CN112177007A - 一种大扰动环境流沙层地质条件下深基坑施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大扰动环境流沙层地质条件下深基坑施工方法，包括：包括如下步骤：S1、根据待施工的深基坑参数标准，计算获得钢围檩数量；S2、基于计算获得钢围檩数量和施工方案建立深基坑BIM模型；S3、根据施工方案和深基坑BIM模型进行可视化深基坑施工。本发明提供的大扰动环境流沙层地质条件下深基坑施工方法适于地质条件为大扰动环境的流沙层地质的深基坑开挖，施工中采用双层Ⅳ型拉森钢板桩对基坑进行支护。利用测量仪器及计算软件，对支护结构的横向位移、沉降等方面进行监测，根据结果对深基坑稳定性进行跟踪，保证施工及周边道路通行安全。
Description
技术领域
本发明属于建筑施工技术领域，尤其涉及一种大扰动环境流沙层地质条件下深基坑施工工法。
背景技术
随着我国桥梁建筑业的发展，基坑稳定作为桥梁基础施工的重要环节，决定了桥梁承台及墩身的施工安全。深基坑支护存在的目的就是为了保护桥梁下部结构的稳定性，具体表现为为桥梁承台及墩身承担挡土、截水的任务从而保证基坑稳定，能够承担必要的施工荷载，保证地下结构工程的顺利全面施工。同时，基坑支护水平的好坏也决定着工程建设周围环境的完整性，包括地表建筑、道路、地下管道和工程设施的安全。因此科学合理的施工显得尤为重要。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种大扰动环境流沙层地质条件下深基坑施工方法。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种大扰动环境流沙层地质条件下深基坑施工方法，包括：包括如下步骤：
S1、根据待施工的深基坑参数标准，计算获得钢围檩数量；
S2、基于计算获得钢围檩数量和施工方案建立深基坑BIM模型；
S3、根据施工方案和深基坑BIM模型进行可视化深基坑施工。
优选地，所述步骤S3中，还包括：在施工的同时，布置监测点；
借助于布置于监测点的仪器检测施工中设置的钢板桩有无超限水平位移；
借助于布置于监测点的仪器检测施工中基坑周边地面有无超限沉降。
优选地，所述步骤S3还包括如下子步骤：
S301、将地面凿除至70cm深、然后放外层钢板桩打入基坑；
S302、将基坑第一次开挖至3米，然后将内层钢板桩打入基坑；
S303、修整施工平台，并进行第一道围檩和支撑的安装；
S304、第一次深基坑监测点布置，并进行第一次监测测量，并记录；
S305、对基坑第二次开挖至6米，并进行第二道围檩和支撑的安装；
S306、第二次深基坑监测点布置，并进行第二次监测测量，并记录；
S307、对基坑第三次开挖至9米，并进行第三道围檩和支撑的安装；
S308、第三次深基坑监测点布置，并进行第三次监测测量，并记录；
S309、对基坑第四次开挖至10.5米，并进行第四道围檩和支撑的安装，构成内支撑系统和外支撑系统；
S3010、第四次深基坑监测点布置，并进行第四次监测测量，并记录；
S3011、地基垫层浇筑，深基坑成型；
S3012、第五次深基坑监测点布置，并进行第五次监测测量，并记录；
S3013、浇筑承台。
优选地，所述方法还包括：在深基坑两侧设置降水井。
优选地，所述方法还包括：对记录的监测数据整理。
优选地，所述监测点环深基坑布设；
所述监测点至少设置8个；
布置于监测点的仪器至少包括：全站仪、数显收敛仪和水准仪。
优选地，所述外层钢板桩采用9m长Ⅳ型拉森钢板桩，埋深为5.8m；所述内侧钢板桩采用12m长Ⅳ型拉森钢板桩，埋深为2.5m。
优选地，所述步骤S301之前还包括：在周围做好挡水墙，挡水墙采用红砖砌筑，高出原地面0.5m，四周布置排水沟。
优选地，内支撑系统至少包括内层钢围檩、内部支撑和牛腿；
内层钢围檩采用I56b型工字钢；
内部支撑采用Φ609钢管；
牛腿采用[300槽钢焊接在内侧钢管桩侧壁上。
优选地，降水井设置4个，降水井管井孔径60cm，降水井井管采用无砂混凝土管，降水井管径40cm，每节长75cm；
降水井管井全深12m，降水井管口高出地面不小于30cm；
降水井井壁与混凝土井管间填充过滤材料为砂砾，砂砾规格为8～10mm砾石，所填砂砾厚度不小于10cm；
所填砾石至距地面1.5m时，用粘土封口。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：本发明提供了一种大扰动环境流沙层地质条件下深基坑施工方法，具有以下有益效果：
本发明提供的施工方法适于地质条件为大扰动环境的流沙层地质的深基坑开挖，施工中采用双层Ⅳ型拉森钢板桩对基坑进行支护。利用测量仪器及计算软件，对支护结构的横向位移、沉降等方面进行监测，根据结果对深基坑稳定性进行跟踪，保证施工及周边道路通行安全。
附图说明
图1为本发明提供的一种大扰动环境流沙层地质条件下深基坑施工方法的实施例中深基坑施工及监测工艺流程图；
图2为发明提供的一种大扰动环境流沙层地质条件下深基坑施工方法的实施例中深基坑Revit模型示意图；
图3为发明提供的一种大扰动环境流沙层地质条件下深基坑施工方法的实施例中基坑防护施工及监测测量工艺流程图；
图4为发明提供的一种大扰动环境流沙层地质条件下深基坑施工方法的实施例中中承台深基坑内支撑平面布置图；
图5为发明提供的一种大扰动环境流沙层地质条件下深基坑施工方法的实施例中中降水井平面布置图；
图6为发明提供的一种大扰动环境流沙层地质条件下深基坑施工方法的实施例中中深基坑测量点布置图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
如图1所示：本实施例中公开了一种大扰动环境流沙层地质条件下深基坑施工方法，包括：包括如下步骤：
S1、根据待施工的深基坑参数标准，计算获得钢围檩数量；
S2、基于计算获得钢围檩数量和施工方案建立深基坑BIM模型；
S3、根据施工方案和深基坑BIM模型进行可视化深基坑施工。
具体地，本实施例中基坑开挖的地质条件为大扰动环境的流沙层地质，施工中采用双层Ⅳ型拉森钢板桩对基坑进行支护。利用测量仪器及计算软件，对支护结构的横向位移、沉降等方面进行监测，根据结果对深基坑稳定性进行跟踪，保证施工及周边道路通行安全。
这里应说明的是，本实施例中提供的施工方法适用于流沙地质、大扰动环境的基坑开挖工程。
本实施例中所述步骤S3中，还包括：在施工的同时，布置监测点；
借助于布置于监测点的仪器检测施工中设置的钢板桩有无超限水平位移；借助于布置于监测点的仪器检测施工中基坑周边地面有无超限沉降。
本实施例中采用双层Ⅳ型拉森钢板桩对基坑进行支护。同时采用了可视化建模与施工监测技术相结合的方法。使用数显收敛仪、电子水准仪、全站仪等仪器对支护结构、周边环境的变形等进行综合观测，以实施信息化施工。综合运用Revit、理正深基坑、力学求解器等软件，具体分析深基坑各支护结构受力，建立系统的深基坑模型达到指导施工的作用。对原设计成果进行评价，并判断施工方案的合理性，同时通过实际监测数据进行深基坑状态分析，优化设计、施工，对施工过程中可能出现的险情进行及时预报，当有异常情况时采取必要的工程措施。
与一般情况的基坑相比，本工法基坑为大扰动环境，地质条件为流沙层，难度较大，双层钢板桩支护，起到了极好的截水防沙效果，为邻近车辆通行提供了极大的安全保障。与传统方法相比，可视化能更加直观的指导施工，计算软件能提供更加可靠的理论支持，并能通过与现场实际测量相结合的方式，对施工方案进行实时调整。
根据该工程在深基坑施工期间受力发生的变化，以及外界因素影响，可能使支护结构产生横向位移、沉降以及变形等。结合现场实际情况，采用收敛仪、高精度电子水准仪、应变仪进行施工监测。
如步骤S1中计算钢围檩数量
这里使用理正深基坑设计软件7.0进行计算，外层钢板桩采用9m长Ⅳ型拉森钢板桩，埋深为5.8m；内侧钢板桩采用12m长Ⅳ型拉森钢板桩，埋深为2.5m。同时考虑行车影响，距坡顶2m外施加20kN/m均布荷载。得到计算结果共需5道钢围檩支撑，实际施工时第五道支撑采用20cm厚型号为C20混凝土垫层代替，满足受力要求。
如步骤S2中建立深基坑BIM模型
如图2所示：根据施工方案采用Revit软件1:1建立深基坑三维模型，将施工过程中实际需用的材料以实际大小至于模型中，在实际施工中起到指导作用，也便于确定监测点位，成功将施工可视化运用于实际施工中。
如步骤S3中深基坑施工
参照图3所示：所述步骤S3还包括如下子步骤：
S301、将地面凿除至70cm深、然后放外层钢板桩打入基坑；
S302、将基坑第一次开挖至3米，然后将内层钢板桩打入基坑；
S303、修整施工平台，并进行第一道围檩和支撑的安装；
S304、第一次深基坑监测点布置，并进行第一次监测测量，并记录；
S305、对基坑第二次开挖至6米，并进行第二道围檩和支撑的安装；
S306、第二次深基坑监测点布置，并进行第二次监测测量，并记录；
S307、对基坑第三次开挖至9米，并进行第三道围檩和支撑的安装；
S308、第三次深基坑监测点布置，并进行第三次监测测量，并记录；
S309、对基坑第四次开挖至10.5米，并进行第四道围檩和支撑的安装，构成内支撑系统和外支撑系统；
S3010、第四次深基坑监测点布置，并进行第四次监测测量，并记录；
S3011、地基垫层浇筑，深基坑成型；
S3012、第五次深基坑监测点布置，并进行第五次监测测量，并记录；
S3013、浇筑承台。
本实施例中所述的方法还包括：在深基坑两侧设置降水井。
本实施例中所述的方法还包括：对记录的监测数据整理。
本实施例中所述监测点环深基坑布设；所述监测点至少设置8个；布置于监测点的仪器至少包括：全站仪、数显收敛仪和水准仪。
本实施例中所述外层钢板桩采用9m长Ⅳ型拉森钢板桩，埋深为5.8m；所述内侧钢板桩采用12m长Ⅳ型拉森钢板桩，埋深为2.5m。
本实施例中所述步骤S301之前还包括：在周围做好挡水墙，挡水墙采用红砖砌筑，高出原地面0.5m，四周布置排水沟。
本实施例中内支撑系统至少包括内层钢围檩、内部支撑和牛腿；内层钢围檩采用I56b型工字钢；内部支撑采用Φ609钢管；牛腿采用[300槽钢焊接在内侧钢管桩侧壁上。各层围檩、内支撑及斜支撑采用构件如下表，结构尺寸详见图4。
表1内支撑施工参数表
深基坑开挖
根据图4，深基坑利用钢板防护，垂直分段分层开挖。
基坑开挖前，首先在周围做好挡水墙，挡水墙采用红砖砌筑，高出原地面0.5m，四周布置排水沟。
基坑开挖采用挖掘机+人工开挖，分层、对称、平衡开挖，分层厚度1.5m(如遇水严重，分层厚度变更为1m)。
先将地表原路面破除至70cm，基坑外层进行钢板桩打入，初步形成支护结构。采用挖掘机进行第一次开挖，开挖至3m深。预留出施工便道1.5m，进行内层钢板桩打入。进行第二次开挖，开挖至6m深，安装第一层和第二层钢围檩及支撑。进行第三次开挖，开挖至9m深，此时已达到初见地下水水位，在基坑周围设置井点降水的同时，基坑内部采用水泵进行实时排水，安装钢围檩及支撑。进行第三次开挖，开挖至10.5m深，安装第四层钢围檩。最后现场浇筑20cm厚C20混凝土作为垫层，经计算，满足受力要求。此时，深基坑开挖支护施工已全部完成。
前期用挖掘机开挖，机械开挖至设计分层基底标高20cm处时，改为人工挖除剩余土层。
挖土过程边抽水，观察检查钢板桩渗漏情况，同时注意检查钢管桩及支撑是否变形。
基坑开挖土方随时由自卸车运至大于线铁路南侧施工场地内，统一存放。
如图5所示：本实施例中每个基坑周边的降水井设置4个，降水井管井孔径60cm，降水井井管采用无砂混凝土管，降水井管径40cm，每节长75cm；降水井管井全深12m，降水井管口高出地面不小于30cm；降水井井壁与混凝土井管间填充过滤材料为砂砾，砂砾规格为8～10mm砾石，所填砂砾厚度不小于10cm；所填砾石至距地面1.5m时，用粘土封口。
采用150QJ32-24/4潜水泵，流量不小于每小时32立方米，扬程不小于24米。井内地下水通过水泵排出后，汇聚于北侧便道的集水沟内。
降水后，基坑内水位线顶面距基坑底面不小于0.5米，确保基坑内无水施工，并在完成基坑开挖并凿除桩头后，浇筑一层厚度不小于10厘米的C15素混凝土垫层，做到承台无水无泥施工。
本实施例中还需要组建测量小组、校验仪器
其中，监测仪器，钢板桩位置采用全站仪观测。
水平位移方面采用数显收敛仪。数字收敛仪工作原理为，利用机械传递位移的方法，将两个基准点间的相对位移转变为数显位移计的两次读数差。当用挂钩连接两基准点A、B预埋件时，通过调整调节螺母，改变收敛计机体长度可产生对钢尺的恒定张力，从而保证量测的准确性和可比性。
沉降观测采用电子水准仪。
为满足本工程需要，先组建测量小组，确定测量记录人员，及时汇总数据，进行分析，用理正深基坑软件辅助计算，保证后续工程实际需要。对仪器进行校核，保证测量过程中得出数据准确无误。
布置监测点及监测要点分析
由于深基坑北侧与行车道路毗邻，最小距离为30cm，最大距离为50cm，因此深基坑的稳定性不仅对施工安全产生重大影响，也对丁香道口行车行人安全，甚至于临近铁路的列车安全都起到非常重要的作用。因此深基坑施工难度很大，监测是十分必要的。测量点的布置如图6所示。
监测数据整理
根据规范要求，钢板桩水平位移及地面沉降量允许值如表2：
表2基坑监测精度要求
其中h为基坑开挖深度。
1钢板桩顶部位移观测
钢板桩位置观测采用TS09PLUS型莱卡全站仪，对图6中的1-8点进行钢板桩顶部位移观测，得到数据如表3。
表3深基坑顶部位移监测记录表
综合观测结果，深基坑钢板桩顶部位移变化累计最大值为18mm＜20mm，符合规范要求。
钢板桩底部位移观测
钢板桩底部位移观测采用JSS30A-30数显收敛仪，对图6中的1-8点对应底部位置进行钢板桩底部位移观测，得到数据如表4。
表4深基坑底部位移监测记录表
综合观测结果，深基坑钢板桩底部位移变化累计最大值为-56mm＜60mm，符合规范要求。
基坑近地面沉降观测
基坑近地面观测采用天宝DINI03电子水准仪，对图6中的1-8点对应基坑近地面位置进行地面沉降观测，得到数据如表5。
表5基坑近地面沉降监测记录表
综合观测结果，深基坑钢板桩基坑近地面沉降变化累计最大值为-29mm＜35mm，符合规范要求。
劳动力配置
主要劳动力配置详见表6：
表6主要劳动力配置表
测量仪器配置详见表7：
表6.1-1测量仪器表
主要材料详见表8：
表8主要材料表
| 序号 | 材料 | 单位 | 数量 | 备注 |
| 1 | Ⅳ型拉森钢板桩 | 根 | 132 | 单根长9m |
| 2 | Ⅳ型拉森钢板桩 | 根 | 118 | 单根长12m |
| 3 | 609钢管 | 米 | 68 | |
| 4 | I56b工字钢 | 米 | 188 | |
| 5 | 无砂混凝土井管 | 节 | 56 | 单节长75cm |
主要设备详见表9：
表9主要机械计划表
| 序号 | 设备名称 | 数量 | 单位 | 主要用途 |
| 1 | 挖掘机pc220 | 1 | 台 | 基坑表层开挖及回填 |
| 2 | 15m长臂挖掘机 | 1 | 台 | 基坑下层开挖 |
| 3 | 液压振动锤DZ-60 | 1 | 台 | 打、拔钢板桩 |
| 4 | 挂车 | 1 | 台 | 钢板桩、围檩、支撑运输 |
| 5 | 自卸车 | 2 | 台 | 余土外运 |
| 6 | 吊车25T | 1 | 台 | 打、拔钢板桩、料具倒运 |
| 7 | 装载机 | 1 | 台 | 材料、余土装车 |
| 8 | 电焊机 | 4 | 台 | 牛腿、围檩、支撑连接 |
| 9 | 气焊机 | 2 | 台 | 牛腿、围檩、支撑拆除 |
| 11 | 水泵 | 8 | 个 | 基坑排水 |
| 12 | 发电机150KW | 1 | 台 | 停电或电量不足时备用 |
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种大扰动环境流沙层地质条件下深基坑施工方法，其特征在于，包括：包括如下步骤：
S1、根据待施工的深基坑参数标准，计算获得钢围檩数量；
S2、基于计算获得钢围檩数量和施工方案建立深基坑BIM模型；
S3、根据施工方案和深基坑BIM模型进行可视化深基坑施工。
2.根据权利要求1所述的深基坑施工系统，其特征在于，
所述步骤S3中，还包括：在施工的同时，布置监测点；
借助于布置于监测点的仪器检测施工中设置的钢板桩有无超限水平位移；
借助于布置于监测点的仪器检测施工中基坑周边地面有无超限沉降。
3.根据权利要求2所述的深基坑施工方法，其特征在于，
所述步骤S3还包括如下子步骤：
S301、将地面凿除至70cm深、然后放外层钢板桩打入基坑；
S302、将基坑第一次开挖至3米，然后将内层钢板桩打入基坑；
S303、修整施工平台，并进行第一道围檩和支撑的安装；
S304、第一次深基坑监测点布置，并进行第一次监测测量，并记录；
S305、对基坑第二次开挖至6米，并进行第二道围檩和支撑的安装；
S306、第二次深基坑监测点布置，并进行第二次监测测量，并记录；
S307、对基坑第三次开挖至9米，并进行第三道围檩和支撑的安装；
S308、第三次深基坑监测点布置，并进行第三次监测测量，并记录；
S309、对基坑第四次开挖至10.5米，并进行第四道围檩和支撑的安装，构成内支撑系统和外支撑系统；
S3010、第四次深基坑监测点布置，并进行第四次监测测量，并记录；
S3011、地基垫层浇筑，深基坑成型；
S3012、第五次深基坑监测点布置，并进行第五次监测测量，并记录；
S3013、浇筑承台。
4.根据权利要求3所述的深基坑施工方法，其特征在于，
所述方法还包括：在深基坑两侧设置降水井。
5.根据权利要求4所述的深基坑施工系统，其特征在于，
所述方法还包括：对记录的监测数据整理。
6.根据权利要求5所述的深基坑施工方法，其特征在于，
所述监测点环深基坑布设；
所述监测点至少设置8个；
布置于监测点的仪器至少包括：全站仪、数显收敛仪和水准仪。
7.根据权利要求6所述的深基坑施工方法，其特征在于，
所述外层钢板桩采用9m长Ⅳ型拉森钢板桩，埋深为5.8m；所述内侧钢板桩采用12m长Ⅳ型拉森钢板桩，埋深为2.5m。
8.根据权利要求7所述的深基坑施工方法，其特征在于，
所述步骤S301之前还包括：在周围做好挡水墙，挡水墙采用红砖砌筑，高出原地面0.5m，四周布置排水沟。
9.根据权利要求8所述的深基坑施工方法，其特征在于，
内支撑系统至少包括内层钢围檩、内部支撑和牛腿；
内层钢围檩采用I56b型工字钢；
内部支撑采用Φ609钢管；
牛腿采用[300槽钢焊接在内侧钢管桩侧壁上。
10.根据权利要求9所述的深基坑施工方法，其特征在于，
降水井设置4个，降水井管井孔径60cm，降水井井管采用无砂混凝土管，降水井管径40cm，每节长75cm；
降水井管井全深12m，降水井管口高出地面不小于30cm；
降水井井壁与混凝土井管间填充过滤材料为砂砾，砂砾规格为8～10mm砾石，所填砂砾厚度不小于10cm；
所填砾石至距地面1.5m时，用粘土封口。
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