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北京大兴国际机场,航站楼核心区基坑与基础桩工程是如何施工的?

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   工程概况
北京大兴国际机场,航站楼核心区基坑与基础桩工程是如何施工的?

北京大兴国际机场,航站楼核心区基坑与基础桩工程是如何施工的?

北京新机场位于北京市大兴区和河北省廊坊市广阳区之间,本期用地总面积约 3031.9 公顷,其建设以 2025 年旅客吞吐量 7200 万人次、货邮吞吐量 200 万吨、飞机起降量 62 万架次的目标设计,建设 4 条跑道、70 万平方米航站楼及相应的货运、空管、停车楼、综合交通枢纽等生产生活设施

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北京新机场本期总体规划

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北京新机场航站楼效果图

北京大兴国际机场,航站楼核心区基坑与基础桩工程是如何施工的? 北京新机场航站 楼剖切图

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地下结构设计概况
北京新机场航站楼地下 共 2 层,地下二层为轨道区及站台,地下一层为轨道连接过厅及预留 APM 区,开挖面积约 16 万平方米,其中深槽区开挖面积 11 万平米,开挖深度 18.4m。 根据工程地质条件,需要进行基坑支护和降水。

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航站楼核心区基坑规模大、结构层次多。核心区结构东西向 513m,南北向 411m,结构底板有-18.25、-11.0、-8.2、-7.6、-6.7、-4.0 等六个标高。

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航站楼主体为全现浇钢筋混凝土框架结构,核心区轨道交通区域采用桩筏基础,非轨道区采用桩基独立承台+防水板基础。

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工程地质概况
航站楼核心区基坑范围最大勘探深度 120m 范围内所揭露地层,按成因年代分为人工堆积层、一般第四纪新近沉积层、第四纪冲洪积层三大类,按地层岩性进一步分为 13 个大层及其亚层。
●人工堆积层:粘质粉土-砂质粉土填土①层;
●新近沉积层:粉砂-砂质粉土②层、有机质-泥炭质粘土-重粉质粘土③层; 
●第四纪冲洪积层: 粘质粉土-砂质粉土④层、细砂-粉砂⑤层、粉质粘土-重粉质粘土⑥层、细砂-中砂⑦层、粉质粘土-重粉质粘土⑧层、细砂⑨层、粉质粘土-重粉质粘土⑩层、细砂层、重粉质粘土-粉质粘土层、粉质粘土-重粉质粘土层。

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有机质-泥炭质粘土-重粉质粘土③层,在基坑开挖深度范围内广泛存在,厚度 3-5m,有机质含量 8.9%,压缩模量 4.98MPa,地勘报告建议该层土的锚杆极限粘结强度标准值为 20Kpa。
该层土力学性质差,对基坑边坡支护尤其是锚杆施工不利;对地下水的疏排不利,其上部的滞水无法下渗,造成“疏不干”现象,在边坡开挖后极易形成渗水现象。
该层土是本项目基坑支护及降水需要重点考虑的对象。
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工程水文概况
现场共有 3 层地下水:
●上层滞水:含水层主要为粉砂-砂质粉土②层及砂质粉土②3 层,透水性一般,水位埋深为 7.30-10.20m,容易在基坑侧壁形成渗水现象
●层间潜水:普遍分布,含水层主要为细砂④2 层及细砂-粉砂⑤层,透水性较好。水位埋深为 14.20-16.70m,在基底以上 1-2m,影响基坑开挖
●承压水:含水层主要为细砂-粉砂⑥3 层及细砂-中砂⑦层,透水性较好。稳定水位标高为-5.03m,承压水的水头高度 10m,位于基底以下,对基坑开挖无影响,但对基础桩施工有一定影响。 
项目基坑开挖面积约 16 万平米,其中深槽区占地面积 11 万平米,属于超大面积深基坑,降水施工难度较大。

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基础桩设计概况
●深槽轨道区采用桩筏基础,板顶标高-18.25m,板厚 2.5m; ●非轨道区 (浅区)采用桩基独立承台+抗水板基础; ●基础桩共计 8273 根,其中: 深槽轨道区 5981 根,桩长 40m 和 21m 两种规格, 两侧浅区 2292 根,桩长 32-39m。   ●基础桩采用旋挖钻孔灌注施工工艺,并在桩侧和桩端进行后注浆。

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   航站楼核心区基础桩主要分为 A、B、C、D 四种桩型。

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深槽轨道交通区单桩承载力特征值 7500KN,试验荷载为 15000KN;
两侧浅区单桩承载力特征值 5500KN,试验荷载为 11000KN。

北京大兴国际机场,航站楼核心区基坑与基础桩工程是如何施工的? 航站楼核心 区基坑三维模拟图

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   工程施工部署
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施工组织安排

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   本项目工期非常紧张,15 年 9 月 26 日开工,至 1 月 20 日桩基全部完成,共 4 个月,工作任务包括 250 万立方土方开挖、8300 棵基础桩、1400 棵护坡桩,12 万延米锚杆,为此采取了以下措施:
●以深槽轨道区施工为主线
●将基坑工程施工分解为 5 个施工阶段
●支护、地下水控制、桩基施工同时展开,充分占满空间
●对降水方案进行优化,减小工序间相互干扰
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地下水综合控制
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降水方案

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施工作业区水位控制

浅区根据施工部署,成桩作业面开挖至-4.0m、-6.0m 标高,浅区施工仅存在层间滞水,且水头高度低于成桩作业面,不需要考虑地下水影响。
●深槽轨道区成桩作业面根据现场水位观察井及实际考察的水位高度选择在-18.0m 标高,一方面控制成桩作业的空钻长度,一方面考虑工程降水的实际效果及土层影响。
●桩基检测后桩间土开挖阶段的滞水,通过开挖明沟、设置集水坑的方式进行排水

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土方开挖及基坑支护施工顺序

●土方第一步先开挖深浅区交界部位,为护坡桩施工作业提供作业面。 ●浅区一步开挖至桩基施工作业面(-4m、-6m),深区第一步土开挖至-6m。

北京大兴国际机场,航站楼核心区基坑与基础桩工程是如何施工的? 第一步土方开挖 ●深区第二步土方开挖至-11m,为护坡桩预应力锚杆预留约 25m 宽作业面,中间区域将土方 1:1 放坡后盆式开挖。    ●第三步土 至-14m。    ●第四步土至-18m 成桩作业面。 北京大兴国际机场,航站楼核心区基坑与基础桩工程是如何施工的? 第二、 三、四步土方开挖 北京大兴国际机场,航站楼核心区基坑与基础桩工程是如何施工的? 土方开挖前地貌 北京大兴国际机场,航站楼核心区基坑与基础桩工程是如何施工的?

场区清表

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第一步土方开挖

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第二步土方开挖

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第三步土方开挖

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第四步土方开挖至深槽区桩基作业面
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土方开挖及基坑支护
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泥炭质土层锚杆现场试验
有机质-泥炭质粘土-重粉质粘土③层连续分布在-8m 至-15m 范围,影响护坡桩第一道、第二道锚杆的承载力,必须进行现场试验以确定其工程力学性质。 

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为验证泥炭质土层内锚杆极限承载能力,并避免方案对工程的影响,正式施工前分别安排了螺旋钻压浆钻进、套管跟进钻进两种钻孔工艺和普通注浆及二次压力注浆两种注浆工艺。将钻进工艺和注浆工艺组合,现场在不同部位共进行了 12 组锚杆基本试验。

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通过基本试验结果判断,常规施工工艺锚杆承载力无法达到设计要求,最终确定施工工艺为螺旋钻压浆钻进成孔,并进行二次压力注浆工艺,试验测得锚杆极限侧摩阻力标准值为 85KPa,可提高锚杆承载力 50%以上,满足设计要求。

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基础桩施工
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基础桩施工作业面选择

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施工区段划分

根据工程进度要求,在 4 个月内完成约 1400 根护坡桩、约 8300 根基础桩,且要完成检测工作,工期压力非常大,现场需要分区段平行施工。

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基础桩钢筋加工场布置

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   施工交通组织

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●旋挖成孔作业使用 泥浆目前主要分为两类: 润土造浆 化学造浆液
  ●两种造浆使用对比

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40m 钢筋笼一次成型

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    ●航站楼核心区基础桩:
A 类桩有效桩长 40m
B 类抗拔桩有效桩长 21m
C 类桩有效桩长 32m
D 类桩有效桩长 34m-39m
   ●为实现工程施工进度、顺利衔接工序、保证工程质量,通过调整加劲箍间距,工程基础桩钢筋笼全部为一次成型,整体起吊,整体下放,省掉了钢筋笼在孔口的二次连接工序。 
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基坑监测
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基坑监测项目

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   基坑监测点布置

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现场共布设 152 个水平位移及垂直沉降监测点,96 个轴力监测点,40 个深层水平位移监测点。至目前,基坑已经开挖至基底,护坡桩顶最大水平位移为 7.9mm,基坑整体安全稳定。
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基础桩检测
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(1)检测工作安排

●基础桩工程的移交应是桩基施工完毕检测合格、桩头剔凿后的移交。

   ●基础桩工程在工期紧、任务重的情况下,检测工作的插入和配合对工程竣工移交具有很大的影响。
   ●基础桩施工前,监理单位提供经审批的桩基检测方案,项目部根据桩基检测方案编制检测配合方案
   ●检测工作需要根据竣工时间倒排工期的总体计划。
   (2)桩基检测项目、数量
   ●单桩抗压及抗拔静载荷试验: 检测数量为总桩数的 1%,数量为 84 组;
   ●桩身完整性检测: 低应变检测比例为 100%,声波透射法检测数量占总桩数的 10%,数量为 828 根。
   ●成孔质量检测(含孔深、孔径、孔斜、沉渣厚度等): 检测数量为总数的 20%,数量 1656 根。
   (3)检测时间及顺序
   ●投入 5 套检测设备;
   ● 浅区配置一套设备,提前插入检测;
●深区 5 套设备同时作业,并安排各自的路。

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至 3 月,桩基静载检测已经完成 90%,单桩最大沉降量为 21.96mm,最小沉降量为 3.2mm。

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(来源: 2016 海峡两岸岩土工程/地工技术交流研讨会主题报告,汇报人: 北京城建集团 张晋勋总工)


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