临近既有高铁多种围护结构深基坑施工工法.docx
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1、临近既有高铁多种围护结构深基坑施工工法1.前言随着城市化建设的不断推进,城市轨道交通的发展也随之扩大,邻近运营轨道交通的深基坑工 程不断涌现。在紧邻既有高铁下穿地铁盾构深基坑施工中, 基坑施工涉及既有铁路线的保护和转线,基坑围护也需结合其特点进行设计和施工组织, 有别于以往单体工程,对深基坑施工形成新的挑战,促使相应的施工工艺应运而生,在特殊地质条件临近既有高铁深基坑施工中,常常遇到深基坑 围护结构的强度与刚度要求高;深基坑变形控制难度大;后期盾构机穿越围护结构效率低等技术难题等一系列问题。新建杭州南站超大深基坑工程,基坑呈长方形型,总面积为 3574m2 ,基坑西侧边缘距离杭甬临 时正线线路
2、中心线约 9m; 基坑东侧为杭长铺轨基地, 东南角有 1 号牵引变电站和输电线, 牵引变电站距离最近的桩基施工约 24.6m,施工地形十分复杂。中铁三局集团有限公司自 2014 年开始依托新建杭州南站超大深基坑工程进行临近既有高铁多种 围护结构深基坑施工技术的研究与应用,通过在实践中细致而详细地分析、论证,克服了工期带来 的压力及环境因素的影响,从根本上解决了临近既有高铁深基坑施工关键工序中的技术难题,研究 应用了临近既有线内插超长 H 型钢 SMW 工法桩施工技术、地铁盾构区间范围基坑围护玻璃纤维筋钻 孔桩施工技术、深基坑组合内支撑高效施工技术、深基坑同层双榀大直径钢管与双拼超高 H 型钢腰
3、 梁组合支撑施工技术等一列施工工艺,有效提高了深基坑围护结构的强度与刚度,满足了临近高铁 超大深基坑变形控制标准,同时确保盾构机能够安全、顺利穿越围护结构,保证了关键工序的施工质量,对今后同类型工程具有切实的指导意义。目前,本工法已成功应用于新建杭州南站超大深基坑施工建设,其核心技术的市场竞争力强,专项技术在右平高速公路、京新高速公路等多个项目应用,关键技术通过山西省科学技术厅组织鉴 定,达到“国际先进”水平 ,以本技术为核心的科技成果“临近既有高铁多种围护结构深基坑施工 技术”获得 2016 年度中国铁路工程总公司科学技术一等奖,QC 成果“提高同层双榀大直径钢管支 撑安装定位一次性合格率”
4、荣获 2017 年度全国工程质量建设优秀 QC 成果一等奖,并获得国家实用新型专利 2 项。2.工法特点2.1 研究采用超常规桩径(1m)、超长桩长(33.7m)、 内插超长 H 型钢(34.7m)的 SMW 工法 桩,形成内插超长 H 型钢 SMW 工法桩施工技术,提高了深基坑围护结构的强度与刚度,保证了既有线的运营安全;2.2 在盾构穿越基坑钻孔桩围护结构区域,采用玻璃纤维筋替代钢筋,实现了盾构机安全、顺利穿越围护结构,降低了施工扰动;3、首次研究采用了同层双榀大直径( 850mm)钢管支撑,特制双拼超高(1m)H 型钢腰梁内支撑结构,满足了临近高铁超大深基坑变形控制标准;2.3 钢管内支
5、撑采用分段加工,可根据基坑大小自行拼装使用,增大了二次循环使用率,环保节能效益显著;2.4 顶层钢筋混凝土支撑的拆除采用了金刚绳混凝土切割技术,不受钢筋混凝土支撑截面形式影响,切割速度快,减少了拆除时产生的振动。2.5 自主研发了一种带长度标尺及角度限位装置的钢筋弯曲设备,将钻孔桩钢筋笼连接时钢筋 预弯长度和角度测量的控制融为一体,解决批量生产过程中的钢筋预弯角度不一致的问题,保证钢筋预弯精度。3.适用范围适用于公路、铁路临近既有线路深基坑施工,也可为其他基坑施工提供技术参考。4.工艺原理4.1 本工程深基坑围护结构桩基采用超常规 SWM 工法桩+玻璃纤维筋钻孔桩(地铁穿越范围)+ 高压旋喷桩
6、止水帷幕联合支护的形式,采用超常规桩径(1m) 、超长桩长(33.7m) 、 内插超长 H 型钢(34.7m) 的 SMW 工法桩,提高了深基坑围护结构的强度与刚度。通过控制三轴搅拌桩机钻头 的下沉速度,采用重复套钻施工,满足 SMW 工法桩桩身的连续性和接头的施工质量,达到设计的防渗要求,保证基坑围护的稳定性,减少对既有线的扰动。4.2 地铁穿越基坑范围内围护桩采用玻璃纤维筋钻孔桩围护结构,为地铁 5#线区间施工预留了通道,盾构机能够直接采用盾构刀盘切除围护桩掘进,避免后期对支护桩的处理。4.3 深基坑内支撑采用钢筋混凝土支撑与钢管支撑组合形式(见图 4.3) ,顶层钢筋混凝土支撑与下层同层
7、双榀大直径钢管(850mm)特制双拼超高(1m)H 型钢腰梁组合支撑相结合,确保截水沟 0.3*0.410cm厚C20 10cm厚C20网喷混凝土-3.100-3.900网喷混凝土 -4.000第一道混冠梁 1.2*1斜抛钢倒撑凝土支撑第二道支撑粉土腰梁0.93X1吊筋-11.000淤泥质 粘土 12.700 高压旋喷止水帷幕 0.80.55高压旋喷止水 帷幕0.80.5511.2 11.2斜抛钢倒撑 -16.200 -1 2 .2 0 0 - 杂填土粉质粘土 - .7 0 0 截水沟 0.3*0.4 灌注桩粘土工程桩0.85整体支撑体系的稳定性,钢支撑可提前在预制场进行预制,可用吊车直接吊装
8、,加快了拼装和拆卸的速度,减少了施工振动对既有线铁路运行的影响。 桩坑底加工程桩0.85 工程桩0.85 高压旋喷 固 地铁5号线 区间 地铁5号线区 临时立柱桩 0.85桩长 50米临时立柱桩 0.85桩长 50米间 A1型钻孔A1型钻孔灌注图 4.3 临近既有线深基坑组合内支撑设计断面图4.5 钢腰梁牛腿支撑安装时,根据围护桩种类选择不同的安装方式,SMW 工法桩可直接在 H 型 钢表面焊接牛腿(见图 4.5-1) ,其他则在围护桩表面植入膨胀螺栓安装牛腿(见图 4.5-2) ,有效减低了施工成本。图 4.5-1 H 型钢表面直接焊接牛腿支撑 图 4.5-2 植入膨胀螺栓安装牛腿支撑4.6
9、 在同层双榀大直径钢管支撑交叉点处设置临时钢立柱(见图 4.6-1) ,并焊接槽钢牛腿托架(见图 4.6-2),确保钢管支撑稳定性。图 4.6-1 临时钢立柱位置示意图 图 4.6-2 钢管支撑牛腿支撑结构示意图4.7 在顶层钢筋混凝土支撑拆除时,采用金刚绳混凝土切割技术,有效降低了施工扰动;下层 钢管支撑钢管内支撑采用分段加工,可根据基坑大小自行拼装使用,增大了二次循环使用率,环保节能效益显著。5.施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程(见图 5.1)5.2 关键工序施工工艺及操作要点5.2.1 临时排水沟为防止雨水倒灌基坑,在基坑外侧修临时排水沟,断面尺寸 0.80.6m,表面采用 M
10、7.5 砂浆抹面,厚度 3cm,及时将地面水排除。5.2.2 临近既有线内插超长 H 型钢 SMW 工法桩施工1 研究采用超常规桩径(1m)、超长桩长(33.7m)、内插超长 H 型钢(34.7m)的 SMW 工法桩, 形成内插超长 H 型钢 SMW 工法桩施工工艺,具体施工工艺流程为:施工准备测量放线平整场地 三轴搅拌桩机就位钻头反复下沉提升水泥浆压入插入 H 型钢下一组桩H 型钢拔除后循环使用。2 施工准备1)施工准备与测量放线(1)机械进场前对搅拌桩施工区域内地表淤泥、杂物进行清除及场地平整,加固做到地基坚实 平整,保证道路平整、畅通,施工场地以能行走 50t 大吊车为准。施工前作好管线
11、保护,清理障碍 物,然后铺设导木,安装导轨,在导轨上安装底盘(底盘上下为钢板中间夹槽钢焊成),并临时固定,在底盘上搭设塔架。塔架拼装完成后利用塔架进行深层搅拌桩机吊装, 同时安装灰浆制备系统临时排水沟施工内插超长 H 型钢加工玻璃纤维筋钢筋笼加工开挖基槽施工冠梁开挖至第二道钢支撑底标高开挖到基底标高施工防水、侧墙、至第一道支撑底待侧墙混凝土达到设计强度包括工作平台、制浆设备及泵送设备、灰浆流动制备站。做好管线连接工作,最后进行机械调试。施工准备测量放样大孔径 SMW 工法桩施工玻璃纤维筋钻孔桩施工 (地铁盾构区间范围)高压旋喷桩止水帷幕施工第一道钢筋混凝土支撑安装第二道钢腰梁和支撑(同层双榀
12、大直径钢管与双拼超高 H 型钢腰梁)围护桩之间网喷混凝土拆除第二道支撑及腰梁施工主体结构临时钢倒撑施工拆除第一道支撑(采用金刚 绳混凝土切割技术)注:各工序详细施工工艺流程见 5.2 关键工序施工工艺及操作要点图 5.1 临近既有线多种围护结构深基坑施工工艺流程(2)根据坐标基准点,按设计图放出桩位,并设临时控制桩,填好技术复核单并验收。2)导沟开挖及定位型钢安放(1)开挖导沟:施工前沿基坑围护内边线开挖导沟,并清除地下障碍物,开挖导沟所产生的弃土及时清理,保证 SMW 工法桩正常施工,并达到文明工地要求。(2)定位型钢放置:垂直导沟方向放置两根定位型钢,规格为 200200,长约 2.5m,
13、再在平行导沟方向放置两根定位型钢规格 300300,长约 22m。(3)用卷扬机和人力移动搅拌桩机到达作业位置,并调整桩架垂直度达到 1%以上。桩机移位由 当班机长统一指挥,移动前必须仔细观察现场情况,移位要做到平稳、安全。桩机定位后, 由当班机长负责对桩位进行复核,偏差不得大于 20mm。(4)桩机垂直度校正在桩架上焊接一半径为 5cm 的铁圈,10m 高处悬挂一铅锤,利用经纬仪校直钻杆垂直度,使铅 锤正好通过铁圈中心。每次施工前必须适当调节钻杆,使铅锤位于铁圈内,即把钻杆垂直度误差控制在 0.5%内。采用 0.4m3 挖机开挖导沟,沟槽宽度为 1m,深度为 0.6m。为确保桩位以及为安装
14、H 型钢提供导向装置,平行沟槽方向放置两根 300mm 工字钢,定位型钢上设桩位标志和插 H 型钢的位置。3 三轴搅拌机钻孔1)三轴搅拌机校正三轴搅拌机就位后要保证机械摆放平稳,首先用线锤对立柱导向架的垂直度进行校核以确保成 桩垂直度符合设计要求,立柱导向架垂直度不超过 1/250,成桩垂直度偏差不超过 1/200。然后利 用全站仪对搅拌机钻孔的位置进行复核,桩位位置偏差不大于 20mm。操作人员根据确定的位置严格 控制机械的移动,保证钻孔轴心就位不偏, 同时控制钻孔深度的达标,利用钻杆和桩架相对定位原理,在钻杆上划出钻孔深度的标尺线。2)搅拌、注浆(1)制备水泥浆:钻头预搅下沉的同时,按水泥
15、掺量为 20%、水灰比 1.21.5 采用 P.O42.5 水泥 制备水泥浆,每次投料后拌合时间不得少于 3min,待压浆前将浆液倒入存浆桶中。在水泥浆液中加0.51.0高效减水剂, 以减少水泥浆液在注浆过程中的堵塞现象。(2)预搅下沉:待三轴搅拌机的冷却水循环正常后,启动三轴搅拌机钻头搅拌下沉,如果下沉速 度太慢,可从输浆系统补给清水以利钻进。严格控制钻头下沉与提升速度,并保持匀速下沉或提升, 提升时不应在孔内产生负压造成周边土体的过大扰动,设计要求搅拌下沉速度为 0.30.8m/min,搅拌提升速度控制在 1.0m/min 以内。为减少对既有线的扰动,三轴搅拌桩机根据不同深度、不同地质采用
16、不同的钻头下沉速度,从H8503001731型钢顺序-2 顺序- 顺序-4而确保营业线运营安全。具体做法见表 5.2.2:大型三轴搅拌桩机下沉速度控制表表 5.2.2高程(m)土质钻头下沉速度(m/min)0.0-1.2杂填土0.30.4-1.2-2.5粉质粘土0.40.6-2.5-3.7粉土0.30.5-3.7-27.5淤泥质粘土0.50.7-27.5-34.7粉土0.60.8注:0.0m 为 SMW 工法桩桩头顶面。在施工过程中,加强对既有线的监测,如果出现数据变化异常及时分析原因,调整钻头下沉速 度。另外在桩底部分适当持续搅拌注浆,搅拌次数和搅拌时间应能保证水泥土搅拌桩的成桩质量。施工时
17、做好每次成桩的原始记录。(3)喷浆、搅拌、提升钻头搅拌下沉到设计深度后,开启水泥浆泵,待浆液到达喷浆口,再严格按设计确定的提升速度边喷浆边提升钻头。(4)重复搅拌三轴搅拌机钻头喷浆提升至设计顶面标高后,为使软土和浆液搅拌均匀,再次将钻头边搅拌喷 浆边下沉,至设计深度后,再严格按设计确定的提升速度提升钻头至地面。对于地表以下 5m 至 15m 范围应多次复搅,复搅次数不得小于 2 次,且应采用多次喷浆,同时施工中注意控制下沉及提升速度并注意孔底重复搅拌。3)施工顺序为保证 SMW 工法桩的连续性和接头的施工质量,达到设计的防渗要求,主要依靠重复套钻来保证, 图 5.2.1-1 阴影部分为重复套钻
18、。顺序-3顺序-51=12m连接钢板850*30mH型钢接头焊缝单位:cm连接板大样图 5.2.2-1 SMW 工法桩施工顺序图 图 5.2.2-2 H 型钢连结示意图4 型钢施工1)型钢加工:型钢在场内焊接,接长至设计长度,具体接长如图 5.2.2-2。2)H 型钢涂刷减摩剂:型钢表面应进行清灰除锈处理,并在干燥条件下,涂抹经过加热融化的减 摩剂,厚度以 2mm 为宜,减摩剂涂刷要足量、均匀,特别是转角部位要涂刷到位。完成涂刷后的型 钢在搬运过程中应防止碰撞和强力擦挤。减摩材料如有脱落、开裂现象应及时修补。浇注冠梁时埋在内部的 H 型钢必须采用牛皮纸、塑料薄膜将其与混凝土隔离,否则将会影响以
19、后拔出。3)型钢插入(1)型钢起吊前在型钢顶端 150mm 处开一 中心圆孔,孔径约 100mm,装好吊具和固定钩,根据高程控制点及现场定位型钢标高选择合理的吊筋长度及焊接点,控制型钢顶标高误差小于 50mm。(2)吊车起吊型钢时,保证型钢在起吊过程中不变形。(3)在施工导沟上设置 H 型钢定位卡,固定插入型钢的平面位置。型钢定位卡必须牢固、水平, H 型钢就位后,通过定位装置控制 H 型钢中心位置及方向,而后将 H 型钢底部中心对准桩位中心并 沿定位卡徐徐垂直插入水泥土搅拌桩内,使用全站仪或线锤控制型钢插入垂直度,靠型钢自重将型 钢插入搅拌桩内。在孔口设定向装置,型钢插到设计规定深度,然后进
20、行换钩,使 H 型钢脱离吊钩,固定在导沟两侧铺设的定位型钢上直至孔内的水泥土凝固。(4)型钢依靠自重插入, 当型钢插入有困难时,可采用辅助措施下沉(挖掘机进行送压或采用 振动锤振动下沉),严禁采用多次重复起吊型钢并钩下落的插入方法。型钢的插入宜在搅拌桩施工 结束后 30min 内进行,必须在成桩后 4h 内完成,插入前必须检查其平整度和接头焊缝质量,并满足设计要求。4)型钢拔出:采用 1 台 50 吨汽车吊车配备一组千斤顶(型号 QD-400T 千斤顶)。操作人员 4 人, 型钢拔出采用千斤顶设置抬梁,通过冠梁作为支撑, 吊车辅助进行。拔出 H 型钢时,采用专用夹具 及千斤顶以圈梁为反梁起拔回
21、收 H 型钢。 回收 H 型钢后,用水泥浆及细砂加压填充 H 型拔出后的空隙,减少对邻近既有线和建筑物的影响。5)空隙处理:拔出型钢后搅拌桩内的空隙,及时采用压密注浆回填处理,注浆选用10mm 钢管 顺水泥土壁插入桩底,钢管采用焊接。注浆材料采用细砂掺加 0.51.0高效减水剂及 37膨 润土,水灰比控制在 1:1,通过高效减水剂及膨润土调整水泥砂浆的流动性。注浆时采用压力不小于 1.0Mpa 的注浆泵进行注浆,确保空隙密实。6)型钢的拔出应在相邻站房地下结构施工完成并达到设计强度,且另一侧基坑开挖到坑底后方可进行拆除;先进行两基坑之间隔墙拔出、在进行站房东侧拔出,最后既有线侧拔出。7)在设置
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