市政竖井冻结加固开挖方案(详)

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1、在已建成建筑物附近建造地下停车库立井冰冻地基加固工程冻结施工组织设计编制：审核：审定：北京深林开物市政工程公司2008.1222一.工程概况1.1工程简介拟建市中心地下停车库一座。停车库进口采用垂直立井用来吊运车辆，立井初步设计直径为20m，深18m左右的圆形结构。立井附近有已建成建筑物。(如下示意图)此立井采垂直冰冻地基加固，明挖顺做法施工。1.2地质描述详见“地质勘察资料”，此方案适用于杂填土、粉质粘土、淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土、粘土、质粘土和、粉质粘土。二.方案设计及计算2.1设计依据及原则2.1.1设计依据（1）业主提供的工程地质资料、工作井结构图及管线布置图等相关资料；（2）井巷工

2、程设计规范及其他相关国家安全文明施工规范。2.1.2设计原则（1）垂直冻结帷幕技术性能必须满足立井施工的安全和质量要求；（2）垂直冻结方案应符合现场实际条件的施工可行性和良好的可操作性；（3）施工方案应在满足工程要求工期的条件下具备优化能力；（4）施工方案及措施必须满足城市环保及节能要求；（5）减少冻胀与融沉的危害。2.2立井施工技术要点根据以往立井工程施工的经验，提出以下技术要点。（1）为保证施工的安全、可靠，开挖之前应开始冻结孔的施工及积极冻结。通过检测确认冻结帷幕达到设计强度、厚度后，进行立井的施工。（2）必要时利用J200型金刚石钻头在立井附近开孔，进行融沉注浆。（3）采用间歇式冻结方

3、式控制冻胀融沉。（4）开挖时，为减慢立井底板以下冻土墙融化速度，防止拔管后底部冻土墙融化过快，可将冻结深度适当延深3—5m，以保证冻土墙的封水性能。（5）钻孔施工前在立井周边进行预注浆以改良土壤提高土体强度和封水性，同时可有效地减少融沉对周边建筑物的影响。222.3施工方法与施工主要工序2.3.1施工方法根据工程地质条件及其它施工条件，确定采用“地面钻孔垂直冻结加固”的施工方案，即：在地面利用垂直冻结加固地层，使立井外围土体冻结，形成圆柱加板块、强度高、封闭性好的冻结帷幕。2.3.2施工工序首先加固开挖立井周围，通过测温孔观测计算，确定冻结帷幕交圈、冻土完全胶结，并达到设计强度后，再将井口内冻

4、结管拔出，最后开挖推进。冻结站安装与钻孔施工同时进行，钻孔施工结束即可转入冻结器安装和冻结阶段。垂直地层加固和盾构进洞的主要施工工艺及顺序见图122施工准备冻结孔施工冻结站安装冻结器系统安装检测系统安装井口内冻结管拔除探孔积极冻结运转开挖初期支护永久性结构施工图1施工工艺流程图2.4荷载计算为了确保施工过程万无一失，应对该工程冻土帷幕进行强度验算。对冻土帷幕采用有限元分析软件ANSYS进行应力场分布情况的三维有限元数值分析，并根据计算结果进行强度验算。2.4.1计算依据根据工程实际情况，对于平均温度为－10℃的冻土，冻土强度指标取抗拉强度1.8MPa，抗剪强度1.6MPa。2.4.2工程地质条

5、件根据地质勘查报告确定施工范围所处具体地层，然后对方案进行优化。2.4.3ANSYS软件三维数值分析2.4.3.1计算模型（1）假设在工程影响范围内，取计算范围内土层为单一土层为灰色粘土；冻土帷幕为–10℃的等温体；未冻土和冻土均为弹塑性材料。（2）模型材料参数模型材料的力学见下表1：表1模型材料参数22土层名称天然重度(kN/m3)压缩模量（MPa）粘聚力（kPa）内摩擦角（度）灰色粘土17.32.71414-10℃冻土27.31505025混凝土2535000465050（3）荷载计算区域内分布土体自重荷载；（4）模型计算区域取立井中线上方至地面、下方21m，从立井中点往左右方向各取30m

6、，整个计算区域为π´π´21m。坐标原点位于立井中心，z轴与立井轴线平行，平面与z轴垂直。整体模型的顶面（地面）为自由面，后左右三个垂直面上水平位移约束，底面上水平和垂直位移均约束。整体模型见图2，网格划分见图3，冻土帷幕外表形状见图4，网格划分见图5。图2冻结加固冻土帷幕计算模型22图3计算模型网格划分22图4冻土帷幕模型图5冻土帷幕模型网格划分图222.4.3.2立井冻结工程计算结果（1）计算结果圆柱加固体和板块加固体剪应力、主应力云图见图6～图13。板块加固体冻土帷幕主应力和剪应力最大、最小值见表2，拉应力为正，压应力为负。表2单元最大、最小主应力、剪应力表名称s1s2s3txytyzt

7、xz最大值(MPa)0.790.410.160.090.140.16最小值(MPa)-0.11-0.12-0.27-0.08-0.13-0.16从表中可以看出，最大最小主应力值都很小，最大主应力值不超过1MPa。剪应力值沿洞口对称分布，在各个方向上最大最小值基本相等，说明计算符合实际情况。（2）强度验算根据以上计算结果，冻土帷幕的最大拉、压应力和剪应力及强度验算见表3。冻土强度指标取值见表3中说明