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某临近铁路的排水泵站深基坑支护方案优化

基坑支护优化 基坑优化 278 2021-02-24 13:04:37

某临近铁路的排水泵站深基坑支护方案优化

1、工程概况

惠州市火车西站某排水泵站,位于西站的永联路东侧,基坑支护深为8.5~9.63m,基坑周长约为110m,基底面积约为342㎡。

基坑ABCDE段外侧为市政道路(其中ABC段外侧须避开110 kV高压线走廊),距基坑边约12.0 ~15.0 m,FGHIJ段外侧则为京九铁路,距基坑边大约只有8.0m。

本工程深基坑使用年限为1年,根据相关规范和标准,安全等级为Ⅰ级。

本场地地貌类型属山前冲积扇,场地岩土层从上到下依次为:第四系人工填土、第四系冲积的粘性土、侏罗系强~中风化砂岩。本基坑壁主要为第四系的素填土及冲积的粘性土,个别地段见出露强风化岩。各地层与锚固体粘结强度分别取值为:素填土18kPa、粉质粘土65kPa、强风化岩120 kPa 等。本场地地下水类型主要为赋存于第四系松散土层中的孔隙水和下伏风化岩体中的层状岩类孔隙~裂隙水。揭露土层为弱透性,富水性较差,水量贫乏;基岩强–中风化岩带裂隙发育,但裂隙多为风化产物充填,富水性较差。地下水主要接受大气降水及岩土层间渗流补给。水位受季节性影响明显,施工期间,测得各钻孔混合水位介于1.40 ~1.70 m。场地地下水水位年变化幅度约为1~2m。

2、方案优化

原设计基坑采用的支护方案为:周边均采用钻孔灌注桩支护形式,钻孔灌注桩为Φ1000mm@ 1500mm,桩长为7~11.8 m,桩身嵌入基底不小于3.0 m,桩顶部设置冠梁1000mm x 800mm,混凝土强度等级为C30。为避免悬臂桩桩顶变形较大,在坡体处设2~3排锚索,锚索长为17.0 ~25.0 m,纵横间距为2.5~3.0 m,锚索拉杆采用3条(每条规格为7Φ5)钢绞线,在锚头位置用200 mm x 200 mm x 20 mm 钢垫板于冠梁上,采用OVM锚具进行张拉锁定。预应力锚索设计拉力为250 kN,锁定值为200 kN,材料为低松驰高强钢绞线3×15.2( 7 xΦ5)@2500 mm,锚索的水平倾角均为20°。同时,基坑外侧设置1排水泥土搅拌桩止水帷幕,使基坑周边起到止水作用,用以防止水土流失产生不均匀沉降。水泥土搅拌桩直径为Φ550 mm,搭接宽度不小于200 mm,桩长进入基坑底不少于1.0 m或进入强风化岩止。另,在基坑坡顶、坡脚各设一道300 mm x 300 mm 的砖砌排水沟,以截排地表水,并在坑底坡脚转角处及距离约40 ~ 50 m处设1000 mm x 1000 mm x 1000 mm的集水井,以排泄基坑内的地下水。


经分析,钻孔灌注桩入岩须采取冲击工艺,施工时的振动、挤压土体对铁路可能会产生影响,需经过论证,并与铁路主管部门协商,此其一;其二,工程位置靠近110 kV高压线,受钻孔机具机架高的限制,需要考虑保证6 m的安全距离;其三,火车西站三孔桥排水整治工程属于惠州市青年河小流域和水环境综合整治工程其中的一个单位工程,考虑工程整体工期安排,本单位工程需在本年度汛期前完工,但单钻孔灌注桩一项(含锚索施工)所占用的工期约需55 d,即占用关键工期过长,需重新对原进度方案进行编排及合理规划。


本文针对该工程所处不利环境的特殊性,为确保工程安全和质量,对深基坑支护施工方案进行了如下优化。

2.1、泵站建筑物平面布局的优化

保持进水井建筑物结构不变,将配电间/控制室与进水井位置调换,使得泵站整体可往西北向(即远离铁路方向)平移4 m,并同时兼顾避开高压线(图1)。进站水流流态由顺时针变为逆时针,水流流态不受影响。

 

2.2、基坑支护形式的优化

由于修改了建筑物结构平面位置,基坑有了放坡开挖的空间。基坑支护形式优化为:把原钻孔灌注桩支护形式,改为适度放坡+钻孔桩(局部,即铁路信号塔处设3根Φ1000 mm 钢筋砼支护桩)+锚索(土钉)+坡面挂网喷射砼的支护形式。即边坡上部设1排钢筋锚杆,锚杆长9 m、用Φ25钢筋;下部设2~3排锚索,锚索长18.0 m,纵横间距为2.0 m,锚索拉杆采用3条(每条规格为7Φ5)钢绞线,在锚头位置用200 mm x 200 mm x 20 mm钢垫板于冠梁上,采用OVM锚具进行张拉锁定。锚索设自由段长为5.0 m,锚固段长为13.0 m。设计值为250 kN,锁定力为200 kN。

与原方案相比,优化后方案不但基坑的安全性提高,工期缩短到40 d,而且施工也相对简便了。

2.3、取消水泥土搅拌桩

根据本工程的地质勘察资料,本工程地下土层为弱透性,富水性较差,水量贫乏,考虑到本工程场地受高压线的影响,且为防止搅拌桩机具干扰铁路电气设备,故建议取消了水泥土搅拌桩止水帷幕,有利于节省成本。

2.4、增加锚索锚固长度,优化锚索施工工艺

由于深基坑工程是一个比较复杂的系统工程,尤其针对临近铁路干线的深基坑,其支护结构的优选受许多因素制约,本工程施工时间安排在了春运期,为防止铁路路基下的锚索频繁受到震动而产生应力松弛,靠京九铁路侧的边坡支护的第2、第3排锚索长增为25. 0 m/根,以确保锚索锚固段入岩深度能达到10. 0 m。锚索施工要点及工艺优化如下:

1)基坑开挖自上而下进行,每层土钉为一个开挖层,每层开挖深度应在该层支护体下0.5 m范围内,须及时支护,严禁超挖。

2)预应力锚索采用MDL-135D型锚杆钻机成孔,孔径为130 mm;钻孔前应根据设计要求定出孔位,孔位允许偏差为20 mm,钻孔倾斜度允许偏差为3%。

3)对于湿、中密、遇水易软化的粉土层,由于容易塌孔,采取水钻法成孔、套管跟进。

4)对于入岩部分,成孔时采取风钻。

5)锚索在孔外留有不少于1.0 m的张拉段,钻孔深度应大于锚索设计长度0.5 m,终孔后应认真清孔。

6)注浆采用孔底注浆工艺,注浆管应插至距孔底300 mm处,水泥结石强度不得小于30 MPa。注浆方法采用二次注浆工艺,初次注浆孔口溢浆即止,二次注浆在初次注浆2 h后进行,终灌压力不得小于0.5 MPa,终灌时间不得小于10 min。

7)待锚固体灌浆强度达到设计强度的75%后方可进行锚索张拉、锁定,每根锚索均按设计拉力的1.1倍进行预张拉。

喷锚支护结构采用《理正深基坑支护》F- SPW6.0版软件计算。其计算采用荷载–结构模式,模拟施工阶段结构的受力及变形特点。内力按弹性地基杆系有限元法计算分析,模拟开挖、支撑的实际施工过程,基坑外侧土压力按朗肯主动土压力进行计算,土层按水土合算。计算荷载:基坑外侧考虑朗肯主动土压力,地面超载取20 kPa、铁路附加荷载取60 kPa。经计算,优化后的支护体系安全系数≥1.3,满足强度、变形要求。

3、基坑监测

基坑开工前周边已有建筑物现状应拍照留存公正,已有建筑物观测应包括沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜,建筑物变形观测预警值不得超过规范规定的建筑物正常使用极限状态。

沉降监测:采用DSZ2型自动安平水准仪(加测微器)配合锢钢水准标尺。精度指标为每公里往返测量标准偏差±0. 7 mm(配 FS1微测器和锢钢标尺)。水平位移及倾斜监测采用宾得R-322型全站仪,精度指标:测角精度为2",测距精度为2 mm + 2 ppm。

根据现场实际情况需要,沿基坑边缘和铁路路基上布设监测点,重点控制铁路侧,开挖施工期间每天监测1次,遇变形有发展迹象时加密监测。

基坑顶部位移及沉降监测点布置在距边坡顶沿约30 cm处及铁路路基边,每隔约5 m布设1个点,监测点顶部磨平并刻划细“+”字作为对中标志。施工布设点位时可根据场地实际情况适当调整监测点数量及位置。各类变形监测基准点应定期进行检测,每周检查1次,以避免因基准点变形对变形监测点的错误形变判断。

基坑支护结构变形预警:变形速率或原有裂缝扩张速率达到1 mm/d。周边铁路挡墙变形警戒:变形速率或原有裂缝扩张速率达0.2 mm/d。在施工过程中,安排人员经常巡查,及时填堵裂缝,防止雨水下渗,出现突变情况要及时作信息反馈,会同相关方商讨解决办法。


经测:基坑边沿的中间段,变形和位移较大。其中最大沉降值为4.9 mm,位移最大值为2 cm。铁路信号塔基沉降5 mm、位移3 mm。铁路路基本无变形,铁路挡墙无有张拉开裂迹象。施工期间,各监测点均未达到预警值,基坑支护结构及周边铁路挡墙在施工过程中整体处在安全状态,至基坑回填各点变形量均未达控制值,水平位移及沉降曲线渐趋平缓。

4、结语

通过对泵站平面布局及深基坑工程原来支护方案进行优化,避开环境不利的因素,同时采取经优化的适度放坡+锚索(土钉)+坡面挂网喷射砼的支护形式及施工工艺,造孔机具选用容易,施工简单方便;优化后的基坑稳定安全储备较大,基坑支护适应变形能力强,效果较好,在施工时较容易实现。后期在喷锚支护的保护下,基坑开挖、地下建筑物施工顺利,亦未影响临近基坑的铁路安全运行。