1.6.2 技术指标
预制地下连续墙:
(1)通常预制墙段厚度较成槽机抓斗厚度小20mm左右,常用的墙厚有580mm、780mm,一般适用于9m以内的基坑;
(2)应根据运输及起吊设备能力、施工现场道路和堆放场地条件,合理确定分幅和预制件长度,墙体分幅宽度应满足成槽稳定性要求;
(3)成槽顺序宜先施工L形槽段,再施工一字形槽段;
(4)相邻槽段应连续成槽,幅间接头宜采用现浇接头。
预应力鱼腹梁支撑:
(1)型钢立柱的垂直度控制在1/200以内;型钢立柱与支撑梁托座要用高强螺栓连接;
(2)施工围檩时,牛腿平整度误差要控制在2mm以内,且不能下垂,平直度用拉绳和长靠尺或钢尺检查,如有误差则进行校正,校正后采用焊接固定;
(3)整个基坑内的支撑梁要求必须保证水平,并且支撑梁必须能承受架设在其上方的支撑自重和来自上部结构的其他荷载;
(4)预应力鱼腹梁支撑的拆除是安装作业的逆顺序。
工具式组合内支撑:
(1)标准组合支撑构件跨度为 8m、9m、12m等;
(2)竖向构件高度为 3m、4m、5m等;
(3)受压杆件的长细比不应大于 150,受拉杆件的长细比不应大于200;
(4)进行构件内力监测的数量不少于构件总数量的15%;
(5)围檩构件为1.5m、3m、6m、9m、12m。
主要参考标准:《钢结构设计规范》GB50017、《建筑基坑支护技术规程》JGJ120。
1.6.3 适用范围
预制地下连续墙一般仅适用于9m以内的基坑,适用于地铁车站、周边环境较为复杂的基坑工程等;预应力鱼腹梁支撑适用于市政工程中地铁车站、地下管沟基坑工程以及各类建筑工程基坑,预应力鱼腹梁支撑适用于温差较小地区的基坑,当温差较大时应考虑温度应力的影响。工具式组合内支撑适用于周围建筑物密集,施工场地狭小,岩土工程条件复杂或软弱地基等类型的深大基坑。
1.6.4 工程案例
预制地下连续墙技术已成功应用于上海建工活动中心、明天广场、达安城单建式地下车库和瑞金医院单建式地下车库、华东医院停车库等工程。
预应力鱼腹梁支撑已成功应用于广州地铁网运营管理中心、江阴幸福里老年公寓和商业用房、南京绕城公路地道工程、宁波轨道交通1、2号线鼓楼站车站等工程。
工具式组合内支撑已成功应用于北京国贸中心、上海临港六院、上海天和锦园、广东工商行业务大楼、广东荔湾广场、广东金汇大厦、杭州杭政储住宅、宁波轨交1号线鼓楼站及北京地铁13号线等。
1.7 型钢水泥土复合搅拌桩支护结构技术
1.7.1 技术内容
型钢水泥土复合搅拌桩是指:通过特制的多轴深层搅拌机自上而下将施工场地原位土体切碎,同时从搅拌头处将水泥浆等固化剂注入土体并与土体搅拌均匀,通过连续的重叠搭接施工,形成水泥土地下连续墙;在水泥土初凝之前,将型钢(预制混凝土构件)插入墙中,形成型钢(预制混凝土构件)与水泥土的复合墙体。型钢水泥土复合搅拌桩支护结构同时具有抵抗侧向土水压力和阻止地下水渗漏的功能。
近几年水泥土搅拌桩施工工艺在传统的工法基础上有了很大的发展,TRD工法、双轮铣深层搅拌工法(CSM工法)、五轴水泥土搅拌桩、六轴水泥土搅拌桩等施工工艺的出现使型钢水泥土复合搅拌桩支护结构的使用范围更加广泛,施工效率也大大增加。
其中TRD工法(Trench-Cutting& Re-mixing Deep Wall Method)是将满足设计深度的附有切割链条以及刀头的切割箱插入地下,在进行纵向切割横向推进成槽的同时,向地基内部注入水泥浆以达到与原状地基的充分混合搅拌在地下形成等厚度水泥土连续墙的一种施工工艺。该工法具有适应地层广、墙体连续无接头、墙体渗透系数低等优点。
双轮铣深层搅拌工法(CSM工法),是使用两组铣轮以水平轴向旋转搅拌方式、形成矩形槽段的改良土体的一种施工工艺。该工法的性能特点有:(1)具有高削掘性能,地层适应性强;(2)高搅拌性能;(3)高削掘精度;(4)可完成较大深度的施工;(5)设备高稳定性;(6)低噪声和振动;(7)可任意设定插入劲性材料的间距;(8)可靠施工过程数据和高效的施工管理系统;(9)双轮铣深层搅拌工法(CSM工法)机械均采用履带式主机,占地面积小,移动灵活。
1.7.2 技术指标
(1)型钢水泥土搅拌墙的计算与验算应包括内力和变形计算、整体稳定性验算、抗倾覆稳定性验算、坑底抗隆起稳定性验算、抗渗流稳定性验算和坑外土体变形估算;
(2)型钢水泥土搅拌墙中三轴水泥土搅拌桩的直径宜采用650mm、850mm、1000mm,内插H形钢或预制混凝土构件;
(3)水泥土复合搅拌桩28d无侧限抗压强度标准值不宜小于0.5MPa;
(4)搅拌桩的入土深度宜比型钢的插入深度深0.5~1.0m;
(5)搅拌桩体与内插型钢的垂直度偏差不应大于1/200;
(6)当搅拌桩达到设计强度,且龄期不小于28d后方可进行基坑开挖;
(7)TRD工法等厚度水泥土搅拌墙28d龄期无侧限抗压强度不应小于设计要求且不宜小于0.8MPa;水泥宜采用强度等级不低于P.O 42.5级的普通硅酸盐水泥,水泥土搅拌墙正式施工之前应通过现场试成墙试验以确定具体施工参数(材料用量和水灰比等)。
(8)双轮铣深层搅拌工法(CSM工法)成槽设备在施工过程中采用泥浆护壁来防止槽壁坍塌;膨润土泥浆的配合比通常为70~90kg/m3(取决于膨润土的质量),泥浆密度约为1.05kg/cm3,粘度要超过40s(马氏漏斗粘度)。
主要参照标准:《型钢水泥土搅拌墙技术规程》JGJ/T199、《建筑基坑支护技术规程》JGJ120等。
1.7.3 适用范围
该技术主要用于深基坑支护,可在粘性土、粉土、砂砾土使用,目前在国内主要在软土地区有成功应用。
1.7.4 工程案例
上海静安寺下沉式广场、国际会议中心、地铁陆家嘴车站、地铁2号线龙东路延伸段、上海梅山大厦、天津地铁二、三号线工程、天津站交通枢纽工程。TRD工法已在上海、天津、武汉、南昌等多个深大基坑工程中成功应用,超深可达60m;双轮铣深层搅拌工法(CSM工法)在天津医院、地铁2号线红旗路站联络线工程、世纪广场、华润紫阳里停车厂等工程中应用。
1.8 地下连续墙施工技术
1.8.1 技术内容
地下连续墙,就是在地面上先构筑导墙,采用专门的成槽设备,沿着支护或深开挖工程的周边,在特制泥浆护壁条件下,每次开挖一定长度的沟槽至指定深度,清槽后,向槽内吊放钢筋笼,然后用导管法浇注水下混凝土,混凝土自下而上充满槽内并把泥浆从槽内置换出来,筑成一个单元槽段,并依此逐段进行,这些相互邻接的槽段在地下筑成的一道连续的钢筋混凝土墙体。地下连续墙主要作承重、挡土或截水防渗结构之用。
地下连续墙具有如下优点:(1)施工低噪声、低震动,对环境的影响小;(2)连续墙刚度大、整体性好,基坑开挖过程中安全性高,支护结构变形较小;(3)墙身具有良好的抗渗能力,坑内降水时对坑外的影响较小;(4)可作为地下室结构的外墙,可配合逆作法施工,缩短工期、降低造价。
随着城市土地资源日趋紧张,高层和超高层建筑的日益崛起,基坑深度也突破初期的十几米朝更深的几十米发展,随之带来的是地下连续墙向着超深、超厚发展。目前建筑领域地下连续墙已经超越了110m,随着技术的进步和城市发展的需求地下连续墙将会向更深的深度发展。例如软土地区的超深地下连续墙施工,利用成槽机、铣槽机在粘土和砂土环境下各自的优点,以抓铣结合的方法进行成槽,并合理选用泥浆配比,控制槽壁变形,优势明显。
由于地下连续墙是由若干个单元槽段分别施工后再通过接头连成整体,各槽段之间的接头有多种形式,目前最常用的接头形式有圆弧形接头、橡胶带接头、工字型钢接头、十字钢板接头、套铣接头等。其中橡胶带接头是一种相对较新的地下连续墙接头工艺,通过横向连续转折曲线和纵向橡胶防水带延长了可能出现的地下水渗流路线,接头的止水效果较以前的各种接头工艺有大幅改观。目前超深的地下连续墙多采用套铣接头,利用铣槽机可直接切削硬岩的能力直接切削已成槽段的混凝土,在不采用锁口管、接头箱的情况下形成止水良好、致密的地下连续墙接头。套铣接头具有施工设备简单、接头水密性良好等优点。
1.8.2 技术指标
地下连续墙根据施工工艺,可分为导墙制作、泥浆制备、成槽施工、混凝土水下浇筑、接头施工等。主要技术指标为:
(1)新拌制泥浆指标:比重1.03~1.10,粘度22s~35s,胶体率大于98%,失水量小于30ml/30min,泥皮厚度小于1mm,pH值8~9;
(2)循环泥浆指标:比重1.05~1.25,粘度22s~40s,胶体率大于98%,失水量小于30ml/30min,泥皮厚度小于3mm,pH值8~11,含砂率小于7%;
(3)清基后泥浆指标:密度不大于1.20,粘度20s~30s,含砂率小于7%,pH值8~10;
(4)混凝土:坍落度200mm±20mm,抗压强度和抗渗压力符合设计要求;
实际工程中,以上参数应根据土的类别、地下连续墙的结构用途、成槽形式等因素适当调整,并通过现场试成槽试验最终确定。
1.8.3 适用范围
一般情况下地下连续墙适用于如下条件的基坑工程:
(1)深度较大的基坑工程,一般开挖深度大于10m才有较好的经济性;
(2)邻近存在保护要求较高的建(构)筑物,对基坑本身的变形和防水要求较高的工程;
(3)基坑内空间有限,地下室外墙与红线距离极近,采用其他围护形式无法满足留设施工操作空间要求的工程;
(4)围护结构亦作为主体结构的一部分,且对防水、抗渗有较严格要求的工程;
(5)采用逆作法施工,地上和地下同步施工时,一般采用地下连续墙作为围护墙。
1.8.4 工程案例
上海中心大厦、上海金茂大厦、上海环球金融中心、深圳国贸地铁车站等等。目前地下连续墙广泛应用于北京、上海、深圳、南京、兰州等地的江河湖泊防渗,港口、船坞和污水处理厂、高层建筑的地下室、地下停车场、地铁甚至于大桥建设中,市场前景广阔。
1.9 逆作法施工技术
1.9.1 技术内容
逆作法一般是先沿建筑物地下室外墙轴线施工地下连续墙,或沿基坑的周围施工其他临时围护墙,同时在建筑物内部的有关位置浇筑或打下中间支承桩和柱,作为施工期间于底板封底之前承受上部结构自重和施工荷载的支承;然后施工逆作层的梁板结构,作为地下连续墙或其他围护墙的水平支撑,随后逐层向下开挖土方和浇筑各层地下结构,直至底板封底;同时,由于逆作层的楼面结构先施工完成,为上部结构的施工创造了条件,因此可以同时向上逐层进行地上结构的施工;如此地面上、下同时进行施工,直至工程结束。
目前逆作法的新技术有:
(1)框架逆作法。利用地下各层钢筋混凝土肋形楼板中先期浇筑的交叉格形肋梁,对围护结构形成框格式水平支撑,待土方开挖完成后再二次浇筑肋形楼板。
(2)跃层逆作法。是在适当的地质环境条件下,根据设计计算结果,通过局部楼板加强以及适当的施工措施,在确保安全的前提下实现跃层超挖,即跳过地下一层或两层结构梁板的施工,实现土方施工的大空间化,提高施工效率。
(3)踏步式逆作法。该法是将周边若干跨楼板采用逆作法踏步式从上至下施工,余下的中心区域待地下室底板施工完成后逐层向上顺作,并与周边逆作结构衔接完成整个地下室结构。
(4)一柱一桩调垂技术。在逆作施工中,竖向支承桩柱的垂直精度要求是确保逆作工程质量、安全的核心要素,决定着逆作技术的深度和高度。目前,钢立柱的调垂方法主要有气囊法、校正架法、调垂盘法、液压调垂盘法、孔下调垂机构法、孔下液压调垂法、HDC高精度液压调垂系统等。
1.9.2 技术指标
(1)竖向支承结构宜采用一柱一桩的形式,立柱长细比不应大于25。立柱采用格构柱时,其边长不宜小于420mm,采用钢管混凝土柱时,钢管直径不宜小于500mm。立柱及立柱桩的平面位置允许偏差为10mm,立柱的垂直度允许偏差为1/300,立柱桩的垂直度允许偏差为1/200。
(2)主体结构底板施工前,立柱桩之间及立柱桩与地下连续墙之间的差异沉降不宜大于20mm,且不宜大于柱距的1/400。立柱桩采用钻孔灌注桩时,可采用后注浆措施,以减小立柱桩的沉降。
(3)水平支撑与主体结构水平构件相结合时,同层楼板面存在高差的部位,应验算该部位构件的受弯、受剪和受扭承载能力,在结构楼板的洞口及车道开口部位,当洞口两侧的梁板不能满足传力要求时,应采用设置临时支撑等措施。
逆作法施工技术应符合《建筑地基基础设计规范》GB50007、《建筑基坑支护技术规程》JGJ120、《地下建筑工程逆作法技术规程》JGJ165的相关规定。
1.9.3 适用范围
逆作法适用于如下基坑:
(1)大面积的地下工程;(2)大深度的地下工程,一般地下室层数大于或等于2层的项目更为合理;(3)基坑形状复杂的地下工程;(4)周边状况苛刻,对环境要求很高的地下工程;(5)上部结构工期要求紧迫和地下作业空间较小的地下工程。
目前逆作法已广泛用于高层建筑地下室、地铁车站、地下车库、市政、人防工程等领域。
1.9.4 工程案例
上海中心裙房工程、上海铁路南站南广场、南京青奥中心、浙江慈溪财富中心工程、天津富力中心、重庆巴南商业中心、北京地铁天安门东站、广州国际银行中心、南宁永凯大厦等。
1.10 超浅埋暗挖施工技术
1.10.1 技术内容
在下穿城市道路的地下通道施工时,地下通道的覆盖土厚度与通道跨度之比通常较小,属于超浅埋通道。为了保障城市道路、地下管线及周边建(构)筑物正常运用,需采用严格控制土体变形的超浅埋暗挖施工技术。一般采用长大管棚超前支护加固地下通道周围土体,将整个地下通道断面分为若干个小断面进行顺序错位短距开挖,及时强力支护并封闭成环,形成平顶直墙交替支护结构条件,进行地下通道或空间主体施工的支护技术方法。施工过程中应加强对施工影响范围内的城市道路、管线及建(构)筑物的变形监测,及时反馈信息,及时调整支护参数。该技术主要利用钢管刚度强度大,水平钻定位精准,型钢拱架连接加工方便、撑架及时和适用性广等特点,可以在不阻断交通、不损伤路面、不改移管线和不影响居民等城市复杂环境下使用,因此具有安全、可靠、快速、环保、节资等优点。
1.10.2 技术指标
(1)地下通道顶部覆盖土厚度H与其暗挖断面跨度A(矩形底边宽度)之比H/A≤0.4;
(2)管棚:钢管管径90~1000mm,管壁厚度8、12、14、16mm,长度为24~150m;浆液水灰比宜为0.8~1,当采用双液注浆时,水泥浆液与水玻璃的比例宜为1:1;
(3)注浆加固渗透系数应不大于1.0×10-6cm/s;
(4)型钢拱架间距500~750mm;
主要参照标准:《钢结构设计规范》GB50017。
1.10.3 适用范围
一般填土、粘土、粉土、砂土、卵石等第四纪地层中修建的地下通道或地下空间。
1.10.4 工程案例
北京首都机场2-3号航站楼联络通道、青岛胶州市民广场。
1.11 复杂盾构法施工技术
1.11.1 技术内容
盾构法是一种全机械化的隧道施工方法,通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生坍塌。同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖,通过出土机械外运出洞,靠千斤顶在后部加压顶进,并拼装预制混凝土管片,形成隧道结构的一种机械化施工方法。由于盾构施工技术对环境影响很小而被广泛地采用,得到了迅速的发展。
复杂盾构法施工技术为复杂地层、复杂地面环境条件下的盾构法施工技术,或大断面圆形(洞径大于10m)、矩形或双圆等异形断面形式的盾构法施工技术。
选择盾构形式时,除考虑施工区段的围岩条件、地面情况、断面尺寸、隧道长度、隧道线路、工期等各种条件外,还应考虑开挖和衬砌等施工问题,必须选择安全且经济的盾构形式。盾构施工在遇到复杂地层、复杂环境或者盾构截面异形或者盾构截面大时,可以通过分析地层和环境等情况合理配置刀盘、采用合适的掘进模式和掘进技术参数、盾构姿态控制及纠偏技术、采用合适的注浆方式等各种技术要求来解决以上的复杂问题。盾构法施工是一个系统性很强的工程,其设计和施工技术方案的确定,要从各个方面综合权衡与比选,最终确定合理可行的实施方案。
盾构机主要是用来开挖土、砂、围岩的隧道机械,由切口环、支撑环及盾尾三部分组成。就断面形状可分为单圆形、复圆形及非圆形盾构。矩形盾构是横断面为矩形的盾构机,相比圆形盾构,其作业面小,主要用于距地面较近的工程作业。矩形盾构机的研制难度超过圆形盾构机。目前,我国使用的矩形盾构机主要有2个、4个或6个刀盘联合工作。
1.11.2 技术指标
(1)承受荷载:设计盾构时需要考虑的荷载,如土压力、水压力、自重、上覆荷载的影响、变向荷载、开挖面前方土压力及其他荷载。
(2)盾构外径:所谓盾构外径,是指盾壳的外径,不考虑超挖刀头、摩擦旋转式刀盘、固定翼、壁后注浆用配管等突出部分。
(3)盾构长度:盾构本体长度指壳板长度的最大值,而盾构机长度则指盾构的前端到尾端的长度。盾构总长系指盾构前端至后端长度的最大值。
(4)总推力:盾构的推进阻力组成包括盾构四周外表面和土之间的摩擦力或粘结阻力(F1);推进时,口环刃口前端产生的贯入阻力(F2);开挖面前方阻力(F3);变向阻力(曲线施工、蛇形修正、变向用稳定翼、挡板阻力等)(F4);盾尾内的管片和壳板之间的摩擦力(F5);后方台车的牵引阻力(F6)。以上各种推进阻力的总和(∑F),须对各种影响因素仔细考虑,留出必要的余量。
1.11.3 适用范围
(1)适用于各种复杂的工程地质和水文地质条件,从淤泥质土层到中风化和微风化岩层。
(2)盾构法施工隧道应有足够的埋深,覆土深度不宜小于6m。隧道覆土太浅,盾构法施工难度较大;在水下修建隧道时,覆土太浅盾构施工安全风险较大。
(3)地面上必须有修建用于盾构进出洞和出土进料的工作井位置。
(4)隧道之间或隧道与其他建(构)筑物之间所夹土(岩)体加固处理的最小厚度为水平方向1.0m,竖直方向1.5m。
(5)从经济角度讲,盾构连续施工长度不宜小于300m。
1.11.4 工程案例
盾构法广泛应用于隧道和地下工程中。上海地铁、跨江隧道均采用盾构法施工;深圳地铁5号线的盾构工程穿越复杂地层;南京地铁四号线盾构区间穿越了上软下硬地层以及大量厂房民居,地质情况复杂多变、地下水丰富、施工难度大、安全风险高等特点;郑州中州大道采用6个刀盘联合工作的矩形盾构机,是我国自主研发的世界最大矩形盾构机。西安地铁4号线与武汉地铁11号线都采用了盾构法施工;北京的众多地铁线路也采用了盾构法施工,其中16号线首次采用外径6.4m地铁管片,使隧道空间明显增大。
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