深基础半逆作法施工技术.docx
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深基础半逆作法施工技术
天信国际金融培训大厦
━━深基础“半逆作法”施工技术
中建八局一公司
塘沽分公司第一经理部
一九九七年十一月八日
一、工程概况
1、概况
天信国际金融培训大厦工程是由天津信托投资公司投资兴建的,是以
高级行政办公培训用房为主,集办公、餐饮、娱乐为一体的综合性金融建
筑。
该工程位于天津市河西区围堤道(中环线)与友谊路交口处,占地面
积 4200m2,总建筑面积 40086m2,建筑总高度 105.9m,属超高层建筑。
地
上 27 层,地下二层;基础底标高为-10.7m,属深基坑。
2、基础形式和环境情况
基础为钢筋砼箱形基础,下设钢管砼灌注桩。
基础长度 66.1m,宽
55.7m,层面积为 3681.77m2,本工程北距中环线干道 4.2m,西距居民住宅
楼(六层)6.5m,南距民房 0.8m,东侧距工商行天津市分行超高层金融培
训大厦 10.7m,地界狭小,紧临城市要道,地下管网复杂,施工中不允许对
其有任何影响,故给基础施工带来极大困难,也给基础施工方案的选择带
来了限制。
3、土质情况
本工程的场地属海相冲积平原,其地层属第四系全新纪,上中为更新
纪海相沉积层,陆相冲积物。
从自然地坪至-18.6m为淤泥及淤泥质粘土,
内聚力仅 7--19KN/m2。
其主要特点为:
土质条件差,含水率高,渗透系数
小,内聚力小.
二、基坑支护结构选择拑
1、由于场地狭窄,不允许大开挖;
2、因土质含水率大,且渗透系数小的特点,排除密排钢板桩加环梁
的方案;
3、土质差,若采用锚杆,在天津软土地区施工安全可靠性低、施工
复杂、工期长,排除锚杆挡土方案;
4、地下连续墙作基坑护壁,以平衡土体来保证地连墙稳定,待零层
板施工完毕,作为水平内支撑的半逆作法施工工艺,其优点是:
⑴、利用地下连续墙围护作工程的承重结构墙体,能有效的降低工程
造价;
⑵、利用地下结构层梁、板作围护结构的水平支撑,节省坑内水平支
撑费用;
⑶、采用半逆作法施工,地上、地下同时施工,缩短了施工工期,而
且克服了全逆作法施工逆作出土量大的缺点;
⑷、结构变形小,确保对原有建筑安全及交通、道路、管线不受影响;
⑸、因地连墙封闭,基坑采用大口井降水不影响周围设施。
三、半逆作法施工工艺
本工程半逆作法施工工艺流程如下图:
(1)
┏━━━━━━━━━━┓
┃平整场地、放线┃
┗━━┳━━━━━━┳┛
┃┃
┏━━━━━┻┓┏━┻━━━━━┓
┃ 浇筑导墙┃┃ 基础砼灌注桩 ┃
┗━━━━┳━┛┗━━┳━━━━┛
┏━━━━━━┻━━┓┃
┃ 浇 筑 地 连 墙┃┃
┗━━━━━━┳━━┛┃
┏━━━┻━━━━━━━━┻━━━┓
┃浇筑平衡土体灌注桩┃
┗━━━━━━━┳━━━━━━━━┛
┏━━━━━━━━━━┻━━━━━━━━━━┓
┃地连墙范围内大口井降水(见附图 3)┃
┗━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━┛
┏━━━━━━━━━┻━━━━━━━━━━┓
┃第一次挖槽至负一层梁板下皮(-3.5m)┃
┗━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━┛
┏━━━━━━━━━┻━━━━━━━━━━┓
┃ 按平衡土体设计坡角挖至正施部分槽底标高 ┃
┗━━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━┛
┏━━━━┻━━━━━━┓
┃ 清除桩头(正施部分) ┃
┗━━━━┳━━━━━━┛
┏━━━━━┻━━━━━━━┓
┃正施部分底板砼施工┃
┗━━━━━┳━━━━━━━┛
┏━━━━━━━┻━━━━━━━━┓
┃地下负一层板施工(逆施保留)┃
┗━━━━━━━┳━━━━━━━━┛
┏━━━━━━┻━━━━━━┓
┃零层现浇板砼施工┃
┗━━┳━━━━━━━━━┳┛
┏━━━━━┻━━┓┏┻━━━━━┓
┃逆施部分施工┃┃上部结构施工┃
┗━━━━━━━━┛┗━━━━━━┛
四、工艺流程及主要施工方法
1、地下连续墙施工方法:
在开挖土方之前,用专用的成槽机械(GZQ1250 双钻成槽钻机),在所
定的导墙位置,开挖一条狭窄深槽,用膨润土泥浆护壁,每次开挖一定长
度(一个单元槽 3-5 米长),待开挖至设计深度并清除沉淀下来的泥渣后,
将在地面上加工好的钢筋骨架(一般称为钢筋笼),利用起重机械吊放入
充满泥浆的槽内,用导管法浇注砼,由于砼是由槽底部开始逐渐向上浇注,
所以,随着砼的浇筑即将泥浆置换出来,待砼浇至设计标高后,一个单元
段施工完毕,各单元墙段之间用一定的接头形式相互连接,形成一道现浇
式地下连续墙,呈封闭状,既可挡土,又可挡水。
2、降水方式:
基坑降水利用大口井降水方法,降水井深 18m,抽水深度 16.5m,采用
20m 扬程潜水泵抽水,坑内布置共 20 口井.
地下连续墙封闭后立即抽水,在一个星期后,即可开始挖土,大口井
随挖土逐步裁井。
视出水量及降水情况,在底板砼浇注前,保持少量水井
抽水,并做好底板砼施工后封井处理。
为避免由于坑内降水,造成坑外水位下降,影响周围建筑及地下管网
损伤,为此,在地连墙外侧设置回灌井,并安排专人观测水位变化情况,
如水位下降过大应及时灌入足够数量的水,从而阻止受地下水流失造成地
基下沉。
3、土方开挖分二步三次进行,即:
第一步土方采用机械挖土,挖至
标高-3.5m;第二步,应充分发挥机械化施工的优势,挖至正逆部分基底标
高,但必须注意开挖第二步土方时,控制标高视地连墙悬臂的最大允许应
力值和变形量,注意保留平衡土体、坡角符合设计要求。
(详见附图三)
4、当土方挖至第二步,基槽成盆状,基坑中心(正施部分)可挖至
-10.7m 的设计底标高;为便于逆施部分结构层支模,采用退踏放坡;第三
次挖土采用人工开挖。
(逆作部分土方)
5、本工程施工程序是,当地下一层(标高-3.5m)梁板砼浇筑完成后
(逆施除外),按正常施工进行零层梁板及以上部分砼施工,待零层板砼
强度达到设计强度的 100%后,再同时进行下部施工,即开挖逆作部分平衡
土体,随预留出土孔连续挖土,至负一层板标高后浇筑砼。
待砼强度达到
设计强度的 100%后,进行负二层逆施施工。
五、逆施支承桩、柱施工
逆作支承桩不仅是逆作状态下承受地上、地下楼层结构自重和全部施
工荷载。
而且该桩连柱也是工程正式结构桩,基础采用桩径 600mm,桩长
28m 的钻孔灌注桩,支撑柱采用钢格构柱,嵌入支撑桩内 2000mm,随着逐
层挖土,逐层将圆桩剔出方形格构柱,基桩和格构柱的连接、格构柱与结
构层板连接采用环板焊接。
桩施工严格控制桩的轴线位移和垂直度,对基
桩承载力及理论沉降作充分验算,确保正逆施工变形一致。
详见附图一。
六、地连墙与内部结构钢筋连接
为保证地下连续墙体与结构层板连接的整体性,首先将连接面处砼表
面凿毛处理,结构楼层水平钢筋与地连墙的连接采用钻孔、插筋、CGM 灌浆
锚固连接技术。
CGM 灌浆料是由冶金总院研制的,是一种具有高流动性好、早强、高
强和微膨胀性能的复合灌浆材料,该材料粘结强度对于圆钢一天可达
6.1Mpa,螺纹钢可达 31Mpa,且一天的膨胀率可达总膨胀率的 80%以上,对
于螺纹钢,仅需钻孔长度为 15 倍钢筋直径,灌浆 7 天后可确保钢筋拔断而
不拔出,该施工技术简单易行,质量可靠。
七、逆作法施工区砼浇筑
由于逆作法施工后浇砼先浇砼的下部,因此,必须解决以下几点:
a)提供最小的操作空间;
b)尽可能减少支撑系统沉降和结构变形,保证上下层砼连接紧密;
c)确保逆作钢筋砼剪力墙墙体上口密实;
针对以上情况,采取砼入口处模板随表面上升至顶部逐步封浆,直墙
模板顶部设喇叭口,在砼配合比设计考虑微膨胀剂及预埋 DN15 钢管,压浆
等措施。
八、垂直运输预留孔洞设置
由于采用“半逆法”施工,±0.000 结构梁板已完成,逆施部分土方及
施工材料进出处于封闭条件下进行,所以需留设上下贯通的垂直运输通道,
本工程充分利用南侧车库坡道完成地下土方外运,并在北侧和东侧预留
4×3 米孔洞安装井架完成地下室施工垂直运输任务。
九、防水做法
虽然地连墙及底板均采用抗渗砼,但地下连续墙槽段接头,地下连续
墙与底板连接处,正施底板施工缝处,中间支承桩穿透底板处都是砼自防
水的薄弱环节,故采取如下措施:
1、底板施工缝处加设德国罗美克斯注入式止水条;
2、地连墙和底板内侧做 1.5mm 厚硅橡胶防水涂料;
3、地连墙内侧浇捣 200 mm 厚 C20S8 钢筋砼内衬;
十、大口井封井程序和方法
为确保底板抗渗万无一失,基础底板砼浇筑前仅留 3-4 口降水井暂不
作封堵,采取先导流,再压浆封堵的措施,效果显著。
详见附图二。
十一、深基围护监测
半逆作法施工因在基坑开挖阶段,仅靠平衡土体来保证地连墙的稳定,
而平衡土体提供被动土压力必然需要发生一定的位移,而软弱土层,在发
生多大位移情况,提供多大被动土压力往往与理论计算偏差较大,为确保
基础施工安全进行,对整个基础施工实施监控信息管理,做到信息施工。
1、地连墙水平位移:
基坑轮廓虽为不规则矩形,但最大位移将发生在各边中部,为此沿基
坑周边地连墙帽梁上设 28 个位移观测点,长边为 8 个,短边为 6 个,另外
在每中间部位设置一个垂直观测点,内埋铝合金导管,用以监测地连墙各
指定部位水平位移;经实测长边中部最大位移值为 8cm,短边中部为
6.5cm。
2、水位观测:
在地连墙外水位观测井自基坑降水至基础施工完,水位无明显变化,
证明连续墙施工无渗漏。
并对周围建筑物及原有设施监测,实测结果表明:
地连墙水平位移随挖土深度而不为增长,随后逐渐缓慢,最后达到稳定。
采用“半逆作法”施工是可行的。
3、地连墙土压力试验:
①、测点布置:
在西侧选一槽段,埋设土压力盒,分别测试施工过程
中的主动、被动土压力,取得被动数值与该状态下位移关系,测试结果表
明,土压力基本符合朗金土压力理论。
由于连续墙水平位移不大,被动土
压力实测值远远小于朗金理论极限平衡状态计算值,因此实测结果与朗金
理论是一致的。
②、周期:
自挖土开始,每 2 天测一次,挖至槽底 5天测一次,经实
测,墙体发生计算位移时,土体被动土压力实测值仅为理论计算值的
50%。
4、周围建筑物及马路沉降:
在周围散水上设 5 个观测点,马路上设 5 个观测点,在各点设固定测
标使用精密水准仪观测,从挖土至基础施工完;经实测,楼房相对沉降仅
为 9mm。
十二、社会效益、经济效益
1、采用地下连续墙结构自支承的半逆作法施工方法,不受各种土质
条件限制适用于土层复杂的软土地基;
2、在地下水位较高地区,能有效地避免由于施工降水而引起的地面
沉降及相邻建筑物的沉降,尤其适用于城市建筑稠密地区施工;
3、由于采用连续墙作为地下围护及结构外墙,正施过程中,以平衡
土体来确保地连墙的稳定,在逆施过程中以结构层作为内支撑,有效降低
了工程造价,比传统的支护方式,节约费用 7-11%,具有较好的经济效益;
4、采用连续墙施工降水又不需完整的降排水系统,综合比较其施工
费用相对不高,即:
比传统降低费用 5—8%;
5、“半逆作法”施工工艺,为在软土地基上进行深基施工,提供了新
的切实可行有效的方法。
附录一、降水计算
1、降水深度:
S'=10.7+0.5-1.4=9.8m
155.7
2、单井深度:
S=S'+─-×── =12.59m
102
12.59
3、有效带深度:
因 s/s+L=─────=0.834
12.59+2.5
H =1.92(S+L)=1.89(12.59+2.5)=28.52m
4、影响半径k 取 0.6m/d
R=2S H K=2×12.59 28.52×0.6
=104.2m
(2H-S')S'
5、基坑涌水量:
Q=1.36K─────
LgR'-Lgr
1.366×0.6×(2×28.52-9.8)×9.8
=───────────────
Lg104.2 -Lg28.52
379.4
=─────
2.02-1.46
=677.5 m3/d
6、单井进水量:
q=dv=3.14×0.4×2.5×19.6×0.5
=43.52m3/d
677.5
7、井数目:
n=Q/q=─── =15.5 =16
43.52
8、间距:
a=2(L+B)/n =2×(66.1+55.7)/16
=15.23m
a〈15d=15d=15×3.14×0.4=18.84
在基坑四角多加4口井,共计:
16+4=20 口
9、核算坑内水位
Q
h'=H- ───(Lg104.2-Lg28.52)
1.366k
= 257.8 =16.1m
S'=H - h'=28.52-16.1=12.42m
10、井深度:
12.59+2.5+1.4=16.5m
11、抽水设备选用每井安一台潜水泵,扬程 20m,流量 30m3/h.
附录二、地下连续墙计算:
设墙厚 800,砼强度C30
㈠入土深度计算:
根据地质勘察报告提供数据:
H=10.7 米,H =10.7-1=9.7 米
r=18.6KN/m3 =1.86t/m3
=19.5q=1.5t/m3
则主动土压力系数:
119.5
Ka=tg(45 - ─(45 + ───) = 20
22
=19.5 则 k 取 1.60
经修正后:
Kp=K Kp=1.6×2.0=3.2
⑴、求eq Pa
eq =qKa =1.5×0.499×10.7=17.94t/m2
⑵、计算压力为 0 的位置 Y
Pa17.94
Y =─────= ─────── =3.57m
r(Kp-Ka)1.86(3.2-0.499)
⑶、计算平衡土体,简化为支撑力Ra
M=0
LgH(H/2+Y)+1/2HPa(H/3+Y)+1/2HY(2/3Y)
Ra=─────────────────────
L + Y
0.499×9.7×(9.7/2+3.57)+1/2×9.7×17.94(9.7/3+3.57)+1/2×
9.7×2/3×3.57
=──────────────────────────────
.23+3.57
40.76+592+41.2673.96
=──────────── =───=99.11 T/m
6.86.8
Y=0
P =eq H +1/2Pa H +1/2 Pa Y-Ra
=0.499×9.7+1/2×17.94×9.7+1/2×17.94×3.57-99.11
=4.84+87+32-99.11
=24.74 T/m
计算连续墙入土深度 t
6P6×24.76
t =Y+Z=Y+────=3.57+──────
r(Kp-Ka)186(3.2 -0.499)
148.6
=3.54+ ────
5.02
=3.54+5.44=8.98m
t=1.1×t =1.1×8.98
=9.88m
㈡、连续墙最大弯矩值
求Q=0 的位置 x 值
Y=0
1
Ra-Lqx-── x (Pa-Lq) =0
2 H
1x
Ra-0.499x-─ ×──×(17.94-0.75)=0
210.7
0.8x+0.499x-99.11=0
-0.499+ 0.499 +4×0.8×99.11
x =────────────────
2×0.8
-0.499+ 317.4
=───────────=10.8m
1.6
求Mmax当 x=10.8m,Q=0
0.499×10.817.94×10.8
Mmax=99.11(10.8-3.57)-──────-──────
1.66×10.7
=716.6-29.1-352
=335.5 t m
附图五附图六
一、工程概况---------------------------1
二、基坑支护结构选择-------------------1
三、半逆作法施工工艺-------------------2
四、工艺流程及主要施工方法-------------3
五、中间支承基桩及其施工---------------5
六、连续墙体与内部结构钢筋连接---------5
七、逆作法施工区砼浇筑-----------------6
八、垂直运输孔洞留设-------------------6
九、防水做法---------------------------6
十、大口井封井方法---------------------7
十一、深基围护监测---------------------7
十二、社会、经济效益分析---------------8
附录:
(一)深井降水计算
(二)地下连续墙计算
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- 基础 作法 施工 技术