、綠色發(fā)展,得到了顯著的社會(huì)效益。
在集水池兩側(cè)1m 范圍內(nèi)各選取兩個(gè)監(jiān)測點(diǎn),布置鋼筋樁,集水池基坑開挖過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測鋼筋樁位移情況。通過十幾個(gè)集水池成功開挖支護(hù)實(shí)踐,鋼筋樁未有明顯位移情況,最大位移積累未超過5cm。綜上說明:綜合管廊集水池開挖新工藝降水效果顯著,基坑開挖安全可靠。
在集水池兩側(cè)綜合管廊圍護(hù)鋼板樁上分別布設(shè)兩個(gè)位移監(jiān)測點(diǎn),集水池施工過程中采用全站儀每隔兩小時(shí)監(jiān)測鋼板樁收斂變形量。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示,鋼板樁未有特殊大變形情況發(fā)生,圍護(hù)樁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,另外地面建構(gòu)筑物監(jiān)測點(diǎn)未發(fā)生明顯沉降。
通過實(shí)踐研究,成功探索出了一種綜合管廊集水池支護(hù)開挖新工藝,探索了集水池基坑周邊降排水工藝,降低開挖基面水位,減小涌水涌砂對基坑開挖的影響。創(chuàng)新了集水池基坑圍護(hù)措施,降低周邊坍塌風(fēng)險(xiǎn),保障集水池基坑開挖施工安全,提高基坑開挖效率,降低對綜合管廊大基坑的施工影響。
相對于明水設(shè)井抽排措施,真空抽水具有明顯的優(yōu)勢,不僅避免了降水井的留設(shè)對施工及后期結(jié)構(gòu)的影響,而且降水效果明顯,有效解決了開挖工作面積水的問題。集水池等“坑中坑”結(jié)構(gòu)施工時(shí),應(yīng)盡量采取措施將底板與側(cè)墻結(jié)構(gòu)一次澆筑施工,減少施工縫,提高結(jié)構(gòu)抗?jié)B性能。