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所屬欄目:機械論文 發布日期:2010-09-06 17:33 熱度:
香港花園三期淺水灣工程位于青島市香港中路89~93號,工程設四層地下室,筏板式基礎,建筑面積101600m²,其中地下室建筑面積32000m²,基底相對標高-12.6m,工程基礎底面積為9900m²。
2工程、水文地質條件
2.1工程地質
根據地質勘察報告:本工程原地貌形態為海濱平原,建筑場地平坦。主要巖性為人工填土、粉細砂、粗砂、粉質粘土、和碎石土等,其下為分布廣泛完整的弱風化巖作為持力層。基巖層頂標高變化大強風化花崗巖層頂標高-17m—-10m,中風化花崗巖層頂標高-18.8m—-11mm。土方工程量為105600m³,石方量52800m³。
2.2水文地質
該基礎原地下水類型為第四系孔隙潛水~弱承壓水,主要賦存于砂層中,接受大氣降水補給和海水側滲補給,穩定地下水位埋深2.20m—3.30m。受潮汐影響,地下水位日變幅5cm—10cm,動態年變幅1.5m左右。一般地下水位變化較海水變化遲后2-3小時。
3施工方案
施工單位于2006年4月25日進場,即作為開工日期,要求在120個工作日內完成整個基礎工程,工期相當緊張。基坑支護和土方開挖是整個基坑工程能否順利完成的前提,施工方案的選擇重點要考慮以下內容:
(1)如何有效解決臨海復雜地質條件下的深基坑支護和截水問題;
(2)高壓縮工期下土石方開挖與支護工程施工的穿插關系;
(3)石方爆破施工中對基坑邊坡和截水帷幕的保護。
3.1支護方案設計
本工程原招標給定方案:采用長螺旋鉆機鉆孔樁,內外兩排,兩兩相切(兼做止水帷幕),并加設三道預應力錨桿的樁錨支護及止水體系。經對地質報告和周邊環境分析,該方案難以有效解決以下問題:
(1)螺旋鉆機鉆孔入巖困難,臨海基巖分布不均,基巖埋深變化大。本基坑自自然地坪下挖約10.5m,在基巖面以下大部分樁體將出現吊腳樁,難以保證支護樁體穩定。
(2)基巖以上為砂層,砂層錨桿不易成孔,尤其受潮汐和海水侵蝕影響,預應力錨桿能否完全有效發揮作用不能確定。
(3)止水效果差。難以滿足基坑開挖過程中爆破帶來的振動影響。如果采用該方案,為滿足基坑安全要求和止水效果,不僅工程量較原投標量增大,而且應急預案等投資也將大大增加。
現場實際丈量發現,有8m—10m的放坡空間,經論證決定采用高壓旋噴截水帷幕,充分利用可能的放坡空間,對坡面采用土釘掛網噴護(見圖1)。帷幕軸線總長為456m,深度10m—15m,分2序孔施工,旋噴樁咬合,樁徑1.2m,孔距1m(見圖2)。
圖1基坑支護示意圖圖2高壓旋噴防滲樁連接形式
3.2土方開挖
第一步沿基坑帷幕外邊線1.5m開始下挖,下挖深度控制在穩定水位以上,截水帷幕位置的回填塊石隨時清理或局部換填處理,并及時組織帷幕施工。現場自然地平下1.7m后出現地下水,故控制首次下挖深度為1.5m。本次土方開挖量約占土石方總量的17%。
第二步土方開挖時截水帷幕正在施工中,尚未完成封閉,并且已完部分強度較低。為避免上部土方開挖時降排水對帷幕質量造成影響,或造成海水滲入,開挖深度控制在海平面以上。現場在第一步開挖深度基礎上再下挖2m。為避免離帷幕樁較近,在排水過程中對邊坡穩定造成影響,按如下公式計算控制本次開挖邊線與帷幕樁的距離R:
式中:S——基坑水位降深(m)
K——滲透系數(m/d)
H——潛水含水層厚度(m)
本次開挖線離帷幕墻體30米(見圖3),土方工程量占總量的20%。
圖3土方開挖示意圖
以此類推進行下一步土方開挖至基巖面進行爆破,實際施工中在第二步開挖中已暴露出部分基巖,第三步出現大量基巖。并對截水帷幕部分進行放坡、土釘掛網護面。
3.3土方爆破
爆破采用鉆孔松動微差爆破技術。現場利用5段雷管孔外分段延時起爆,段差115毫秒,總裝藥量92Kg,分30段起爆,最大一響藥量為4Kg。利用2臺IDTS3850爆破振動自記儀檢測測點處地面質點在爆破時的最大振動速度,并給出爆區周圍的K、a值,從而得到爆破時對藥量的理論依據。
表1測點處地面質點最大振動速度及K、a值
測點位置距爆區中心(m) 26 27 63 76 82 85
地面質點最大振動速度(cm/s) 0.48 0.40 0.23 -- 0.25 --
建議采用K、a值:K=205a=2
現場爆破檢測數據表明,本次爆破主頻范圍為10HZ—50HZ。符合《爆破安全技術規程》(GB6722—2003)規定的限值。由于對土體中的帷幕樁安全允許振速沒有相應的經驗,為安全起見,設計取V=2m/s作為現場爆破工程的安全標準。
根據此標準,利用前面給出的K、a值,可計算出保護目標不同距離(R)處的單響最大藥量,Q=R³(V/K)3/a。
表2距保護目標不同距離處的單段最大藥量
距離(m) 7 8 9 10 11 12 13
單響藥量(Kg) 0.33 0.49 0.70 0.96 1.28 1.67 2.12
距離(m) 14 15 18 20 25 28 30
單響藥量(Kg) 2.64 3.25 5.62 7.71 15.06 21.15 26.0
考慮爆區周圍環境,最終確定實際施工過程中,整個爆區的單響最大藥量不超過5Kg;在距離邊坡5m以內,單響最大藥量不超過0.5Kg,并在邊坡內側根據地質情況適當預留2m—3m保護層,最后采用小炮松動矗立,以保護邊坡的安全。
3.4基坑降排水與基底清渣
3.4.1基坑降排水
本基坑工程采用截水和集水明排的方式處理臨海豐富的地下水。前期土方敞口開挖時上部滯水,由于工期緊張無法提前做降水井預降水,而是根據具體情況臨時開挖出較周邊地平深的降水溝,集水及時排出,開挖范圍(A)按照帷幕的完善情況決定。排水量(V)按照下式和實際需要確定:
式中:
Q——基坑涌水量(m³)
ro——基坑等效半徑(m)
截水帷幕完成土石方開挖至設計基底后,基坑集水主要有坑壁滲水和持力層底作用的弱承壓水滲透。基于青島地質特點,該承壓水滲透以巖隙水為主,不會造成坑底隆起和突涌現象而影響坑底基巖的穩定。根據基底及周邊出水情況,采用明溝排水及盲溝排水相結合的方式進行降排水。
3.4.2基底清渣
由于工程座落在強風化巖,局部中風化巖的天然地基上,爆破造成的松動部分及細碎石渣均須清除。對于筏板式基礎,規范未對天然地基為巖石的允許沉渣厚度作出規定,如果按照入巖端承樁考慮,沉渣允許厚度≤50mm,尚嫌較厚。結合實際地質情況,基底清理在局部超深部分均用水沖洗至清晰巖面,分區分塊及時澆筑墊層,加強對基底的保護。
4結論
(1)本工程針對現場地質條件,采用截水帷幕+放坡整體作用的復合圍護施工技術,并將奧運村和運動員中心作為整體圍護考慮,實踐證明是成功的。雖然較原招標方案增加了土方開挖量,但支護費用大大減少,綜合比較降低費用139萬元。
(2)工程自2006年5月1日正式進行土方開挖,截水帷幕于5月10日施工,由于合理組織穿插至6月10日完成了全部帷幕施工,土石方開挖同時完成了總量的85%。并已提供出40%的墊層施工工作面。
(3)為解決石方爆破對邊坡和截水帷幕的影響問題,曾考慮在坡腳內5m處設置減振溝,實際開挖過程中,對于機械可以挖動的強風化巖均不采用爆破方式處理。邊坡部位的巖石采用小炮預裂爆破,效果理想。整個基坑石方最終爆破量為18267m³,未對邊坡和截水帷幕造成影響。基坑開挖完成后,整個基坑滲水量不足27m³/h。
文章標題:香港花園三期淺水灣工程大型深基坑開挖技術
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