高水位深基坑快速封闭施工工法.docx
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高水位深基坑快速封闭施工工法
高水位深基坑快速封闭施工工法
1前言
随着城市建设发展，为提高土地资源利用率，节约土地资源，房屋的建筑向着高层化发展，超大深基坑设计越来越多，因此基坑的开挖深度需要越来越深，来满足上层承载力的要求。
部分建筑临江、临河，地下水位较高，给施工带来很多不便。
宜宾市三江口CBD中央商务区一期工程（SJK-A-5-1地块）施工总承包工程，距离长江仅150m，水位深度高于基坑深度5m，针对于项目存在的这种现状，项目开展技术攻关，解决水下基坑底部侧壁不能正常封闭，后续施工工序不能施工问题，总结并形成高水位深基坑快速封闭施工工法。
目前该项技术核心部分已申请国家发明型专利，《一种基坑抗水板构造及施工方法》专利号：
202010627240.X，《一种电梯基坑的水下混凝土封底施工方法》专利号202010627241.4，《一种用于基坑区域支撑的满堂支撑体系》专利号202021267570.4
2特点
2.0.1采用基底扩挖+水下浇筑方式，极大降低止水成本。
2.0.2在施工工期紧张情况下，采用此工法施工，快速对筏板周围进行封闭，极大缩短工期，便于筏板基础结构进行施工。
3适用范围
本工法适用于地下水位丰富，透水性能好的地质情况下，设计水位高于现场实际水位，采用常规手段无法进行降水，深基坑底部止水的处理施工。
4工艺原理
采用换填原理，根据设计验算扩挖原基坑部分地基，采用汽车泵水下大体积混凝土+钢模板组合浇筑混凝土，形成盆状形式止水层。
将高水位透水地质下的基底，侧壁快速密封。
为后续筏基础施工提供充分保障。
5工艺流程及操作要点
5.1工艺流程
5.2操作要点
5.2.1基坑场地移交
土方单位土方开挖施工完毕后，场地进行平整移交。
由测量人员根据设计图纸进行标高和平面尺寸的测定，现场监理单位组织进行复核，确保准确无误。
5.2.2水位分析
根据区域水文地质资料及设计文件，分析周边枯水期与丰水期地下水位，平均水位，最高水位，最低标高。
遇临江河情况，分析当地上游水坝放闸时间。
掌握水位与结构的位置关系，提前布置施工时间、部位及相关施工顺序。
图5.2.2-1水位分析示意图
5.2.3无水基坑扩挖施工
根据水位与结构位置分析，汛期时水位将达到筏板最高标高处。
为防止水位上涨，先施工现阶段无水位置基坑，进行扩挖施工。
因此区域无水，可绑扎钢筋，减少扩挖厚度。
工艺流程;测量放线-土方扩挖-基层清理-垫层浇筑-钢筋绑扎-模板支设（模板支设侧壁）-验收合格-砼浇筑-振捣-模板拆除-养护。
1先进行无水位置基坑扩挖。
由测量人员放出扩挖位置控制点，确保扩挖地基尺寸、标高符合设计要求。
根据设计核算，扩挖深度：
底部侧壁各400mm。
挖掘机先开挖中心部分后，再往四周开挖。
2扩挖完成后，基层找平。
浇筑C20、100mm素混凝土垫层，垫层混凝土达到强度后，清扫干净。
3根据配筋图，采用墨斗弹线进行钢筋定位，绑扎底部及侧壁钢筋。
钢筋接头采用搭接，每一接头区的接头数不得大于钢筋总数的50%，且接头间距离不应小于35d；抗水板钢筋的混凝土保护层厚度为40mm。
4侧壁模板支设，采用18mm模板支设，主楞φ48.3×3.6双钢管间距40mm，次楞50mm*100mm木方间距150mm，并用不同长度的φ48.3×3.6钢管间距800mm做斜撑，斜撑采用扣件相连。
待加固完成后进行验收，验收合格后进行混凝土浇筑。
5采用C40P6抗渗混凝土浇筑扩挖区域，由下往上进行整体浇筑，浇筑完成后，应在12h内用塑料布覆盖，浇水养护。
图5.2.3-1模板支设示意图
5.2.4水下基坑土方扩挖
抗水板施工完毕后，进行有水位置的基坑施工。
采用长臂挖机进行水下基坑扩挖，根据设计核算，在基坑底标高下扩挖厚度1500mm，侧壁开挖厚度距基坑上边线1500mm。
先扩挖中部，再扩挖四周，过程中采用全站仪测量开挖距离，水平仪塔尺测量水下标高，采用皮划艇行至各部位测量，直至满足设计标高。
图5.2.4-1扩挖剖面示意图
5.2.5扩挖底部水下混凝土浇筑
基坑扩挖到位后，浇筑扩挖位置混凝土。
浇筑前停止所有降水措施，保证基坑内水压平衡，减少水流对混凝土浇筑产生离析的影响。
同时为保证浇筑混凝土连续性，施工应形成8米宽环形施工道路，满足车辆双向通行。
确保现场道路畅通。
扩挖区域混凝土配置强度宜比基坑混凝土强度提高10%~20%，其胶凝材料用量不低于400KG/m³。
浇筑高度1800mm，高于基坑底设计标高300mm，待清淤阶段进行剃凿清淤，保证扩挖区域承载力及基坑底标高。
水下混凝土浇筑时，采用C40自密实混凝土，直接将天泵软管伸入基坑，距坑底300mm~500mm位置低洼处开始浇筑。
从首批混凝土浇筑至浇筑结束，软管的下端不得拔出已浇筑的混凝土，且软管埋入混凝土内深度不宜小于1m。
应根据混凝土面的上升高度及时提升软管，每次提升高度应与混凝土浇筑速度相适应。
浇筑过程中，测量人员穿戴救生衣乘坐皮划艇，采用大直尺在水面，随时观测混凝土浇筑厚度，泵送结束后及时清洗混凝土泵管。
图5.2.5-1水下砼浇筑示意图
5.2.6扩挖侧壁模板组装与支设
扩挖区域侧壁采用大钢模+满堂架的支模形式，在地面搭设5m*4m*5m满堂架，布局跨距均为1.5m，布置水平，纵向剪刀撑各两道（不大于4跨）。
搭设完毕后，采用满足吊装能力的汽车吊整体吊装满堂架至水下。
大钢模定型加工，将原材2m*6m*6mm的钢板运送至现场进行单面坡口焊接，加工成4m*6m*6mm的整块大钢板，涂刷脱模剂，背部采用8#槽钢间距1m与钢板焊接成大钢模体系，上部间距3m焊接吊钩。
将钢模板吊至水下。
相邻模板搭接长度不小于500mm，将钢模与上部抗水板预埋的φ14钢筋焊接。
侧面采用满堂架侧面支撑，抵抗侧压力，直至四周加固完成。
图5.2.5-1水下钢模板支撑示意图
5.2.7扩挖侧壁水下混凝土浇筑
采用汽车泵进行浇筑，采用C40自密实混凝土，将泵管伸入水下距底300-500mm处且软管埋入混凝土内深度不宜小于1m。
应根据混凝土面的上升高度及时提升软管，每次提升高度应与混凝土浇筑速度相适应。
直至浇筑至设计标高，保证浇筑连续性需一次性浇筑完成。
5.2.8扩挖侧壁模板拆除
扩挖区域侧壁混凝土浇筑完成达到设计强度后，采用无堵塞污水泵，进行坑内抽水，拆除模板。
模板拆除时，砼强度能保证其表面及楞角不因拆除模板受损坏，方可拆除。
将所有与钢模板连接件拆除，先用汽车吊将满堂架整体吊出基坑，再采用汽车吊挂接钢模板挂钩辅助拆除，并用专用撬棍拆除模板，拆除拆下的模板码放整齐。
吊装时操作人员严禁站在吊装区域的正下方。
5.2.9清理淤泥浮浆
待钢模板拆除后，对基底进行浮浆杂物清理，淤泥浮浆采用污水泵抽至指定沉砂池。
将挖机吊至坑内，由人工+机械的清理方式，破除30cm浮浆，保证基坑底标高，大型杂物由塔吊至指定地点堆放处理。
5.2.10基坑侧壁修整
搭设基坑侧壁部分模板，搭设成设计形状，浇筑C40混凝土。
放线定位基坑下口线与上口线，采用18mm木模板，次楞50mm*100mm木方间距150mm、主楞φ48.3×3.6钢管间距400支设侧模，同时搭设满堂架，满堂架顶托垂直模板支撑主楞。
浇筑混凝土，形成基础封闭面。
浇筑完成达到设计强度后拆除模板架体。
至此，基坑底部的止水封闭全部施工完成，可进行基坑结构施工。
图5.2.10-1模板支撑示意图
6材料与设备
6.1材料
表6.1.1主要材料表
序号
材料名称
规格
主要指标
用途
1
模板
15mm、18mm
400㎡
核心筒基坑侧壁模板支设
2
钢模
3m*6m
200㎡
水下侧模板支设
3
混凝土
C50P10
C40P10
C40
400m³
核心筒基坑侧壁、底部封闭
4
槽钢
8#
300m
固定钢模
5
钢筋
Ф16
5T
预埋，用于抗水板钢筋
6
钢丝绳
20#
100m
用于吊装、拆模
7
救生衣
/
60件
水下施工
8
雨衣
/
60件
水下施工
9
雨裤
/
60件
水下施工
10
雨靴
/
60双
水下施工
6.2设备
表6.2.1主要设备表
序号
设备名称
规格
技术指标
用途
1
长臂挖机
24m臂长
LDB450
水下基底扩挖
2
汽车吊
100T
中联重科ZTC1100
满堂架，钢模板，水泵吊装
3
挖机
323
4m以上扩挖捡底，基坑清理，场地夯实
4
汽车泵
63m
现场吊装
5
焊机
钢模板焊接
6
钢筋切断机
钢筋加工
7
充气皮划艇
2艘
标高测量
8
氧气切割机
模板拆除
9
无堵塞污水泵
15kw
每小时100立方
清淤抽水
7质量控制
7.1应遵循的质量标准
7.1.1《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2013
7.1.2《钢结构工程施工规范》GB50755-2012
7.1.3《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001
7.1.4《混凝土结构工程施工规范》GB50666-2011
7.1.5《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2015
7.1.6《全钢大模板应用技术规程》DBJ01-89-2004
7.1.7《水电水利工程水下混凝土施工规范》DL/T5309-2013
7.1.8《工程测量规范》GB50026-2007
7.1.9《钢结构焊接规范》GB50661-2011
7.1.10《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012
7.1.11《钢筋焊接及验收规程》JGJ18-2012
7.1.12《施工现场临时用电安全技术规范》JGJ46-2005
7.1.13《施工现场机械设备检查技术规范》JGJ160-2016
7.1.14《建筑机械使用安全技术规程》JGJ33-2012
7.2质量控制要求
7.2.1施工质量检验标准
表7.2.1-1钢材放样和号料的允许偏差
类别
项目
允许偏差
样板
平行距离和分段尺寸
±0.5mm
样板长度
±0.5mm
样板宽度
±0.5mm
样板对角线差
1.0mm
样板的角度
±20′
样杆
样杆长度
±1.0mm
号料
零件外形尺寸
±1.0mm
孔距
±0.5mm
表7.2.1-2水下混凝土的检验标准
序号
检查项目
质量标准
检测方法
1
混凝土浇筑
汽车泵管埋深
＞1m
测绳量测/直尺
混凝土上升速度
＞2m/h
测绳量测
混凝土最终高度
高于设计高程300mm以上
测绳量测/直尺
2
混凝土性能
混凝土抗压强度
符合设计要求
取样试验
混凝土配合比
符合设计要求
取样试验
坍扩度
360mm~450mm
钢尺测量
7.3质量保证措施
7.3.1焊前逐根进行清扫，管内无泥土、石块等杂物。
并将焊口两侧的油污、锈蚀及杂物等清理干净；
7.3.2接头和收口。
仰焊的接头方法：
由于起焊处容易产生气孔和未焊透，故接头时应把起焊处的原焊缝修成缓坡，以使干接头操作；
7.3.3平焊的收口方法：
焊到距收口处约3-5mm时，压低电弧，打穿根部，听到“啪”一声，就在收口处来回摆动，保证充分的熔合。
熄弧之前，必须填满熔池，而后将电弧引至坡口一侧灭弧。
7.3.4模板接缝要严密，不得漏浆，模板与砼接触面清理干净并涂刷脱模剂，严禁脱模剂污染钢筋；模板支设便于模板的拆除。
7.3.5模板支撑体系、木方必须具有足够的强度、刚度和稳定性；保证结构、构件各部分形状尺寸和相互间位置的正确。
7.3.6水下混凝土配制强度宜高于10%~20%，其胶凝材料用量不宜小于360kg/m³，混凝土在水中有自由落差时，胶凝材料用量不宜低于400kg/m³；
7.3.7水下混凝土拌和物应具有自密实性能，必要时可采用水下不分散混凝土；
7.3.8自密实混凝土粗骨料应采用连续级配，最大粒径不宜超过40mm，水下不散混凝土的粗骨料最大粒径不宜超过20mm。
扩展度范围450~550mm
8安全措施
8.0.1汽车泵应指派专人看护，一旦发现异常立即停止施工并采取措施。
泵管管口要有专人扶泵送管，严禁管口对人；泵车在运转时严禁将工具深入其内，泵车输料口必须有防护措施，必须照章作业。
8.0.2挖掘机注意远离人群操作、注意工作位置必须平坦固定，操作区内人员禁止停留。
8.0.3电动机应接地良好，作业前，检查电源线路无破损漏电，漏电保护装置灵活可靠，吸水口要安装滤网。
8.0.4边坡监测过程中,观察顶面是否面有无裂缝或其他异常情况;观察坡顶地面和建筑物有无裂缝或其他异常情况。
8.0.5备置充足防汛物资，如沙袋、救生衣、雨衣、雨裤及麻绳等，时刻做好应急防汛预案。
8.0.6进行水上作业时，必须穿戴救生衣，清淤作业前采用钢尺提前测量淤泥深度，进行清淤时必须佩戴长绳安全带及救生衣。
8.0.7施工现场的主要干路不得堆放材料杂物，交通安全标志要明显醒目，保证各类机动车辆安全畅通。
9环保措施
9.0.1材料机具应集中堆放整齐，灭火器及其他消防器材应定点设置，废料应集中收集存放并进行标识，不得焚烧或四处乱扔，施工现场应做到工完场清。
9.0.2工地清理保洁、洒水到位。
现场所有道路、料场、加工区域、在建工程周围每天进行全面清洁、洒水等，保证施工现场无垃圾、废料、渣土等，洒水不规定次数。
9.0.3工地现场不许存在裸土。
对除硬化、绿化之外的所有裸露土、渣土等进行全面覆盖，施工过程中产生的土方第一时间采用防尘网进行覆盖。
9.0.4土方开挖，采用雾炮机进行喷洒，工地围墙、塔吊设置喷淋系统
9.0.5现场基坑设置隔音围墙，所有机械设备安装降噪装置。
9.0.6砼运输罐车每次出料完毕后应及时清理出料口，防止砼遗洒。
10效益分析
10.1经济效益分析
以宜宾华侨城项目施工为例，超厚筏板面积2000平米，电梯基坑底部面积200平米，高度7.5m，最高水位汛期将达到筏板顶标高。
汛期水位上涨，基坑原设计采用井点+明排降水方式无法满足，在此情况下基坑地质、时间及经济成本均不宜采用止水帷幕止水。
对比分析长江历年水位与时间关系，果断采用高水位深基坑快速封闭施工，成功止水，避免项目停工3个月所带来的后期抢工、管理成本、材料机械租赁成本增加，也避免了业主及社会对我司的负面评价。
具体分析如下：
表10.1-1经济效益表
施工工艺名称
基坑泡水致项目停工
高水位深基坑水下快速封闭施工
费用组成（2000㎡）
抢工费、材料设备租赁费、管理费
土方开挖，混凝土浇筑，钢模板
费用明细
一、减少工期延后，抢工补救（材料+人工）：
700万元
二、材料租赁、机械退场：
100万元
三、项目管理费：
150万元
四、总价合计：
950万元
一、土方开挖
1）土方开挖30元/m³。
总开挖量1866m³
1866*30=5.59万元
2）C40P10：
494元/m³，C50P10：
534元/m³
494*666=32.9万,534*1200=64.08万
3）垫层总价：
190*423=8.03（万元）
二、钢筋钢板材料费：
15万
三、模板架料费
模板550*25.04=1.3万
架体200*12.72=2544元
四、机械材料零星费用（水泵、救生衣）：
20万
五、总价合计：
127.15（万元）
结论
采用高水位深基坑水下快速封闭施工，相比停工，成本将节约约822.85万元
表10.1-2工期效益表
施工工艺名称
基坑泡水致项目停工
高水位深基坑水下快速封闭施工
工期组成
项目停工三个月
土方+钢筋绑扎混凝土浇筑模板支设
工期明细
根据历年水位分析，项目预估提供3个月，共计：
90天
（1）土方开挖施工4天
（2）垫层施工1天
（3）钢筋绑扎模板支设4天
（4）抗水板混凝土浇筑1天
（5）水下浇筑混凝土1天
（6）钢模板支设2天
（7）侧壁混凝土浇筑1天
（8）基底修整5天
共计：
14天
结论
高水位深基坑水下快速封闭施工比项目停工节约工期76天，大大降低时间成本。
10.2社会效益分析
10.2.1社会效益：
本工程进采用高水位深基坑快速封闭施工工法，在施工过程中一直与长江水位赛跑，在短时间内将基坑水位密封，取得了较好的施工成果，施工速度快，施工方法简便，极大缩短工期，为后期筏板施工争取了宝贵时间。
得到业主单位和监理单位及政府项目部门一直好评，得到当地多家媒体报道。
10.2.2环保效益：
采用此工法工艺流程简单，极大减少建筑垃圾产生，对周边环境影响小。
10.2.3节能效益：
采用换填施工形成止水层，将止水层作为找平层结合使用，减少施工工序。
11应用实例
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