逆作法施工工艺在西安一立交工程中的应用
摘要:逆作法是地下结构工程的一种有效施工方法,该工艺能有效减小基坑开挖时对四周建筑物、道路、地下管线及其他市政设施的影响。本文结合西安市西门立交工程主体箱涵的施工,介绍了逆作法施工的工艺d代写工程硕士论文过程,指出了施工中应注意的问题及控制措施。
随着人们对地下空间的开发和利用日益增多,基坑工程不仅数量增多,而且深度增加。特别是位于市区的深基坑工程,施工场地狭小、施工条件复杂,如何减小基坑开挖时对四周建筑物、道路、地下管线及其它市政设施的影响,越来越引起人们的关心和重视。逆作法是施工地下结构工程的一个有效方法,已在一定规模上应用于地下箱涵、大型地下商场、地铁、隧道等结构工程。
关键词:地下建筑;逆作法;基坑;箱涵
1逆作法施工原理逆作法是对地面以下部分的结构自上而下施工,借助地下结构自身对基坑产生支护能力,来保证基坑土方开挖,利用地下各层的钢筋混凝土板的水平刚度和抗压强度,使地下的钢筋混凝土板成为基坑支护桩(墙)的水平支撑点,并利用基坑外不同方向的土压力(包括被动土压力)的自相平衡来抵消对坑壁支护桩(墙)的不利影响[1]。因此,施工时一般先施工钢筋混凝土板,再挖板下面的土方。
2逆作法技术特点与传统的大开挖施工方法比较,逆作法施工地下结构有下述技术特点[2]:(1)可缩短工程施工的总工期;(2)基坑变形小,相邻建筑物的沉降少;(3)可节省支护结构的支撑;(4)可节省土方挖填方费用;(5)有利于结构抵抗水平风力和地震作用;(6)可简化基坑的施工工序,有明显的经济效益;(7)社会交通压力小。
3逆作法应用实例
3.1工程概况西安市西门立交工程位于西关正街,西门与环城西路十字交叉口,该处交通流量大,修建立交工程对于缓解西门十字交叉口的交通拥堵,保证车辆畅通有着重要意义。西门立交设计为分离式立交,南北向交通走地下,东西向交通及转弯车辆走地面。立交主体为钢筋混凝土箱涵结构,长84 m,净宽16 m,净高5.4 m,位于地面以下。主体箱涵混凝土强度等级为C40。箱涵顶板厚80 cm,侧墙厚120 cm,底板厚100～147 cm。箱涵基础自下而上为3︰7灰土厚50 cm,C10混凝土垫层厚10 cm。全箱涵每21 m设1道沉降缝,共设3道。箱涵结构见图1。3.2地质情况岩土工程勘察报告书显示:现状地面下7.4 m深为素填土,主要成分为黏性土,含有砖、瓦碎块,土质不均,结构松散。环西路现状给水管道、天然气管道及电信管道距箱涵侧墙外壁较近,净距1.8～3.0 m
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3.3施工方案选择由于主体箱涵结构位于城市主干道交叉口,且该地区土质不良,杂填土较厚,若采用大开挖施工,基坑开挖深度达8.5 m,上开口宽度达27.2 m,将造成整个西门交叉口交通中断;而且临近的2条上水管道、1条天然气管道、1条电信管沟必须迁移;同时,大开挖施工露天作业受天气因素影响大。若采用逆作法施工,则需沿箱涵侧墙布置支护桩,但只需开挖结构范围以内的土方,临近的其他管线也无需迁移,节约了工期和投资。由于结构自上而下施工,所以箱涵顶板施工完后就可局部开放交通,对交通影响减小,而且由于支撑桩及箱涵顶板先施工,后续工程受天气影响小,施工安全性高。综合考虑以上因素,该工程决定采用逆作法施工。3.4逆作法施工工艺流程
3.4.1支护桩施工支护桩采用跳桩法施工。钻孔灌注桩直径为1 m,间距2 m,桩长16.5 m,沿侧墙方向布置,进入侧墙内45 cm,施工时在桩内预埋侧墙位置的钢筋以保证侧墙主筋数量。支护桩的作用一是支撑顶板及上部荷载;二是护壁,保证顶板下土方开挖时的侧壁土体稳定。支护桩是箱涵施工阶段主要支撑结构。待支护桩混凝土强度满足要求后,进行箱涵顶板施工。
3.4.2箱涵顶板施工顶板底模利用土基修筑,必须保证底模高程、强度及平整度。在施工中底模结构为(自下向上):20 cm厚3︰7灰土,密实度95%;5 cm厚C10混凝土垫层;上铺规格为244 cm×122 cm×1.8 cm竹胶板。从完工后效果来看,顶板底面平整、光洁,外观质量良好。顶板混凝土采用蓄热法养生。
3.4.3土方开挖顶板强度达到设计要求后,即可进行箱涵内土方开挖。因为箱涵空间尺寸较大,顶板底面至基础底面净高为7 m,两侧墙净距为16.5 m,所以我们采用挖掘机配合装载机进行土方开挖转运,大大提高了出土效率。
3.4.4箱涵底板与侧墙施工土方清运完成后,先施工箱涵底板,然后,清理侧墙部分的桩身,砌砖外模并进行防水处理,最后进行侧墙施工。
3.5施工中应注意的问题(1)因为灌注桩钢筋笼内已预埋了侧墙部分的钢筋网,所以必须控制好钢筋笼顶面高程,以保证与顶板钢筋高程的衔接。若误差较大,则会影响顶板两侧的高程。(2)为保证侧墙的混凝土浇筑,顶板施工时,在两边侧墙位置间隔1.0 m,预埋"150钢管作为侧墙混凝土浇筑的下灰口,侧墙混凝土浇筑完后,用同标号混凝土将预埋管填实封闭。(3)箱涵顶板厚度0.8 m,侧墙厚度为1.2 m,施工又值冬季,为避免出现裂缝,所用商品混凝土采用低水化热的秦岭牌P•O 42.5R水泥,并掺加Ⅱ极以上优质粉煤灰,掺量为90 kg/m3,水泥用量控制在380 kg/m3。同时,要注意加强养生,及时覆盖保温,防止因内外温差过大而引起裂缝。(4)灌注桩内预埋的侧墙钢筋在与底板钢筋连接时,由于接头较多,焊接难度大、速度慢,焊接长度也不易保证。为保证钢筋连接强度及施工进度,对"25 mm主筋采用了钢筋镦粗直螺纹连接技术连接,既保证了连接质量,又大大提高了速度。(5)由于顶板与侧墙、底板与侧墙不是一次浇筑而成,为保证混凝土良好的结合,在侧墙混凝土浇筑前,顶板、底板与侧墙接触面及桩身进入侧墙部分必须清凿干净,并涂刷专用混凝土界面剂,同时,为防止侧墙与顶板连接处出现收缩裂缝,当侧墙混凝土浇筑至距顶板50 cm,采用同标号微膨胀混凝土,以保证侧墙混凝土与顶板混凝土结合紧密。(6)由于侧墙模板是单侧支撑,所以在施工中应注意:①使用拉杆时,必须将拉杆与灌注桩桩身钢筋焊接。②两面侧墙尽量同时施工,以便同时支撑,有利于支撑牢固,若先浇筑单侧侧墙时,模板钢管支撑要与底板、顶板撑实,并提前在底板预埋支挡钢筋,斜撑按3～4层均匀布置。③侧墙混凝土浇筑时下料速度不能过快,单侧95 m3混凝土控制在6～8 h浇筑完毕为宜,以防止混凝土侧压力快速增加造成跑模。
4结语逆作法从根本上改善了基坑开挖的条件,把传统的一次性大面积开挖变成了有层次、有阶段的小面积开挖;把传统的护坡桩变成了既护坡又承载的两用图1西门立交箱涵横断面图(cm)桩,降低了成本,缩短了工期,有明显的经济效益和社会效益。同时,逆作法把传统护坡桩的“悬臂梁”式或“简支梁”式结构变成了“框架式”结构,因此,比较可靠的控制了边坡侧移,保护了临近管线及建筑物的安全,并使后续工序的施工安全性大大提高。逆作法是一种值得推广的施工工艺。
4.4.4注浆孔的设置注浆孔的设置原则是:沿区间隧道开挖轮廓线外双层排列布孔,砂卵石地层浆液扩散半径R=0.75 m,相邻孔间距1 m(终孔)。为适应机械钻孔操作,注浆孔呈伞状布置,见图2
。每个断面布孔数为31个,其中:12 m左右的长孔18个,8 m左右的短孔13个。为保证注浆范围内的浆液充分扩散,使土体完全得到填充加固,注浆长、短孔应交替布置。4.5注浆施工钻孔及注浆采用隔孔跳跃、由内向外、先上后下的形式逐渐扩散依次进行。
4.5.1钻孔施工工艺确定终端孔位→安装钻机→计算钻孔角度→确定近端掌子面上的孔位→钻孔4.5.2主要注浆参数(见表3
)4.5.3每根注浆孔注浆量控制标准(1)单孔注浆终压达0.30 MPa,持续15 min,吸浆量很少或不吸浆时,结束该孔注浆。(2)单孔注浆量达到0.32 m3/m时,结束该孔注浆。
4.6注浆施工监测及结果
4.6.1效果分析评价因为注浆是在洞内操作,所加固的土体方量大于设计量,所以有一部分将在隧道掘进时被挖除,其比例为30%～40%。从开挖检查来看,浆液基本上沿注浆孔四周均匀扩散,充填于砂、石颗粒间隙中,并固结;浆液最大渗透范围可达1.5～2.5 m,靠近注浆孔20～30 cm处浆液更为明显;即便是浆液不多的部位,砂卵石的自稳能力、承载强度也都有明显的提高;隧道开挖断面周边整齐,无坍塌现象,在相同条件下,其拱顶下沉值比其他部位明显减少。土体加固后的桥桩结构下沉最大只有6.3 mm,低于允许值,保证了施工及结构安全。超前深孔注浆改变了土层性状,使隧道上部土层具有了一定的抗压强度,与开挖断面的拱形结构共同起到了支撑保护作用。
4.6.2沉降观测对比(见图3)图3中数据显示,采用洞内深孔注浆的区域比未注浆段的地面沉降量有明显的减小,沉降影响范围也相应减少。
5结语洞内深孔注浆不占用地表空间,不影响交通及地面设施的正常运行,但操作难度大,且工期长,不能与开挖施工同步进行,所以需要合理安排好工期。由于注浆操作是在上台阶的前掌子面进行,并且有相当一部分掌子面土体,受注浆浆液的渗透影响,也被填充加固,增加了核心土的整体性,因此也提高了工作面的稳定性,有效地控制了上部地层和桩基沉降。
参考文献:
[1]姚建国,黄树炉,刘明.地铁施工对既有桥梁沉降的影响分析[J].市政技术,2005,(S2):77-79.
[2]中华人民共和国建设部,JGJ 123-2000既有建筑物地基基础加固技术规范[S].北京,2000.
图2/注浆孔布置表3注浆参数表参数名称注浆参数参数名称注浆参数注浆孔深度/m 6～14浆液凝结时间/min 0.33～30注浆孔直径/mm!46注浆压力/MPa 0.2～0.3浆液扩散半径/m 0.75注浆速度/(L/min)11～40图3沉降观测对比•24•