浅谈地铁车站围护结构质量控制
浅谈(明挖)地铁车站围护结构质量控制
摘要:本文结合青岛地铁一期工程三号线08标段双山车站的建设工作对地铁围护结构施工中各工序的质量控制要点进行简要归纳总结。关键词:地铁车站;围护结构;质量控制
目前青岛地铁一期工程的建设工作正在进行,我单位承建地铁一期三号线08标段,本标段包括两站一区间,即双山站、保儿站及两站之间的区间段。因地铁施工多在市区进行,基坑周边距城市道路、高大建筑物等较近,静荷载及动荷载较大,所以深基坑支护的质量控制工作就显得尤为重要,只有质量保证了,安全才能有所保证。下面就结合双山车站的地铁建设简单分析一下地铁围护结构的质量控制工作。
一、地铁围护结构技术控制要点
本公司承建车站主体结构采用明挖法施工,支护结构采用三种形式,分别为:钻孔灌注桩+钢管内支撑体系,钻孔灌注桩+锚索体系,吊脚桩。钻孔灌注桩+钢管内支撑体系主要用于地铁车站明挖基坑上部支护,采用此体系平衡基坑上部两侧土压力。钻孔灌注桩+锚索体系用于基坑中下部支护。当中风化岩层标高高出基坑底标高较大时,此部分基坑采用吊脚桩支护,即钻孔桩只入岩2米,桩底距基坑底尚有一段距离,当基坑开挖至吊脚桩底时,打设钢管桩至基坑底对侧壁进行支护。地铁车站围护结构的施工工序主要有钻孔灌注桩施工、高压旋喷桩止水帷幕施工、冠梁施工、钢支撑施工、桩间网喷混凝土施工、锚索施工、钢围檩施工、自进式锚杆施工、钢腰梁施工等。
在组织人员机械进场后首先进行钻孔灌注桩施工,钻孔灌注桩施工完成后进行高压旋喷桩止水帷幕施工,围护桩完成后,分层进行土方开挖,土方开挖与各支护工序穿插进行,即开挖一层支护一层。各工序的质量控制要点总结如下:
1、钻孔灌注桩施工技术控制要点
第一,桩机就位前夯实工作面,确保桩基施工过程中不发生沉陷。
第二,严格控制钻孔桩桩位,双山车站围护钻孔桩桩径1米,间距1.7米,桩顶浇筑宽1米,高0.8米冠梁,。这就要求围护桩施工时,要加强对桩位的校核,确保桩位准确。
第三,成孔过程中,经常检查孔内有无异常情况,钻架有无倾斜,各连接部位是否松动。经常对钻孔泥浆进行检验,不符合要求时,随时进行调整。始终保持孔内泥浆稠度适当、水位稳定,以防塌孔。经常注意土层变化,土层变化处均要留取渣样,判明后记入钻孔进度原始记录表中并与地质剖面图核对。不同土质采用不同的冲程和泥浆稠度,最大冲程不超过6m;岩层中钻进时,尽量提高孔底的泥浆比重和额度,使孔底泥浆由一般的钻渣托浮力变为握裹力,使钻头下的碎岩块裹于泥浆中,以减少岩石的重复破碎。钻孔达到设计标高后,及时通知技术质量检查人员进行钻孔的中心位置、孔径、倾斜度、孔深等进行检查,监理确认合格后进行清孔。清孔注意事项:钻孔至设计标高后,稍提起钻头,离孔底20cm处反复冲击,采用正循环进行换浆清孔,并保持一定水头高度,以防止塌孔。混凝土灌注前进行二次清孔,确保孔底沉碴和泥浆参数满足设计和规范要求。清孔后的孔底沉渣应小于5cm,泥浆指针:相对密度为1.03-1.1,粘度为17-20s,含砂率小于2%。经检验确认清孔满足要求时,立即填写清孔检查单,并经监理工程师签认后方可进行下道工序施工。
第四,成孔后用验孔器检测桩径及倾斜度,验孔器长度不得小于孔径的4~6倍,主筋采用Φ25钢筋,其外径比钢筋笼外径大10cm。加强圈钢筋采用Φ25钢筋,每隔2m设置一道,焊接在主筋内侧,并在加强圈位置焊接2Φ25钢筋作为十字加劲撑。验孔器端部斜锥边边长1m。验孔器制作完成后注意保护,使用过程中均匀设置吊点,确保不变形。
第五、钢筋笼制作安装质量控制。制作:钢筋笼制作严格按照设计图纸及有关技术规范要求进行,在钢筋加工区统一下料、焊接。在现场绑扎,钢筋焊缝错开。安装:在护筒壁安装导向钢管或者方木,确保钢筋笼顺利下到孔中不刮孔壁;在钢筋笼上绑扎混凝土垫块,或者焊接定位钢筋,保证保护层厚度;每根桩的钢筋笼作为一个整体,起吊时,为保证不变形采用两点起吊,第一吊点设在骨架的下部,第二吊点设在长度的中点到三分点之间,钢筋笼可在其中插入两根杉木起吊,以防止变形;钢筋笼吊放到孔中后,将钢筋笼固定在护筒上,确保钢筋笼不上浮或下沉;通过拴桩校验钢筋笼位置并进行调整,钢筋笼就位后用定位钢筋或者钢管固定。
第六、钻孔桩灌注混凝土前,对孔位、钢筋笼中心位置及二次清孔情况进行检查,符合设计及规范要求后进行混凝土灌注施工。灌注过程中,注意对导管上拔的控制,避免出现堵管或断桩。一般灌注混凝土前,导管距孔低30cm,导管低管长度≥4m,其余导管长度宜为2-6m,每次拔管后,导管埋入混凝土面至少2m,但不应大于6m。混凝土应超灌不小于80cm,以保证桩头质量。
2、高压旋喷桩止水帷幕施工控制要点
双山车站采用Ф1200@1700高压旋喷桩,施工前,复核桩位,确保桩位准确。然后检查水泥、外掺剂的质量证明或复试实验报告。检查高压喷射注浆设备的性能,压力表、流量表的精度和灵敏度。施喷前,将钻机定位安放平稳,旋喷管的允许倾斜度不得大于1.5%。水泥浆的水灰比一般为0.7-1.0。由于喷射压力较大,容易发生窜浆,影响邻桩质量,需采用间隔跳打法施工。水泥浆宜在旋喷前1小时以内搅拌。高压喷射注浆完毕后,应迅速拔出注浆管,用清水冲洗管路。为防止浆液凝固收缩影响桩顶标高,必要时可在原孔位采用冒浆回灌或二次注浆等措施。
3、冠梁施工技术控制要点
冠梁施工技术控制主要包括:第一,测量放线准确性,冠梁施工前首先凿除钻孔桩桩头,此时进行标高控制,然后打垫层,放冠梁内外边线;第二,钢筋绑扎要符合设计要求,安装模板前设置好冠梁垫块,保证保护层厚度;第三,混凝土浇筑时控制好混凝土浇筑质量,确保振捣密实,无蜂窝麻面现象;拆模后立即做好混凝土养护工作。
4、钢支撑施工技术控制要点
钢支撑由活动端头、固定端头和中间节组成,各节由螺栓连接。横撑采用φ609(t=16)焊接钢管。由于吊装跨度大,钢支撑安装至少需配备1台100t以上吊机进行吊装。钢支撑安装时正确设置吊点,专人指挥,慢吊慢放。首先将活动端头及固定端头定准盖梁预埋件,暂时担在盖梁上,然后采用2台100t千斤顶对盖梁施加预应力,千斤顶本身附有压力表,本车站第一道钢支撑预加应力20MPa,达到预加应力值后活动端头填塞钢楔块,楔块塞实后将千斤顶降压拆除。
5、桩间网喷混凝土施工技术控制要点
钢筋网片应固定牢固,喷射混凝土时钢筋不得晃动;设计喷混厚度10cm,但具体施工时一般根据现场情况适当调整,喷混结束后不得出现露筋现场;网片搭接长度一般为1~2个网格,喷射混凝土应在每步开挖的底部预留30cm,以便于下步开始后安装钢筋网;网喷混凝土配合比应符合设计要求,双山车站喷射混凝土配合比为水泥:砂:碎石=1:2:2.5;水泥砂浆应拌合均匀随拌随用,一次拌合的水泥砂浆应在初凝前用完。
6、预应力锚索施工技术控制要点
地铁车站围护结构施工中,采用预应力锚索支护施工的工序较为广泛。预应力锚索由自由段与锚固段组成。自由段钢绞线除锈后涂船底漆两遍,然后外套PVC套管,两端20cm范围内黄油充填,外绕扎工程胶布。锚固段每2m设一道架线环,两道架线环中间位置用Ф2铅丝捆扎4道。锚索采用1860级Фs15.2钢绞线制作。具体钢绞线束数根据断面形式有不同的设计要求。在锚固段前端设有采用Ф6.55钢管制作的导向帽。预应力锚索技术控制要点如下:
第一,测量放点要准确;第二,钻机就位开钻前,技术人员对钻机钻杆角度及钻杆的钻进端进行检查,确保锚孔的位置及倾斜角度准确,钻进过程中同样要对钻进角度进行抽查;第三,将要成孔时,为防止砂石堵塞,孔深应比设计深10~20cm;第四,为防止锚孔施工时发生串孔,采用“间隔跳打”的方法施工,即钻进完成一个锚孔后,移动钻机,间隔一个锚孔就位;第五,锚索自由段钢绞线两端20cm范围内黄油充填,外绕扎工程胶布,自由段PVC套管接头部位同样要用工程胶布绕扎牢固,避免水泥浆进入自由段套管内导致后期钢绞线张拉长度不足;第六,若锚孔位于砂土层,钻孔完成后应及时注浆,避免塌孔;第七,锚固段灌浆采用二次注浆法,一次注浆采用灰砂比1:1-1:2、水灰比0.38-0.45的水泥砂浆,二次高压注浆采用水灰比0.45-0.55的水泥净浆,二次高压注浆压力宜控制在2.5-5.0Mpa,二次注浆管采用Ф22聚乙烯管,在锚固段范围内,每隔0.5m设置Ф6的出浆孔,每断面2个孔,出浆孔和注浆管内端头采用胶带纸临时密封;第八,锚固体的强度大于15MPa且大于设计强度的70%时,方可进行锚索张拉锁定,张拉控制应力不应超过锚索杆体强度标准值的0.75倍。张拉时根据设计应力值分级张拉,即张拉至设计强度值的30%、70%、110%时,在每级拉力稳定一段时间后再进行加力。
此外,因车站第一道锚索设计长度一般为20m以上,若车站离城市道路较近,地下管线较多,锚索施工前需确认钻孔施工时不会破坏沿线管线。
7、钢围檩施工技术控制要点
钢围檩施工技术控制要点主要在于标高的控制。即钢围檩吊装前要将底部三角支架的标高控制好,且三角支架要安装牢固。钢围檩吊装时注意安全,吊装完成后,对钢围檩进行焊接,钢围檩与喷混面之间空隙浇筑细石混凝土。8、自进式锚杆施工技术控制要点
自进式锚杆施工准备与锚索施工准备相同,区别在于自进式锚杆直接采用锚杆做钻杆进行钻进,钻至设计深度即完成成孔及穿杆两个工序。锚杆采用φ50空心钢管,第一根钻杆端部安装十字钻头,钻孔完成后钻头即留在孔内。钻杆之间钢套筒连接。施工中同样注意点位与钻进角度的控制。注浆时一定要从锚杆最里端往外返浆直至将钻孔注满。
9、钢腰梁施工技术控制要点
钢腰梁材料均采用Q235B级钢材,主要采用I28a工字钢与20mm厚钢板焊接预制。每隔1.7m设置一个锚索张拉孔。钢腰梁安装前首先安装三角支撑。安装三角支撑前技术人员测量放线,定准三角支撑位置及顶平标高。工人根据支撑顶平利用电钻钻孔,采用膨胀螺栓固定三角支撑。钢腰梁安装就位后,钢腰梁与喷混面之间空隙浇筑细石混凝土。
二、地铁围护结构质量管理要点1、切实做好技术交底工作
技术交底分为项目部内部交底和项目部对协作施工队伍的交底。内部交底一般由工程部组织编写,在项目总工审批后组织项目部人员对每个工序进行技术学习。相对内部交底,项目部对协作队伍的交底就更为重要,因为这是指导工人进行施工的最直接的文件,这就要求编写交底时必须全面、细致、易懂,具有指导性。
2、加强现场管控工作
工序施工过程中,技术人员做好质量控制工作,实施工序质量监控,从工序活动条件(人、材料、机械、方法、环境等)和工序活动效果(即工序的过程标准)两个方面监控,通过管因素、管过程,从而实现工程质量从事后检查过关转向事前、事中控制。
3、做好材料管理工作
原材料进场时,相关材料合格证、质量证明书、质量保证书、检验报告、送货单必须随货同行。依据试验检测计划进行复试并见证。材料进场第一时间同现场监理、技术人员、质检员、材料员、实验员进行现场检验。检验合格后,报现场监理见证取样并委托检测单位试验,试验合格材料才能在工程中使用。
地铁围护结构中,使用预应力钢绞线及网喷混凝土较多。预应力钢绞线应成批验收,每批钢绞线由同一牌号、同一规格、同一生产工艺捻制的钢绞线组成。每批质量不大于60吨。钢绞线的检测项目主要包括六方面:①、表面及外形尺寸检测,逐盘卷检验;②、伸直性检验,;③、整根钢绞线最大力检验,每批取样3根;④、非比例延伸力检验,每批取样3根;⑤、最大力总伸长率检验,每批取样3根;⑥应力松弛性能检验,每批取样3根。每根取样长度宜不少于150cm。网喷混凝土主要做抗压强度检测,采用喷大板切割法取样,在施工时,将混凝土喷射在45cmx35cmxl2cm(可制成6块)或45cmx20cmx12cm(可制成3块)的模型内,在混凝土达到一定强度后,加工成10cmx10cmx10cm的立方体试块,在标准条件下养护至28d进行试验。
4、严格工序报检制度
贯彻自检、互检、交接检的“三检制”制度。“自检”从操作者方面来说是个人或班组对质量的自我把关,保证操作质量符合质量标准。“互检”是互相检查工作,由个人与个人、班组与班组、同工程之间进行。检查工程质量。“交接检”由前后工序、工种之间的交接检查,包括质量、工序完成后清理以及成品保护等各项内容。在技术交底中需明确讲明此规定,每施工完一道工序,协作队伍向项目部报检,项目部自检合格后向现场监理报检,经监理检验合格后方能进行下道工序施工。只有将每道工序质量控制合格,最终整个工程才能符合设计及规范要求,方能投入使用。
5、加强管理人员技术培训
定期组织项目管理人员进行技术培训,熟悉图纸,学习相关规范要求,了解新工艺新技术,提高项目部整体的管理水平。
6、基坑监测:项目部内部监测方法,积极配合第三方检测观察基坑每日的沉降量,一旦出现异常情况,及时联系监理、设计等单位迅速采取有效措施加强支护,保证施工安全。
三、心得体会
地铁施工在青岛市政行业中属近期新增施工项目,缺少经验积累,但地铁项目前景广阔,技术性强,这就要求我们在地铁一期工程建设中边施工边总结,熟悉各工序的施工工艺,积累施工经验,注重自身技术知识的学习,提高企业的整体技术水平。通过实践,个人体会很深刻:
1.按照不同的地质情况设定不同的支撑体系,保证结构安全。
2.同时项目部须完善质量管理制度,逐级报检,对不符合相关要求的工序及时处理。3.项目管理人员必须具备强烈的责任心,防微杜渐,做好现场管控,保证每道工序符合设计及规范要求。
扩展阅读:地铁主变电站与车站基坑围护结构分析
地铁主变电站与车站基坑围护结构分析
摘要:在明挖地铁车站和主变电站施工中,通常采用的围护结构形式有地下连续墙、钻孔桩+止水帷幕、工法桩等3种形式,在详细介绍3种结构形式施工方法的基础上,以苏州地铁一号线中3种围护结构的应用为例,从施工质量、进度、难易程度、工程造价、环境影响等多个方面对3种围护结构进行综合比较分析,对类似工程的设计和施工提供了一定的借鉴。关键词:地铁车站;主变电站;明挖法;围护结构;施工
在城市建设日益发展的要求下,地铁作为地下一种交通运输方式,以它快速、便捷、安全等优点,为缓解城市交通压力发挥了巨大的作用[1-2]。地铁车站和主变电站的施工方法,一般情况下,采用明挖、暗挖、盖挖3种方式,而采用围护结构进行明挖法施工是目前我国地铁车站采用最为广泛的一种施工方法[3]。地铁的基坑工程有两大特点:一是周边环境敏感;二是必须确保安全。大部分地铁基坑工程周边都分布有对沉降敏感的建构筑物、管线等,与此同时,它又常处于交通要道,地面荷载的不确定性较大。一旦发生事故,后果不可设想。我国个别城市在这方面已有深刻的教训。但是,我们不得不考虑,大多数地铁基坑的支护工程均为临时支护结构,投资太大又会造成浪费,因此,如何在确保安全的前提下,选择合理的支护结构形式,显得尤为重要。本文结合作者在苏州地铁参建的多个地铁基坑工程,来重点认识3种常用围护结构的优缺点,及地下连续墙、钻孔桩+止水帷幕、工法桩。
13种围护结构主要施工方法分析1.1地下连续墙围护结构
地下连续墙施工前,首先浇筑导墙,导墙的目的是存贮泥浆,并起到导向的作用,因此,导墙的垂直度要求较高。连续墙开挖采用成槽机成槽,泥浆护壁施工,在成槽过程中,根据成槽进度及时进行钢筋笼制作,在刷壁、清孔完成后,及时吊放钢筋笼,下放导管,浇筑混凝土。连续墙施工工艺流程见图1。连续墙主要适合饱和水砂层、淤泥质土等软弱地质情况[4],苏州地铁主体围护结构采用地下连续墙较多。一般情况下,连续墙的厚度在600~1000mm之间,最厚的也可达到1200mm。地下连续墙在水利工程中应用较为广泛,由于其止水效果好,强度高,是一种最强的支护形式,对周边环境要求较高的、深大、地质条件差的基坑较为适用,但其施工工艺复杂,设备需专门配套,造价较高。
1.2SMW
工法桩围护SMW工法围护桩施工是用三轴搅拌桩机按设计位置对土层实施搅拌后,喷射出按一定配合比的水泥浆液与地基土一起反复搅拌,成柱桩样水泥土混合体,并保证相临柱桩样混合体间重叠搭接施工,然后在水泥土混合体尚未硬化之前插入H型(多数为H型钢,亦有插入拉森式钢板桩、钢管等)钢作为其加劲材料,形成一道具有一定强度和刚度的、连续完整的形似墙体的一种劲性复合围护结构,将防渗挡水与承受荷载结合起来[5]。这种支护形式对粘土和粉细砂最为有效,在一定条件下可替代地下连续墙,如果H型钢等受拉材料能够成功回收,则费用低于地下连续墙。SMW围护结构施工主要包括导墙施工、桩机定位、搅拌施工、水泥浆制作、型钢的插入与拔除等工序。这种围护结构形式在10m以内的浅基坑中具有较强的技术优势,因此在附属结构等开挖深度较浅的结构中应用较多,苏州地铁中部分附属结构采用该种围护结构形式。1.3钻孔桩+止水帷幕结构该种形式的围护结构原理是采用钻孔桩作为主要的挡土结构,止水帷幕作为主要的挡水结构,一般除了钻孔桩外,还有人工挖孔桩、或旋挖桩等多种桩的形式,而止水帷幕有旋喷桩、搅拌桩等形式。它的施工工序是先进行钻孔桩施工,待钻孔桩达到设计强度后进行止水帷幕施工,施工方法较为简单。钻孔灌注桩应用较为普遍,也适用于大多数地层,在我国已得到广泛的应用。基坑工程的深度在7~15m最为合适,在我国北方土质较好地区,已有8~9m的臂桩围护墙[6]。钻孔灌注桩的特点是:墙身强度高,刚度大,支护稳定性好,变形小,无噪声等环境公害,施工时无振动,对周围环境影响小;它也是一种较为灵活的支护结构形式,大多数地层均适用,但在卵石和砂砾石中由于施工困难,应在充分论证的基础上采用。它的缺点是桩间缝隙易造成水土流失,还需要同时配备一定的挡水措施。苏州地铁中部分主体结构和附属结构采用该种围护结构形式。
23种围护结构优缺点分析
3种常见围护结构从工程质量、施工进度、施工风险、工程造价、对环境的影响等多个方面,各有千秋,逐一分析如下。2.1施工质量
连续墙作为挡土兼挡水结构,具有较大的强度和刚度,对于基坑的稳定比其他的围护结构而言较好,而且连续墙施工工艺成熟,施工质量容易保证,接头处一般采用锁口管或工字钢形式,防水效果较好。在质量控制较好的情况下,基坑开挖后可达到不渗漏水的程度,这是其他围护结构较难达到的,图2为苏州地铁汾湖路站开挖后的连续墙照片,基本无渗漏水现象。
工法桩的止水效果主要取决于搅拌桩的水泥用量、搅拌效果等,一旦接头处搅拌不均匀,很容易发生渗漏水,给基坑开挖带来较大的风险。施工中主要控制搅拌桩的喷浆压力、提升速度、水泥浆比重、接头搭接等,避免出现施工冷缝。图3为苏州地铁工法桩照片。
钻孔桩+止水帷幕结构介于连续墙和工法桩之间,从止水效果好刚度方面,虽然不能与形成整体结构的连续墙相比,但是由于钻孔桩的刚度较大,而且有专门的止水帷幕,止水效果较好(见图4)。
2.2施工速度
由于连续墙采用成槽机成槽,水下混凝土灌注,一次性成墙约6m,比较钻孔桩+搅拌桩止水帷幕结构来说,施工速度较快;但是比较工法桩来说,速度较慢,连续墙平均每天成槽1幅(6m),工法桩每天成墙10组(12m)。2.3施工风险分析
连续墙施工最大的风险是钢筋笼吊装,大型钢筋笼重20t左右,笼长30m左右,需要至少一台100t履带吊和一台50t履带吊起吊,吊装安全风险较大,需要做好安全管理工作。另外,成槽过程中可能出现塌孔、缩孔,给周边房屋和管线带来较大的影响。比较而言,工法桩采用一台搅拌桩机进行钻孔搅拌,一台履带吊吊放H型钢,风险较小;而钻孔桩围护采用正循环钻机或旋挖钻机即可施工,工艺最为简单,风险较小,止水帷幕采用旋喷桩或搅拌桩,与工法桩中的搅拌桩施工相似。2.4工程造价
根据我部承担的苏州地铁施工单价,对3种围护结构形式进行造价分析(表1),根据表1数据分析,连续墙造价较高,钻孔桩次之,工法桩最低。
2.5施工环境影响
连续墙施工均为大型机械设备,对场地的要求较高,履带吊、成槽机等均需要较为坚实的路面,而且要求较为空旷的施工场地,防止在吊装中碰撞其他物件,发生危险,另外,施工产生的泥浆处理较为棘手,对环境的污染较大。工法桩施工产生的水泥土可以集中外运处理,对环境影响较小。钻孔桩既产生泥浆,同时止水帷幕施工也产生水泥浆,对环境的污染较大。
3结论和建议
地铁基坑工程中的支护结构是建设者们较为关注的问题,它是一项技术含量高、施工风险大的建设工程。对于每一种地层结构,都要进行一一对应的分析,在通盘考虑安全、经济的条件下,才能得出最有效的支护形式。本文通过3种常用围护结构的对比分析,得出以下几点体会,供设计和施工参考。1)连续墙围护结构施工成本较高,但对于主体结构施工,由于基坑开挖相对较深,连续墙围护较为安全,建议采用连续墙围护结构,支撑体系首道宜为混凝土支撑,其余为钢支撑。
2)附属结构基坑相对较浅,对于富水砂层地段,建议采用钻孔桩+搅拌桩止水帷幕结构,但是搅拌桩一定要穿透透水层,防止基坑开挖过程中出现管涌现象;对于粘土地段,为了节约工程造价,建议采用工法桩。
3)冷缝的处理在砂层建议采用搅拌桩或三重管旋喷桩,粘性土建议采用单重管旋喷桩或双轴搅拌桩。参考文献
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