姚燕明 孫建軍

(1.寧波市軌道交通工程建設(shè)指揮部,315012,寧波;2.上海市隧道工程軌道交通設(shè)計(jì)研究院,200235,上海∥第一作者,高級(jí)工程師)

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邊框架逆作法在寧波軌道交通1號(hào)線基坑工程中的運(yùn)用

姚燕明1孫建軍2

(1.寧波市軌道交通工程建設(shè)指揮部,315012,寧波;2.上海市隧道工程軌道交通設(shè)計(jì)研究院,200235,上?！蔚谝蛔髡?高級(jí)工程師)

寧波市軌道交通1號(hào)線一期工程鼓樓站至東門口站的基坑工程,結(jié)合地下商業(yè)開(kāi)發(fā),采用地下三層全明挖施工,是寧波軌道交通開(kāi)挖體量最大基坑工程。由于基坑位于市中心商業(yè)核心區(qū),為保護(hù)周圍環(huán)境安全,采用下二層板邊框架逆作方案,利用局部逆作樓板代替混凝土支撐,提高了基坑的整體支撐剛度和水平變形控制。分析了逆作樓板的設(shè)計(jì)方案,板下土模加固措施的效果。通過(guò)對(duì)計(jì)算及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析,討論了該方法的施工注意事項(xiàng),以及該方法實(shí)際使用的優(yōu)缺點(diǎn)。

城市軌道交通; 明挖基礎(chǔ); 逆作法; 變形控制

First-author′s address Ningbo Urban Rail Transit Management Department,315012,Ningbo,China

寧波軌道交通1號(hào)線一期工程有15座地下車站,地處典型的軟土地區(qū),廣泛分布厚層狀軟土。軟土天然含水量大于或等于液限,天然孔隙比大于或等于1.0,具有壓縮性高、強(qiáng)度低、靈敏度高、透水性低等特點(diǎn)。

在1號(hào)線一期工程中,鼓樓站、東門口站和鼓樓至東門口站區(qū)間采用地下三層的全明挖方案,開(kāi)挖長(zhǎng)度超過(guò)800 m,開(kāi)挖平均深度超過(guò)23 m。該區(qū)域位于寧波市商業(yè)、交通的最繁華區(qū),周圍環(huán)境保護(hù)要求高。對(duì)該段工程的設(shè)計(jì)方案,研究重點(diǎn)為如何控制基坑的變形。控制基坑變形一般可以采取加強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)[1]或土體加固[2-3]等措施,也可以采用逆作法利用內(nèi)部結(jié)構(gòu)板的剛度控制變形[4]。

1號(hào)線一期工程地下車站主要采用復(fù)合墻結(jié)構(gòu),連續(xù)墻和內(nèi)部結(jié)構(gòu)脫開(kāi),內(nèi)部結(jié)構(gòu)外側(cè)設(shè)置全包防水層。為了控制該段基坑變形,在設(shè)計(jì)過(guò)程中,考慮下二層板采用邊框架逆作,逆作的樓板通過(guò)鋼筋接駁器和連續(xù)墻連接,利用樓板的支撐剛度控制基坑變形。由于開(kāi)挖過(guò)程中,樓板與連續(xù)墻剛性連接,因此對(duì)該段車站和明挖區(qū)間的防水方案進(jìn)行調(diào)整,采用了疊合墻方案,內(nèi)襯與連續(xù)墻合二為一。

1 工程概況

鼓樓站、東門口站及其區(qū)間的基坑兩側(cè)有大量的商住及公建設(shè)施,道路上主要控制性管線有1 400 mm×600 mm的混凝土電力管、φ1 300 mm的混凝土雨水管、φ800 mm的鑄鐵給水管、φ600 mm的混凝土污水管等。由于位于市中心核心地段,為了充分利用地下空間,兩車站之間的區(qū)間結(jié)合車站采用地下三層明挖法施工,地下一、二層進(jìn)行商業(yè)開(kāi)發(fā),地下三層為軌道區(qū)間和停車線。

該段車站和區(qū)間明挖基坑全長(zhǎng)約811.7 m,總平面如圖1所示。

根據(jù)工程籌劃和道路交通導(dǎo)改,在基坑中設(shè)置5道封堵墻,分為6個(gè)基坑施工,各基坑長(zhǎng)度依次為23.7、165.2、126.1、194.1、114.2、188.4 m?；硬捎妹魍诜ㄊ┕?一般豎向采用混凝土支撐結(jié)合鋼支撐的支撐體系,第一道采用混凝土支撐,其下根據(jù)基坑開(kāi)挖深度,可以結(jié)合鋼支撐的設(shè)置布置混凝土支撐。

圖1 車站及區(qū)間總平面圖

該段基坑原支護(hù)設(shè)計(jì)方案為:第一道、第四道為混凝土支撐,其余為鋼支撐的方案。在方案論證過(guò)程中,考慮到基坑開(kāi)挖規(guī)模大、開(kāi)挖深度深、周圍環(huán)境保護(hù)要求高等特點(diǎn),對(duì)采用逆作法保護(hù)方案進(jìn)行了論證。如采用全逆作法施工,認(rèn)為寧波軟土地質(zhì)條件差,施工難度較高,難以保證工期要求和工程質(zhì)量。因此參照上海類似工程的經(jīng)驗(yàn),將第四道混凝土支撐取消,采用開(kāi)挖過(guò)程中逆作下二層樓板來(lái)取代,提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體剛度。該方案同時(shí)兼顧了明挖法和逆作法的特點(diǎn),僅增加了地下第三層結(jié)構(gòu)土體開(kāi)挖的難度。在1號(hào)線基坑工程中采用該樓板邊框架逆作方案,也是一種嘗試,為后期地下車站施工環(huán)境保護(hù)進(jìn)行研究和積累工程經(jīng)驗(yàn)。

基坑標(biāo)準(zhǔn)段剖面圖如圖2所示。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1 m厚地下連續(xù)墻,沿基坑深度方向第一道為鋼筋混凝土支撐,第四道支撐利用逆作的下二層邊框架樓板,其余均為φ609 mm鋼支撐。地層參數(shù)如表1所示。

2 逆作法板的設(shè)計(jì)

邊框架逆作采用主體結(jié)構(gòu)下二層樓板作為基坑開(kāi)挖期間一道支撐,樓板采用C35混凝土,每隔3 m板帶設(shè)置一個(gè)5 m×10 m出土孔,作為下二層板下出土通道,如圖3所示。開(kāi)孔的位置考慮設(shè)置在結(jié)構(gòu)立柱位置,有利于回筑階段立柱的整體澆筑,保證豎向結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。下二層板兩側(cè)與連續(xù)墻通過(guò)預(yù)埋的接駁器進(jìn)行連接(如圖4所示),連續(xù)墻內(nèi)的鋼筋錨固長(zhǎng)度滿足規(guī)范要求[5]。在板的中間設(shè)置兩道豎向臨時(shí)格構(gòu)柱,格構(gòu)柱由4根L型180 mm×18 mm等邊角鋼組成,格構(gòu)柱尺寸為560 mm×560 mm,插入直徑1 m的灌注樁中。為了減少格構(gòu)柱隆沉影響板的受力,灌注樁長(zhǎng)度為30 m,進(jìn)入⑧1粉砂層。在圖2中只有一道臨時(shí)格構(gòu)柱延伸至基坑第一道支撐下方,一方面是該側(cè)局部有臨時(shí)車道蓋板,另一方面也是減少上部基坑內(nèi)格構(gòu)柱的數(shù)量,有利于地面長(zhǎng)臂挖機(jī)挖土。在板的設(shè)計(jì)時(shí),考慮可以作為臨時(shí)材料處理場(chǎng)地,堆放不超過(guò)4 kN/m2的施工荷載。

圖2 基坑標(biāo)準(zhǔn)段剖面圖

表1 主要土層參數(shù)表

圖3 逆作樓板平面圖

圖4 樓板與連續(xù)墻連接節(jié)點(diǎn)圖

3 邊框架逆作法使用分析

基坑開(kāi)挖過(guò)程中,下二層板以上部分按照常規(guī)基坑順作開(kāi)挖,并設(shè)置支撐。開(kāi)挖至下二層板位置時(shí),施工該下二層板作為一道支撐,達(dá)到強(qiáng)度要求后再開(kāi)挖下二層板以下土體并設(shè)置鋼支撐至基坑坑底,澆筑好底板后回筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)。由于在軟土地層中的下二層板施工過(guò)程中,難以在坑內(nèi)軟土中設(shè)置支架模板,因此,在施工前,下二層板下土體結(jié)合坑底土體的加固,進(jìn)行土體抽條和裙邊加固,如圖5所示。利用板下加固土體作為下二層板的模板支撐,同時(shí)該加固土體也有利于在下二層板混凝土澆筑過(guò)程中和達(dá)到強(qiáng)度形成水平支撐前,減少基坑的水平變形。在實(shí)際施工過(guò)程中,該土模的設(shè)置確保了板施工質(zhì)量,同時(shí)也減少了下二層板的施工時(shí)間和施工難度,達(dá)到了預(yù)期效果。

圖5 板下土體加固圖

此處列舉某施工段實(shí)際變形與計(jì)算變形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。圖6為基坑計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形包絡(luò)圖,計(jì)算最大水平位移為34.6 mm。圖7為標(biāo)準(zhǔn)段連續(xù)墻監(jiān)測(cè)變形,最大水平位移為53.5 mm。各工況下的計(jì)算與實(shí)測(cè)最大值對(duì)比詳見(jiàn)表2。

圖6 基坑計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形包絡(luò)圖

圖7 連續(xù)墻監(jiān)測(cè)變形

數(shù)值類型第一層土第二層土第三層土第四層土第五層土第六層土第七層土計(jì)算值/mm4.310.316.025.930.332.234.6實(shí)測(cè)值/mm1.18.118.546.851.653.153.5說(shuō)明:第四層土挖完澆筑樓板后,實(shí)測(cè)最大水平變形為37.2mm;在樓板后期養(yǎng)護(hù)完成后最大水平變形為46.8mm

從表2和圖7的各階段實(shí)測(cè)水平位移曲線也可以看出,從第三層土方開(kāi)挖完成并架設(shè)好鋼支撐開(kāi)始,至第四層土方開(kāi)挖完成并逆作下二層邊框架樓板期間,以及樓板的混凝土養(yǎng)護(hù)期間,圍護(hù)側(cè)移有明顯變化。根據(jù)施工日期分析,由于第四土層開(kāi)挖時(shí)正值春節(jié)期間,勞動(dòng)力受限,故此階段施工過(guò)程較長(zhǎng),土方開(kāi)挖和樓板澆筑時(shí)間增加了約20 d,導(dǎo)致基坑實(shí)測(cè)水平變形增大,從圖7中可知最大值達(dá)到37.2 mm,增加了18.7 mm。在邊框架樓板澆筑完成后,按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了約15 d的樓板養(yǎng)護(hù)時(shí)間再進(jìn)行第五層土方開(kāi)挖。在樓板養(yǎng)護(hù)期間,連續(xù)墻水平變形最大值繼續(xù)增加了9.6 mm,達(dá)到46.8 mm。

從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析可知,由于軟土地區(qū)基坑施工過(guò)程中的土體流變變形等因素,導(dǎo)致隨著時(shí)間的增加,連續(xù)墻側(cè)移仍然在逐漸發(fā)展。根據(jù)寧波軌道交通15座地下車站的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析,由于土方開(kāi)挖時(shí)間、支撐架設(shè)時(shí)間不及時(shí)等因素,會(huì)導(dǎo)致基坑變形急劇增大,因此軟土地區(qū)基坑要重視“時(shí)空效應(yīng)”,需要連續(xù)快速施工,及時(shí)支撐。在逆作的樓板混凝土養(yǎng)護(hù)期間,基坑變形會(huì)逐漸增大。為了控制基坑變形,除利用板下土體加固措施外,還可以考慮在板上設(shè)置臨時(shí)鋼支撐等措施。

圖7中可以看出,在下二層邊框架樓板設(shè)置形成支撐后,控制變形的效果較好,變形曲線明顯收縮,逆作樓板下第五、六、七層土體開(kāi)挖過(guò)程中基坑變形較小,分別增加4.8、1.5、0.4 mm,接近或滿足設(shè)計(jì)要求。

通過(guò)實(shí)際使用分析,采用下二層板的邊框架逆作的主要優(yōu)點(diǎn)如下:

(1) 逆作的樓板形成支撐后,有利于控制樓板下基坑開(kāi)挖的變形,保護(hù)周圍環(huán)境安全。

(2) 下二層板在開(kāi)挖時(shí)作為一道支撐,回筑階段其是主體結(jié)構(gòu)的一部分,不必像其它混凝土支撐一樣拆除,減少了拆撐和內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工時(shí)間,減少了混凝土廢渣的處理,綠色環(huán)保。

結(jié)合施工過(guò)程中的現(xiàn)場(chǎng)反饋情況,采用樓板邊框架逆作會(huì)增加樓板下基坑施工難度,主要缺點(diǎn)為:

(1) 由于下二層板覆蓋范圍較大,給板下基坑的出土帶來(lái)一定的困難;需要在板下拼裝鋼支撐,通過(guò)小挖機(jī)在板下面運(yùn)輸材料,作業(yè)空間較小,給鋼支撐的安裝帶來(lái)困難。

(2) 由于施工難度增大,樓板下的基坑作業(yè)需要加強(qiáng)施工組織設(shè)計(jì),增加人員和材料的投入,否則會(huì)增加板下基坑開(kāi)挖時(shí)間。

(3) 由于下二層板逆作,板下側(cè)墻混凝土澆筑時(shí),需要在下二層板上預(yù)留澆搗孔,給混凝土的振搗工作帶來(lái)困難,對(duì)混凝土澆搗質(zhì)量容易產(chǎn)生影響。在結(jié)構(gòu)施工完成后,下三層側(cè)墻與下二層板之間的施工縫容易出現(xiàn)滲漏情況。

4 結(jié)語(yǔ)

在寧波軌道交通1號(hào)線建設(shè)過(guò)程中,面對(duì)長(zhǎng)、大深基坑工程,邊框架逆作法成功用于軟土深基坑的變形控制和環(huán)境保護(hù),并積累了一定的運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)。在軟土地區(qū),對(duì)地下三層、甚至四層車站的深基坑工程,在周邊環(huán)境復(fù)雜、保護(hù)要求高的地段,采用局部樓板的逆作有利于環(huán)境保護(hù)和控制工程的風(fēng)險(xiǎn)。

在樓板逆作時(shí),可以采用樓板下土體加固作為板澆筑過(guò)程中的土模,有利于減少樓板施工難度。同時(shí)該加固土體在樓板形成強(qiáng)度前,有助于控制基坑的變形。但混凝土樓板形成支撐發(fā)揮作用需要一定的養(yǎng)護(hù)時(shí)間,由于軟土地區(qū)土體的流變變形,如基坑監(jiān)測(cè)變形過(guò)大時(shí),還可以采用在樓板上設(shè)置臨時(shí)鋼支撐的控制措施。

深基坑工程的邊框架逆作會(huì)對(duì)施工帶來(lái)一定困難,影響了樓板下基坑的挖土和支撐的效率,增加了逆作樓板下側(cè)墻混凝土澆筑的難度,對(duì)施工作業(yè)要求相對(duì)較高。因此,需要合理安排施工計(jì)劃,綜合考慮其對(duì)車站總工期的影響,并在招投標(biāo)階段考慮因作業(yè)難度提高而增加相應(yīng)的標(biāo)的費(fèi)用。

[1] 鄒家南,楊小平,劉庭金.鄰近地鐵盾構(gòu)隧道的深基坑支護(hù)分析[J].鐵道建筑,2013(9):63.

[2] 朱志祥,劉少煒,劉新榮,等.某地鐵車站軟土深基坑加固效果研究[J].地下空間與工程學(xué)報(bào),2014,10(3):716.

[3] 張亮.軟土地區(qū)超大基坑開(kāi)挖對(duì)既有地鐵區(qū)間盾構(gòu)隧道的影響分析[J].施工技術(shù),2014,43(1):87.

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Application of Reverse Construction Method of Floor Performed Holes in Ningbo Urban Rail Transit Foundation Pit

YAO Yanming, SUN Jianjun

Combined with the underground commercial development,the open-cut method is used in the section between Gulou Station and Dongmenkou Station,it is a 3- layer underground project and also the biggest excavation volume pit in the first phase project of Ningbo urban rail transit.Because the pit is located in the business core area and the requirements of environment protection is strict,the reverse construction method of the second floor performed holes is used as the concrete support to increase the support stiffness and control the horizontal deformation.The design of the reverse construction floor and the effect of soil mould strengthening measure under the plate are analyzed.By a comparison of the calculation and the monitoring data,the construction cautions are discussed, the advantage and disadvantage of the method are also analyzed.

urban rail transit; open cut foundation; reverse construction method; deformation control

TU 753.1

10.16037/j.1007-869x.2016.08.015

2014-11-27)