广州地铁二号海湾广场站深基坑支护设计

广州地铁二号海湾广场站深基坑支护设计

广州地铁海珠区广场站位于广州市海珠区广场西侧，全长147米，朝南走向。车站标准宽度21.1m,结构4层,底板开挖深度地面以下约26.5m,最深处27.50m。基坑围护结构设计为地下连续墙,墙厚800mm(混凝土C25、S8),最深29m,平均入岩深度为9m左右。采用水平预应力钢管支撑。基坑标准段设5道钢管支撑,水平间距为2～5m,垂直间距为3～5.4m。南端盾构井和北端设7排钢管支撑,其中水平间距为2.5～5.24m,垂直间距为1.4～5.0m。车站施工场地自地表以下为杂填土、淤泥层、砂层、残积土等,下伏基岩为泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩和泥灰岩,富水性强,且地下水位与珠江水位紧密相连,有长年不枯的补给源泉。地下水位埋深2.80～4.50m。主要工程量:土石方90000m3,钢管支撑1900t。1基本开挖1.1土方开挖和放坡,分考虑南端盾构井必须最先移交,确定整个工程施工流向自南向北进行。采用PC200和PC300两种型号的土方挖掘机,正常挖掘高度为4.5m。土方开挖时,要满足钢管支撑施工及土方施工机械在基坑内正常的施工运作所需高度,车站挖土必须分区、分层开挖,在基坑内采用横向放坡,预留反压土措施(见图1),纵向放坡道以满足施工需要。在标准段调整钢管支撑间距,预留两个出土口(出土口净宽度不少于4m),原设计图中南、北两个端头井的水平、斜向支撑组成的三角形井也可作为出土口。4个出土口,确保土石方开挖施工进度1.2支护结构(1)岩层开挖方法基坑内全风化岩、强风化岩和中风化岩均为泥岩。其中全风化岩强度比较低,可以采用反铲挖掘机直接开挖,强风化岩和中风化岩强度比较高,采用液压油炮凿岩破碎机松动破碎,无需炸药爆破,进展十分顺利。(2)分层开挖方法(1)第1、2层土方开挖,利用基坑两侧宽6m的混凝土临时交通道路,配备2、3台挖掘机和十几辆土方运输车,以多点交叉作业为主。从表面挖至第1道钢管支撑底以下1.00m时进行钢管支撑的安装。钢管支撑施工同时,先挖去第1至第2道支撑间的中间部分土方,横向放坡预留反压土待第道钢支撑完成施加预应力后再挖除反压土第3、4层部分土石方开挖,利用一大一小、一上一下两台反铲液压挖掘机,呈踏步式配对作业。由进入基坑内的挖掘机挖土转至基坑边,再由地面上位于基坑围护结构外侧的长臂挖掘机装上自卸车。(3)第4层以下土石方开挖,在基坑内挖掘机将土方及破碎后的岩石装入4.0m3吊斗,利用预留出土口由70t履带吊吊至地面。(4)当石方开挖接近设计底高程时,按设计规定,基底200mm岩石采用人工风镐凿除。2基地维护项目2.1钢管支撑的安装设计钢管支撑规格为600厚12mm和14mm,共计429根钢管。根据设计要求,第1道钢管支撑设通长围檩,第2～7道钢管支撑不设置围檩,钢管支撑安装时要施加预压力(直支撑按设计轴向力的50%～70%计,斜支撑按设计轴向力的10%～15%计)。各道支撑施加预压力为:标准段支撑1～5分别为800、1000、1000、1000、1000kN;南北端斜支撑1～7分别为100、206、208、248、248、248、248kN。2.2管道安装和设备的连接50t履带吊1台,100t液压千斤顶6台,30t液压千斤顶1台,电焊机5台。2.3预应力钢管支撑的安装(1)第1道钢支撑围檩的制作和安装考虑到施工的方便和节省材料,原设计第1道通长钢围檩改为2.0m长,支撑点设在地下连续墙两槽段之间工字钢接头处。(2)端构件及钢围檩的安装在安装钢管支撑前,首先进行端构件(设有钢围檩的先安装钢围檩)的安装。将L75mm×75mm×8mm直接焊在钢板上,再垂直方向焊两条L75mm×75mm×8mm支托端构件,并伸出200mm,以便钢管支撑的连接安装。(3)钢管支撑安装及施加预应力原设计的预应力钢管支撑垫块采用600mm、δ=14mm钢管,焊接困难,难以施加预应力。建议设计采用了2I45c组合型钢替代,兼顾安装及拆卸方便,将钢管支撑活动端头改造成如图2所示的端头。钢管支撑在地面上拼装后,用50t吊机采用两点吊方法,吊到托座上。就位和校正后,顶进器施加预顶力将钢管支撑稍为撑紧后安装钢楔,采用分级加压的方法加压到设计要求的预顶力,随即进行钢楔紧固。预压应力保压≥30min。(4)出土口位置处理出土口位置将两条钢管支撑并排安装,再在钢管支撑两端增加钢围檩与八角撑(I36c或[32)。2.4钢管支撑换撑方案钢管支撑拆除流程:解除钢管支撑约束,起吊放下支撑,拆除托座及钢板,进行下一道工序水泥砂浆批荡支撑端头及侧墙防水施工。南端钢管支撑布置如图3所示,原设计南端盾构井第1施工段底板浇完第3d,即拆除第7道支撑,第6道支撑不能同时拆。在浇筑地下4层下半侧墙并恢复第7道支撑后方可拆第6道支撑,再浇筑地下4层上半侧墙。根据钢管支撑轴力和墙体位移测试结果显示(见表1),在第7道钢管支撑拆除完成,南端盾构井下半截侧墙钢筋绑扎完成后,第6道钢管支撑轴力变化幅度很小,再结合南端地质资料分析,第7、6道支撑撑在中风化岩层上,土压力为零,考虑基岩裂隙较发育计入部分水压力,侧压力很小,认为可以拆除第6道支撑,最后经设计院反馈同意,即时调整施工作业程序,拆除第6道钢管支撑后再进行地下4层侧墙混凝土浇筑,侧墙混凝土浇筑分3次,第1次浇筑高度为4.0m,第2次浇筑2.5m,第3次与地下3层楼板一起浇筑。因第5道支撑与地下3层楼板施工有冲突,为保证基坑安全和施工需要,在拆除第5道钢管支撑,进行地下4层侧墙(第3次)与地下3层楼板的钢筋、模板、混凝土施工前,需进行换撑,其具体步骤如下:(1)确定换撑后第6道钢支撑支撑轴线标高为-11.100m,即比原第6道钢支撑轴线标高-12.031m上升了0.931m;(2)盾构井地下4层侧墙钢筋绑扎在第6道支撑位置处预埋支撑钢板,规格为800mm×800mm×12mm,混凝土浇筑完成72h后安装换撑钢管,拆除第5道支撑。3支护结构及支护效果施工过程中对基坑围护结构、支撑、基坑外地下水位、土压力和周围环境进行了监测工作,施工期间2d观测一次。(1)围护结构(地下连续墙)的位移测试(水准仪、测斜管)墙顶的水平位移30mm(向坑内),主要发生在降水阶段和第1道钢管支撑装上之前的开挖阶段;墙体位移(垂直向整幅变形位移),当挖土至21.5m,已加第5道钢管支撑,墙体最大位移为40.03mm(深度为13.50m)。南端盾构井当开挖至设计底板底面时(深度为26.50m),最大位移量稳定为39.74mm(深度为13.50m)。(2)钢管支撑轴向力测试(钢弦式应力计)经测试,南端头井600mm钢管斜撑在土方开挖至底板底高程时,浇筑底板混凝土前最大轴力出现在第5、4道支撑(NB3-YC5),测试值分别为1283.31kN,1273.16kN。(3)坑内、坑外水位变化(水位计)和坑外附近建筑物的沉降(水准仪)监测结果表明:主体基坑外地下水位在6.70左右,变化不大,与珠江水位(龙舟节期间最高水位6.27m)高差变化不大,连续墙外侧局部地面最大沉降量为39mm,周围建筑物及地下管线未受任何影响。(4)收敛观测(SWJ型收敛仪)3个断面均设在标准段。通过对地下连续墙的收敛观测,量测开挖基坑时横断面上某两测点组成的线段随时间的变化而发生相对位移的变化情况。经量测,总收敛值最大内移15.5mm,最大外移9.9mm。4验证施工方案合理性及结果调整施工参数的必要性,进一步明确施工方