深基坑坑中坑开挖及回填施工技术

作者:龚可军 曾政 李宁宁 黄世佳 高杰
单位:中建科工集团有限公司
摘要:深基坑坑中坑土方施工时,施工工艺选择和施工部署不合理常造成一定程度的安全、质量事故,社会负面影响较大。根据相关规范要求,结合驻马店农产品展示交易中心项目深基坑施工实例,对坑中坑土方施工进行分析和探讨,并为提高深基坑坑中坑及狭小基坑施工质量、缩短工期、降低成本、确保施工安全等提出建议。
关键词:基坑工程 深基坑 坑中坑 开挖 回填
作者简介:龚可军,助理工程师,E-mail:807467286@qq.com;

 

1 工程概况

驻马店农产品展示交易中心项目位于驻马店驿城区开源大道与城西大道交叉口西侧,总建筑面积约12.35万㎡,建筑高度26.45m。

深基坑位于项目南侧剧场位置,其中大基坑面积约4 500m2,基础顶标高-6.200m;坑中坑为剧场舞台台仓部分,面积1 028m2,基础顶标高-15.200m(见图1,2)。剧场基础采用抗浮锚杆+筏板基础,地下水稳定水位埋深0.4~1.4m,基坑工程设计等级为二级,采用管井降水及复合土钉墙支护(土钉+预应力锚杆支护),如图3所示。

图1 深基坑位置

图1 深基坑位置

 

图2 坑中坑平面位置

图2 坑中坑平面位置

 

图3 坑中坑开挖后剖面

图3 坑中坑开挖后剖面

 

2 施工重难点分析

2.1 坑中坑出土困难

剧场地下室大基坑开挖至设计坑底标高后,舞台区域台仓部位需继续向下开挖形成局部小深坑,由于坑中坑面积狭小,深度深,且周边均为筏板基础,要尽可能减少对原土扰动,因而出土难度大。

2.2 坑中坑回填难度大

1)回填料运输困难坑中坑肥槽最大回填宽度5.2m,坡底狭小处为20~30cm,且工期紧,大面开挖6m后需及时进行坑中坑周边降水井、抗浮锚杆施工,回填料运输困难。

2)回填质量难控制肥槽作业面小,大型施工机具无法操作压实。设计要求压实系数为0.94,且采用传统方法2∶8灰土回填,自然沉降后会在结构垫层、边坡与灰土之间形成空隙,易造成防水卷材破坏。若选择级配砂石回填,利用蛙式打夯机等小型机具夯实,边坡底部狭窄处回填质量仍较难控制。

3)回填方案不当易影响结构安全肥槽在地下主体结构施工完成后进行回填,相关研究表明,在较大回填水平荷载作用下,建筑物可能因水平抗力不足而发生外墙开裂、破坏。若回填材料选择不当或夯实机械超载过大,则易造成地下室外墙开裂,严重时将导致外墙破坏,即使施工阶段未出现问题,也给建筑物在使用期间留下安全隐患,本项目坑中坑边坡回填过程需严格控制。

2.3 基坑边坡支护混凝土破除危险性大

基坑底面筏板基础、地下室侧墙及边坡混凝土护壁将基坑边坡围成封闭的倒梯形水池,因此回填前需将边坡护壁混凝土破除,便于肥槽内地表滞水外流。但基坑支护及护壁破除时会影响边坡整体稳定性,若操作不当,将引起周边边坡滑坡,导致安全事故。

2.4 坑中坑边坡范围内抗浮杆施工难度大

坑中坑边坡开挖范围内的抗浮锚杆间距1.8m,共计305个,数量较大。若提前施工,则坑中坑边坡范围土方开挖时将导致抗浮锚杆破坏;若坑中坑肥槽回填后施工,此时周边基础结构已完成,施工操作面不便,且级配砂石回填后,锚杆钻孔难度较大,易塌孔。

3 施工关键技术

3.1 坑中坑土方开挖

基坑开挖前8~10d开始降水,遵循“密井降水,提前降水,慢降缓降”原则,优先开挖-6.200m标高大基坑,预留0.5m不挖,然后同步施工坑中坑(台仓)周边及边坡内抗浮锚杆和降水井,待坑中坑(台仓)周边抗浮锚杆及降水井完成后再开挖坑中坑。坑中坑开挖分块进行,施工过程严格实行分层分段开挖,上一层土钉注浆完成并达到一定养护时间后再进行下层土方开挖,最后进行清槽和坡道挖除。为保障坑中坑周边基础不受扰动或减小扰动面积,利用12t长臂挖掘机进行最后清槽土及坡道挖除(见图4,5)。基坑开挖和支护施工过程中对支护结构、周边道路及建筑进行变形监测和现场巡视。

图4 标高-6.200m基坑开挖方向

图4 标高-6.200m基坑开挖方向

 

3.2 优先坑中坑周边、边坡内抗浮锚杆施工,增加护坡

基坑大面开挖至-6.2m时,预留0.5m立即进行坑中坑(台仓)周边、边坡内抗浮锚杆和降水井施工,一方面借助周边抗浮锚杆,形成直径150mm微型混凝土灌注桩,加强坑中坑边坡支护;另一方面,提前施工坑中坑周边及边坡范围的抗浮锚杆,提供良好工作面进行施工操作,同时避免后期施工对边坡稳定性的影响。边坡开挖范围内抗浮锚杆,采用小挖机结合人工分层分段开挖、修坡。

图5 标高-15.200m基坑开挖方向

图5 标高-15.200m基坑开挖方向

 

3.3 坑中坑土方回填

剧场地下室为劲性柱钢筋混凝土框架结构,地上为钢框架结构,因此基础承重荷载较大,对回填压实要求较高。

考虑坡底狭窄、回填料运输难度大、坡底筏板基础防水卷材成品保护困难等因素,采取如下回填方案:(1)基坑坡底向上2m范围内采用毛石混凝土浇筑;(2)剩余回填料施工过程中,对承载荷载较大的劲性柱下卧基础采用毛石混凝土回填,下卧柱基间筏板进行级配砂石回填。在保证劲性柱地基承载力的同时,减小回填水平荷载对坑中坑结构侧墙的作用,避免建筑物可能因外墙水平抗力不足而发生开裂、破坏(见图6)。

3.4 基坑边坡支护混凝土破除

回填范围材料处于护壁和坡底混凝土构成的封闭空间内,下雨后易形成封闭水池,因此在不破坏基坑边坡稳定性的前提下,级配砂石回填前需破除边坡混凝土护壁。

结合项目边坡支护结构形式,利用土钉(预应力锚杆)水平间距1.5m、竖向间距1.6m的空隙,破坏边坡支护混凝土面层,尺寸为1.0m×1.0m,水平间距4.5m,随分层回填施工过程中逐层破除,禁止一次破除完成(见图7)。

4 施工注意事项

1)坑中坑周边有大量抗浮锚杆,抗浮锚杆钻孔完成后应及时进行浇筑,避免下雨导致孔内大量积水,在土钉或锚杆钻孔施工过程中,未浇筑的抗浮锚杆孔内积水沿坑中坑边坡土钉(预应力锚杆)钻孔方向渗漏,造成边坡失稳。

2)出土坡道土方开挖时,提前策划部署土钉(预应力锚杆)施工顺序,优化分阶段开挖顺序,同时考虑预留5m宽操作面给锚杆钻机操作施工。

3)狭窄空间的级配砂石回填采用人工夯实。当采用蛙式打夯机等小型机具夯实时,回填厚度不宜大于20cm,打夯之前对级配砂石初步整平,依次夯打,均匀分布,不留空隙。

5 结语

随着建筑行业不断发展,坑中坑工程项目逐年增多,地质条件复杂多变,基坑开挖深度也越来越深。通过对坑中坑土方开挖、支护施工、结构施工和回填等方面进行分析与探究,提出可行且经济效益高的解决方案,实施效果良好,可为类似项目提供参考。

图6 回填布置

图6 回填布置

 

图7 立面混凝土破除空隙

图7 立面混凝土破除空隙

 


 

 

参考文献[1]许庆宇.高层建筑深基坑土方开挖技术分析[J].中外企业家,2019(24):81.

[2]孙华来.高层建筑深基坑支护施工技术[J].城市住宅,2019,26(8):140-141.

[3]吴明亮.深基坑开挖对相邻浅基础框架结构的影响分析与研究[D].长沙:湖南大学,2012.

[4]李瑞雄,王杰光,赵玲.深基坑回填对有地下室基础的影响分析[J].岩土工程界,2007(6):46-48.
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