基坑開挖深度是影響綜合管廊圍護結構設計的一個重要因素。
綜合管廊縱斷面設計時,結構頂板覆土需要考慮道路鋪裝、綠化種植、道路橫向支管穿越、節(jié)點夾層布置等要求,通常覆土在1.5~3m,再加上綜合管廊結構高度、墊層厚度等,標準段的管廊基坑開挖深度約5~8m。局部需下穿越河流、避開地下障礙物,或者受地形起伏變化時,開挖深度可超過10m,筆者目前參與過的綜合管廊工程最大開挖深度為14m。
此外場地土體力學性質(zhì)、地下水狀態(tài)、周邊環(huán)境等也決定基坑圍護結構設計的選型。
放坡開挖
采用放坡開挖方法,管廊結構施工不受內(nèi)支撐影響,施工操作面大,施工便利。
當場地周邊環(huán)境簡單、地下水位較低、開挖深度不大、土質(zhì)較好時,可以采取放坡開挖方法施工管廊基坑。一般在開挖深度小于10m時采用放開挖坡經(jīng)濟性較好,深度超過10m放坡開挖土方工程量較大,造價較高。
開挖坡率應根據(jù)整體穩(wěn)定性分析計算求得。開挖深度大于5m時一般采用分級放坡,同時各級坡間設置中間平臺。坡面做好護坡措施防止降水對邊坡穩(wěn)定性造成影響。
綜合管廊工程動則數(shù)公里,地形起伏不定,高差較大。放坡平面設計時,可通過預先定義好的放坡規(guī)則,采用CIVIL 3D 或者專業(yè)管廊設計軟件,根據(jù)地形圖上的散點高程自動生成各級放坡線,減輕設計工作量。
土釘墻圍護
當場地受限時,開挖深度在10m以內(nèi)時,可采用土釘墻圍護,通過加大開挖坡率,打設土釘來減小放坡平面占地面積,節(jié)約施工用地空間。
由于管廊基坑通常為條形結構,開挖寬度普遍在10m左右,土方開挖時間占總工期比例較小,采用土釘墻圍護時,分層打設土釘費時費力,對土方開挖工期影響較大。
拉森鋼板樁
基坑開挖深度在8m以內(nèi),場地平面受限,且地層滿足鋼板樁打設要求時(地層為軟粘土、砂性土層),可采用拉森鋼板樁圍護施工管廊基坑。鋼板樁間互相咬合,可以兼做止水。根據(jù)管廊主體結構施工要求,在管廊頂板上方可做一道鋼支撐或錨桿,減小拆換撐工作,加快施工速度。
型鋼樁圍護
型鋼樁圍護與拉森鋼板樁圍護類似,但型鋼樁剛度更大,在土層力學性質(zhì)差,開挖深度較大時可采用。由于型鋼之間無咬合,采用型鋼樁需另外考慮降水或止水圍幕措施。
型鋼水泥土攪拌墻
型鋼水泥土攪拌墻簡稱SMW工法,施工時在三軸水泥土攪拌樁內(nèi)插入型鋼。水泥土攪拌樁承擔止水功能,受力則由型鋼承擔。三軸水泥攪拌樁常規(guī)直徑有600、850、1000三種規(guī)格,相應的型鋼有H500×300、H700×300、H850×300多種規(guī)格。
型鋼水泥土攪拌墻在軟土地區(qū)適用,可以有效止水,通過選擇不同的攪拌樁直徑及型鋼止水,基坑開挖深度可達12~13m。
鉆孔灌注樁
鉆孔灌樁圍護適用各類地層,各種開挖深度。但相對造價較高,施工速度較慢。管廊局部節(jié)點由于開挖深度大(超過10m),平面形狀復雜時,可采用鉆孔灌注樁圍護。場地存在地下水,且無法采用坑外降水措施時,需考慮在鉆孔灌注樁外側施工旋噴樁止水圍幕。
SMW工法
SMW是Soil Mixing Wall的縮寫, SMW工法1976年在日本問世,是日本一家中型企業(yè)--成辛工業(yè)株式會社所擁有和開發(fā)的一項專利,現(xiàn)該法廣泛應用于沿海地區(qū)地下連續(xù)墻和深基坑止水帷幕。
優(yōu)點:
(1)擋水性強;
(2)對周圍地基影響面小;
(3)多用途(能適應各種地層);
(4)工期短;
(5)造價低。
適用:城市高架橋下等施工,空間受限制的場合,或海底筑墻,或軟弱地基加固。
方法:該工法是以多軸型鉆掘攪拌機在現(xiàn)場向一定深度進行鉆掘,同時在鉆頭處噴出水泥系強化劑而與地基土反復混合攪拌,在各施工單元之間則采取重疊搭接施工,然后在水泥土混合體未結硬前插入H型鋼或鋼板作為其應力補強材,至水泥結硬,便形成一道具有一定強度和剛度的、連續(xù)完整的、無接縫的地下墻體。SMW工法最常用的是三軸型鉆掘攪拌機,其中鉆桿有用于粘性土及用于砂礫土和基巖之分,此外還研制了其他一些機型。
SMW工法施工順序如下:
a.導溝開挖:確定是否有障礙物及做泥水溝。
b.置放導軌。
c.設定施工標志。
d.SMW鉆拌:鉆掘及攪拌,重復攪拌,提升時攪拌。
e.置放應力補強材(H型鋼)
f.固定應力補強材。
g.施工完成SMW.
SMW工法的主要特點
a.施工不擾動鄰近土體,不會產(chǎn)生鄰近地面下沉、房屋傾斜、道路裂損及地下設施移位等危害。
b.鉆桿具有螺旋推進翼與攪拌翼相間設置的特點,隨著鉆掘和攪拌反復進行,可使水泥系強化劑與土得到充分攪拌,而且墻體全長無接縫,從而使它可比傳統(tǒng)的連續(xù)墻具有更可靠的止水性,其滲透系數(shù)K可達10-7cm/s。
c.它可在粘性土、粉土、砂土、砂礫土、Φ100以上卵石及單軸抗壓強度60MPa以下的巖層應用。
d.可成墻厚度550~1300mm,常用厚度600mm;成墻最大深度目前為65m,視地質(zhì)條件尚可施工至更深。
e.所需工期較其他工法為短,在一般地質(zhì)條件下,每一臺班可成墻70~80m2。
f.廢土外運量遠比其他工法少。
HUW工法+概況
圖示
參數(shù)及應用范圍
圍護方案比較