CN114016513B - 一种复杂基坑群支护系统的分时序开挖方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复杂基坑群支护系统的分时序开挖方法，所述系统包含复杂基坑群、基坑群围护系统、降水系统、竖向支承系统、水平支撑系统，所述分时序开挖方法如下：首先开挖东侧分区小基坑，同时施工其余大基坑的围护系统与竖向支承系统；待东侧分区小基坑地下室结构完成，将东侧大基坑分为三个地块进行开挖；在东侧大基坑两侧地块首层支撑完成后，进行西侧大基坑开挖；待两个大基坑地下室结构完成后，进行中部狭长地铁深基坑开挖。本发明所述的分时序开挖方法，通过基坑群支护系统的开挖时序划分，有效减少了地层扰动，避免基坑间动态干扰，减小了基坑变形，提高了经济效益并加快施工进度，是一种安全高效的基坑群施工方法。

Description

一种复杂基坑群支护系统的分时序开挖方法
技术领域
本发明属于地下空间开发施工领域，具体为复杂基坑群支护系统的分时序开挖方法。
背景技术
随着我国地下空间建设规模的不断扩大，地铁与综合管廊的建设也越发多见，已产生显著经济效益和社会效益。城市地下空间一体化开发利用使城市建设立体项目之间的连通性得到保障，地下空间与地上空间快速协调，地下空间与地面设施配套科学，极大程度上减少了地铁建设、综合管廊建设和其他市政基础设施空间设置以及高层建筑之间存在的矛盾。
在地下空间建设中，基坑开挖是至关重要的环节，目前基坑工程已由单个基坑向多个基坑组成的基坑群发展，多个相邻基坑同时开挖的情况越发多见，而单个基坑分区施工技术已有较多成果，可控制基坑变形及长边效应，但研究对象多为邻近地铁隧道的单个深大基坑，对数量多、地质条件复杂的基坑群研究较少。相邻基坑环境影响的叠加效应会对引发土体复杂变形行为，由于土方卸荷与地下水等因素，基坑群施工时基坑间相互作用，不同地块划分及施工时序下基坑开挖变形差别大，而合理优化基坑群开挖施工时序可在确保工程安全的前提下，减少基坑施工间相互影响，合理缩短工期，保证基坑群施工的经济效益。
发明内容
解决的技术问题：为了克服现有基坑群开挖技术的不足，对4个面积差别大、高差超过15m的相邻深浅交错基坑，合理设置支护系统及其施工时序，并划分不同基坑间的开挖时序，以及单个基坑开挖开挖阶段与区域，减少了对地层扰动，避免基坑间动态干扰，减小了基坑变形，提高了经济效益并加快施工进度。
技术方案：
一种复杂基坑群支护系统的分时序开挖方法，所述系统包括：复杂基坑群，包含已完成地下室结构的东侧分区小基坑，以及相邻东侧大基坑，中部狭长地铁深基坑，西侧大基坑；基坑群围护系统，包括三轴水泥土搅拌桩、地下连续墙、灌注桩排桩、等厚水泥土搅拌墙、高压喷射注浆桩，且相邻基坑共用围护墙体。基坑群竖向支承系统，采用立柱桩；基坑群降水系统，疏干潜水设置疏干井，降低承压水头设置降压井；基坑群水平支撑系统，钢筋混凝土支撑设置在基坑沿深度方向处。
优选的，一种复杂基坑群支护系统的分时序开挖方法，包括以下步骤：
a.首先施工东侧小基坑的三轴水泥土搅拌桩与地下连续墙，并对其进行分区，完成东侧分区小基坑的开挖与回筑，施工完成地下室结构，而其余两个分区基坑暂不开挖，作为东侧大基坑的加工场地；
b.在东侧小基坑施工期间，同时进行东侧大基坑、西侧大基坑的围护与竖向支承系统施工，东侧大面积浅基坑中，围护结构首先施工槽壁加固体三轴水泥土搅拌桩，待其完成后施工地下连续墙，桩与墙净距不小于80mm。待地下连续墙施工结束并达到设计要求后，在接缝处施工超高压喷射注浆桩；西侧大基坑中，西侧围护结构依次施工灌注桩排桩与止水结构等厚水泥土搅拌墙，净距为150mm，东侧围护结构首先施工槽壁加固体三轴水泥土搅拌桩，待其完成后施工地下连续墙，并在其施工完成达到设计要求后，在接缝处施工超高压喷射注浆桩；
c.待东侧分区小基坑地下室结构完成后，进行东侧大面积浅基坑开挖，开挖前施工完成疏干井与降压井，并随开挖深度按需降水。开挖分为三个地块，首先对中部地块分层开挖加撑，待开挖至底板后，再对南北两侧地块同时对称分层开挖加撑；东侧大面积浅基坑开挖具体时序为，首先进行整体覆盖层B-I开挖，开挖至第一层的钢筋混凝土支撑下部0.5m后，施工第一层的钢筋混凝土支撑；中部地块施工时序为，依次放坡开挖第二、三、四层土方，并在每层土方开挖至支撑以下0.5m后，及时施工第二、三层的钢筋混凝土支撑以及底板部分对应区域；待施工完成中部地块的底板部分对应区域后，进行两侧对称地块施工，依次对称放坡开挖第二、三、四层土方，开挖完成后，施工第二、三层的钢筋混凝土支撑以及底板剩余对应区域；放坡开挖过程中，土坡坡度不大于1∶1.5，且挖土高差不大于3m；
d.在东侧大基坑中，对称地块的第一层的钢筋混凝土支撑施工完成后，进行西侧大基坑开挖，开挖前施工疏干井与降压井；覆盖层由中间向两侧退挖，其下每一层都分为4个阶段以及26个分区，开挖过程中按需降水并随挖随撑；具体开挖时序为，待覆盖层开挖完成并施工第一层的钢筋混凝土支撑后，分块对称放坡开挖第二层土方，由中间向两侧退挖，并随着开挖施工第二层的钢筋混凝土支撑对应区域；分块对称放坡开挖第三层土方，由中间向两侧退挖，并随着开挖施工第三层的钢筋混凝土支撑对应区域；分块对称放坡开挖第四层土方，由中间向两侧退挖，并随着开挖施工施工底板；
e.待东侧大基坑与西侧大基坑的地下室结构施工完成后，进行中部狭长地铁深基坑的开挖施工，分层开挖并施工支撑与底板。
优选的，所述复杂基坑群包括并行的4个面积差别大、高差超过15m的相邻深浅交错基坑。
优选的，三轴水泥土搅拌桩由直径850mm、间距600mm的单排三轴搅拌桩构成，与地下连续墙净距不小于80mm，桩顶与地面平齐，采用P.O42.5级硅酸盐水泥，水泥掺量不小于20％。
优选的，灌注桩排桩由直径950mm、间距1150mm单排桩构成，与等厚水泥土搅拌墙净距为150mm，强度等级为水下C35，最大水胶比0.5，抗渗等级为P8。
优选的，等厚水泥土搅拌墙厚度700mm，采用P.O42.5级硅酸盐水泥，水泥掺量不小于25％，水灰比为1.5～2.0。
优选的，地下连续墙厚度为1000～1200mm，强度等级为水下C30～C40，抗渗等级为P12，槽段间采用工字钢接头。
优选的，超高压喷射注浆桩直径为2200mm，采用150°摆喷，采用P.O42.5级硅酸盐水泥，水泥用量700kg/cm3，水灰比1.0。
优选的，疏干井直径为700mm，采用多滤头真空管井，每250m2布置一口，降压井直径为700mm，每400m2布置一口。
优选的，立柱桩直径为800～1000mm钻孔灌注桩，混凝土强度等级为水下C30，钢材采用Q345B钢。
优选的，钢筋混凝土支撑为角撑加对撑形式，东侧大基坑与西侧大基坑均设3层支撑，中部狭长地铁深基坑设8层支撑，强度等级为C35～C40。
有益效果
(1)不同基坑共用地下连续墙与三轴水泥土搅拌桩，可减少施工耗材、加快工期。(2)采用地下连续墙、等厚水泥土搅拌墙、降水井的设置，可实现止水与降水相结合，在地下连续墙接缝处施工超高压喷射注浆桩，加强了止水效果，防止地下水渗漏。(3)通过对基坑间开挖时序及单个基坑地块划分，有效减少基坑相互施工的扰动，减小基坑尤其是墙体变形并加快施工进度。(4)优选支护系统施工技术控制参数，可有效控制施工质量，避免事故发生。
附图说明：
图1是本发明所述基坑群平面示意图；
图2是本发明所述基坑群a-a剖面示意图；
图3是本发明所述东侧大基坑分区开挖b-b剖面示意图；
图4是本发明所述西侧大基坑分区开挖c-c剖面示意图；
其中，1为地层，2为三轴水泥土搅拌桩，3为地下连续墙，4为地下室结构，5为立柱桩，6为超高压喷射注浆桩，7为灌注桩排桩，8为等厚水泥土搅拌墙，9为疏干井，10为减压井，11为钢筋混凝土支撑，12为底板，13为土坡。
具体实施方式：
以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1
南京江北新区地下空间一期项目，该项目西至万寿路及万寿路西侧规划道路，北至定山大道北侧规划路，东至胜利路及胜利以西规划路，南至商务西街及商务西街北侧规划路，总用地面积48公顷，区域内共计24个地块，规划商办用地21块，广场绿地3块，基坑群开挖深度最小约15m，最大处约44m。总建筑面积约120万平方米，功能包括商业、地下环路、市政管廊、轨道交通、停车、设备机房等。所处地层从上至下依次为人工填土、粉质黏土、淤泥质粉质黏土、含淤泥质粉质粘土夹黏土、粉细砂、含砾中粗砂、粉砂质泥岩，场地水文地质条件复杂，基坑面积、开挖深度、水位降深大，地下水控制难度大；地连墙深度大，施工质量较难控制，围护渗漏、管涌风险大；降水周期长，周边地层沉降风险大。
该项目基坑群中由4个并行相邻基坑，参照图1所示，实施例基坑群由A、B、C、D四个基坑构成，其中基坑A长420m、宽50m，为地下两层建筑，顶板上覆土厚约2.0～2.5m。底板下中间设置有地铁4号线的区间段，区间与地下空间合建，在地下空间底板与区间顶板之间的空腔内设置综合管廊，管廊净高为2.4m。主体结构采用框架结构形式，基础采用平板式筏板基础，管廊及区间段采用箱涵结构形式。普遍区域深18m，地铁区间深35m；浅基坑B长436m，宽96m，普遍区域底板厚度为1000mm，塔楼底板及承台厚度为1500～2500mm，挖深14.95～16.45m；浅基坑C长425m，宽127m，面积约54000m2，挖深14.9-16.4m。北侧为九袱洲路，南侧为横江大道，西侧为定山大街西二路，东侧为13号线地铁区间；深基坑D为13号线地铁区间，长428m，宽16m，挖深31.4m。
基坑A东侧围护墙，其地下连续墙厚度为1000mm，B区基坑西侧及南侧围护体采用1200mm厚地下连续墙，东侧局部区域围护体采用1000mm厚地下连续墙，北侧采用800mm厚地下连续墙，在成槽前采用Ф850@600三轴搅拌桩进行槽壁加固。C区基坑东侧及南侧采用1200mm厚地下连续墙，东侧地下连续墙深75m，南侧深72m，后续施工与狭长地铁基坑D共用围护墙，地下连续墙成槽前用Ф850@600三轴搅拌桩加固。地下连续墙施工要求为：抗渗等级为P12，竖向主筋保护层厚度为70mm，墙槽段之间采用工字钢接头；地下连续墙浅层采用液压抓斗式成槽机施工，进入砂层、岩层后可采用铣槽机施工；钢筋笼整体吊装时，地墙主筋与主筋连接采用机械连接接头，主筋接头间距大于1200，并在同一连接区段内的接头不得多于总数的50％；三轴水泥土搅拌桩槽壁加固设置在地下连续墙两侧，加固体与地下连续墙的净距不小于80mm。
在共用地下连续墙接缝处，均设置RJP超高压喷射注浆，确保相邻基坑开挖时地墙接缝止水可靠，待周边地下连续墙施工结束，并达到设计要求强度方可施工。施工采用P.O42.5级普通硅酸盐水泥，水泥用量700kg/m3，水灰比为1.0；压力控制气压不小于0.7MPa，水泥浆液压力大于40MPa，旋喷提升速度小于6cm/min，水泥浆液流量大于90L/min。钻杆在提升过程中的转速小于15r/min，注浆管分段提升的搭接长度大于100mm；28天无侧限抗压强度标准值不小于1.5MPa，垂直度偏差不超过1/200。
基坑C的北侧及西侧采用Ф950@1150灌注桩排桩结合等厚水泥土搅拌墙，排桩深35m，等厚搅拌墙深55m。西侧围护桩内边线与地下室外墙边线距离不小于250mm，灌注桩外边线与止水帷幕内边线之间净距为150mm。西侧灌注桩排桩强度等级水下为C35，最大水胶比0.5，抗渗等级为P8。北侧灌注桩排桩强度等级水下为C30，主筋保护层厚度50mm；等厚度水泥土搅拌墙采用P.O42.5级普通硅酸盐水泥，水泥掺量不小于25％，水灰比1.5～2.0。挖掘液采用钠基膨润土拌制，每立方米被搅土体掺入80～100kg/m3的膨润土，墙体垂直度偏差不大于1/250，墙深偏差不大于50mm，墙体渗透系数不大于10-7cm/sec。采用TRD-III型设备进行施工，用水平轴锯链式切割箱沿墙深垂直整体搅拌，同时在切割箱底部注入挖掘液或固化液。采用三工序成墙施工工艺(即先行挖掘、回撤挖掘、喷浆成墙搅拌)，对地层先行挖掘松动后，再进行喷浆搅拌固化成墙。
基坑B、C设置3道钢筋混凝土水平支撑，基坑D设置8道钢筋混凝土支撑采用角撑加对撑的形式，支撑强度等级为C35～C40，主撑尺寸最小为800×800mm，最大为1400×900mm，围檩尺寸最小为1100×800mm，最大为1700×1000mm，施工时严禁超挖，并随开挖及时加撑；立柱桩采用钻孔灌注桩，直径为800～1000mm，混凝土强度等级为水下C30，钢材采用Q345B钢，桩体垂直度偏差不大于1/200，配置泥浆相对密度不大于1.1，含砂率不大于1％。
该工程基坑群开挖时序如下：
(1)首先施工基坑A的三轴水泥土搅拌与地下连续墙，并对其进行分区，完成分区基坑A-1的开挖与回筑，施工完成地下室结构。
(2)在基坑A施工期间，同时进行浅基坑B和C的三轴水泥土搅拌桩、地下连续墙、灌注桩排桩、立柱桩、超高压喷射注浆桩的施工；待基坑A-1地下室结构完成后，进行浅基坑B开挖，开挖前施工完成疏干井、降压井，并随开挖深度按需降水。开挖分为三个地块，首先对中部地块分层开挖加撑，待中部地块开挖至底板后，再对该基坑南北两侧地块同时对称分层开挖加撑，开挖过程中采用盆式挖土方法，分区、分层、分开、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖。
(3)在浅基坑B南北两侧地块首道支撑完成后，开始进行浅基坑C开挖，该基坑采取分层开挖方式，除覆盖层土方，其余各层土方开挖深度均超过5m，开挖阶段采用台阶式分层开挖，开挖深度达到2.7m时保留周边8m水平范围土方在进行下挖，下挖坡比为1∶3。覆盖层由中间向两侧退挖，其下每一层都分为4个阶段、26个分区，开挖过程中按需降水并随挖随撑。
(4)中部狭长地铁深基坑D目前尚未开挖，正等待浅基坑B、C的地下室结构施工完成。

Claims (9)

1.一种复杂基坑群支护系统的分时序开挖方法，其特征在于，所述系统包括：复杂基坑群，包含已完成地下室结构(4)的东侧分区小基坑A-1，以及相邻东侧大基坑B，中部狭长地铁深基坑D，西侧大基坑C；基坑群围护系统，使用地下连续墙(3)作为承载及隔水围护，三轴水泥土搅拌桩(2)设置在地下连续墙(3)两侧进行槽壁加固，西侧大基坑C西侧围护结构采用灌注桩排桩(7)，止水结构为等厚水泥土搅拌墙(8)，在共用的地下连续墙(3)接缝处设置超高压喷射注浆桩(6)；基坑群竖向支承系统，采用立柱桩(5)；基坑群降水系统，疏干潜水设置疏干井(9)，降低承压水头设置降压井(10)；基坑群水平支撑系统为钢筋混凝土支撑(11)，分别设置在东侧大基坑B、西侧大基坑C、中部狭长地铁深基坑D沿深度方向处；其开挖方法包括以下步骤：
a.首先施工东侧小基坑A的三轴水泥土搅拌桩(2)与地下连续墙(3)，并对其进行分区，完成东侧分区小基坑A-1的开挖与回筑，施工完成地下室结构(4)，而其余两个分区基坑A-2、A-3暂不开挖，作为东侧大基坑B的加工场地；
b.在东侧小基坑A施工期间，同时进行东侧大基坑B、西侧大基坑C的围护与竖向支承系统施工，东侧大基坑B中，围护系统首先施工槽壁加固体三轴水泥土搅拌桩(2)，待其完成后施工地下连续墙(3)，桩与墙净距不小于80mm； 待地下连续墙(3)施工结束并达到设计要求后，方可在接缝处施工超高压喷射注浆桩(6)；西侧大基坑C，西侧围护结构依次施工灌注桩排桩(7)与止水结构等厚水泥土搅拌墙(8)，净距为150mm，东侧围护结构首先施工槽壁加固体三轴水泥土搅拌桩(2)，待其完成后施工地下连续墙(3)，并在施工完成达到设计要求后，在接缝处施工超高压喷射注浆桩(6)；
c.待东侧分区基坑A-1地下室结构(4)完成后，进行东侧大基坑B开挖，开挖前施工完成疏干井(9)与降压井(10)，并随开挖深度按需降水； 开挖分为三个地块，首先对中部地块B-1分层开挖加撑，待开挖至底板(12)后，再对南北两侧地块B-2同时对称分层开挖加撑；东侧大基坑B开挖具体时序为，首先进行整体覆盖层B-I开挖，开挖至第一层的钢筋混凝土支撑(11)下部0.5m后，施工第一层的钢筋混凝土支撑(11)；中部地块B-1施工时序为，依次放坡开挖第二层土方B-1-II、第三层土方B-1-III、第四层土方B-1-IV，并在每层土方开挖至支撑以下0.5m后，及时施工第二、三层的钢筋混凝土支撑(11)以及底板(12)的部分对应区域；待施工完成中部地块B-1的底板(12)部分对应区域后，进行两侧对称地块B-2施工，依次对称放坡开挖第二层土方B-2-II、第三层土方B-2-III、第四层土方B-2-IV，开挖完成后，及时施工第二、三层的钢筋混凝土支撑(11)以及底板(12)的剩余对应区域；放坡开挖过程中，土坡(13)坡度不大于1∶1.5，且挖土高差不大于3m；
d.在东侧大基坑B中，对称地块B-2的第一层的钢筋混凝土支撑(11)施工完成后，进行西侧大基坑C开挖，开挖前施工疏干井(9)与降压井(10)；覆盖层C-I由中间向两侧退挖，其下每一层都分为4个阶段C-1、C-2、C-3、C-4以及26个分区，开挖过程中按需降水并随挖随撑；具体开挖时序为，待覆盖层C-I开挖完成并施工第一层的钢筋混凝土支撑(11)后，分块对称放坡开挖第二层土方，开挖土方顺序依次为C-1-II、C-2-II、C-3-II、C-4-II，并随着开挖施工第二层的钢筋混凝土支撑(11)的对应区域；分块对称放坡开挖第三层土方，开挖土方顺序依次为C-1-III、C-2-III、C-3-III、C-4-III，并随着开挖施工第三层的钢筋混凝土支撑(11)的对应区域；分块对称放坡开挖第四层土方，开挖土方顺序依次为C-1-IV、C-2-IV、C-3-IV、C-4-IV，并随着施工底板(12)；
e.待东侧大基坑B与西侧大基坑C的地下室结构施工完成后，进行中部狭长地铁深基坑D的开挖施工，分层开挖并施工支撑(11)与底板(12)。
2.根据权利要求1所述的一种复杂基坑群支护系统的分时序开挖方法，其特征在于，所述复杂基坑群包括并行的4个面积差别大、高差大于15m的相邻深浅交错基坑，其中东侧小基坑A已完成东侧分区小基坑A-1地下室结构施工。
3.根据权利要求1所述的一种复杂基坑群支护系统的分时序开挖方法，其特征在于，三轴水泥土搅拌桩(2)由直径850mm、间距600mm的单排三轴搅拌桩构成，与地下连续墙(3)净距不小于80mm，桩顶与地面(1)平齐，采用P.O42.5级硅酸盐水泥，水泥掺量不小于20％。
4.根据权利要求1所述的一种复杂基坑群支护系统的分时序开挖方法，其特征在于，所述灌注桩排桩(7)由直径950mm、间距1150mm单排桩构成，与等厚水泥土搅拌墙(8)净距为150mm，强度等级为水下C35，水胶比不大于0.5，抗渗等级为P8；等厚水泥土搅拌墙(8)厚度700mm，采用P.O42.5级硅酸盐水泥，水灰比为1.5～2.0。
5.根据权利要求1所述的一种复杂基坑群支护系统的分时序开挖方法，其特征在于，地下连续墙(3)厚度为1000～1200mm，强度等级为水下C30～C40，抗渗等级均为P12，槽段间采用工字钢接头。
6.根据权利要求1所述的一种复杂基坑群支护系统的分时序开挖方法，其特征在于，所述超高压喷射注浆桩(6)直径为2200mm，采用150°摆喷，采用P.O42.5级硅酸盐水泥，水泥用量700kg/cm3，水灰比1.0。
7.根据权利要求1所述的一种复杂基坑群支护系统的分时序开挖方法，其特征在于，疏干井(9)直径为700mm，采用多滤头真空管井，每250m2布置一口，降压井(10)直径为700mm，每400m2布置一口。
8.根据权利要求1所述的一种复杂基坑群支护系统的分时序开挖方法，其特征在于，立柱桩(5)采用钻孔灌注桩，直径分别为800～1000mm，混凝土强度等级为水下C30，钢材采用Q345B钢。
9.根据权利要求1所述的一种复杂基坑群支护系统的分时序开挖方法，其特征在于，钢筋混凝土支撑(11)为角撑加对撑形式，东侧大基坑B与西侧大基坑C均设3层支撑，中部狭长地铁深基坑D设8层支撑，强度等级为C35～C40。
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