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        鄰近地鐵隧道的軟土地基深基坑分區(qū)施工技術(shù)

        2018-12-27 10:20:18王洪偉
        建筑施工 2018年9期
        關(guān)鍵詞:傳力卷材土方

        王洪偉

        1. 上海建工四建集團(tuán)有限公司 上海 201103;2. 上海建筑改建與持續(xù)利用工程技術(shù)研究中心 上海 201103

        1 工程概況

        上海前灘30-01地塊項(xiàng)目地上設(shè)計(jì)有1座附帶商業(yè)裙房的辦公塔樓T6(地上19層)、2座高度約100 m的住宅樓R3、R4(地上30層)。本工程總用地面積13 695.70 m2,總建筑面積109 026.88 m2,地下2層,埋深約10.25 m。周邊市政道路下分布有燃?xì)狻㈦娏Φ榷鄺l管線,軌道交通8號(hào)線從本地塊東側(cè)地下穿過,地鐵隧道外側(cè)距離擬建地面建筑塔樓11.30 m,基坑圍護(hù)邊距地鐵最近10 m。整個(gè)基坑周邊環(huán)境復(fù)雜,環(huán)境保護(hù)要求較高,特別是對(duì)東側(cè)地鐵的保護(hù)是整個(gè)基坑施工的重點(diǎn)、難點(diǎn),整個(gè)基坑施工難度不小。

        2 水文地質(zhì)條件

        對(duì)工程有影響的地下水屬潛水類型,主要補(bǔ)給來源為大氣降水,水位隨季節(jié)變化而變化,根據(jù)上海市經(jīng)驗(yàn)水位埋深為0.3~1.5 m。鉆探期間淺層地下水初見水位埋深2.7~3.1 m,穩(wěn)定水位埋深0.7~2.7 m。根據(jù)上海市工程建設(shè)規(guī)范DGJ 08-11—2010《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》有關(guān)條款,年平均水位埋深一般為0.5~0.7 m,設(shè)計(jì)使用時(shí)建議按不利條件分別采用地下水高水位埋深0.5 m,低水位埋深1.5 m(以自然地面起算)。自然地面以下埋深約18.0、30.0 m的⑤2a層砂質(zhì)粉土、⑤2c層粉砂為微承壓含水層,⑦層、⑨層為承壓含水層。由于⑤2b層為粉質(zhì)黏土夾砂質(zhì)粉土層,滲透性較好,且在部分區(qū)域⑤2b層缺失,⑤2a層與⑤2c層相連,故⑤2a層與⑤2c層微承壓水可視作相通[1-2]。

        3 基坑概況

        本項(xiàng)目基坑分成3個(gè)基坑實(shí)施(圖1)?;涌偯娣e約14 400 m2,擬建2層地下室,基坑開挖深度10.25~12.30 m。2、3區(qū)基坑?xùn)|側(cè)為運(yùn)營(yíng)中的軌道交通8號(hào)線東方體育中心站,在地鐵側(cè)采用厚800 mm地下連續(xù)墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu),墻深23、25 m;各分區(qū)中隔墻采用厚600 mm地下連續(xù)墻,墻深23、25 m;其余側(cè)采用φ900 mm@1 050 mm鉆孔灌注樁+φ850 mm三軸攪拌樁作為止水帷幕,鉆孔灌注樁深23 m,落低坑區(qū)域鉆孔灌注樁深25、28 m,隔水帷幕深30 m,鄰近地鐵側(cè)100 m半徑范圍內(nèi)隔水帷幕深42 m。

        圖1 基坑分區(qū)平面示意

        4 1區(qū)基坑開挖技術(shù)線路及施工技術(shù)優(yōu)化

        1區(qū)基坑面積12 400 m2,場(chǎng)地自然地坪標(biāo)高-0.30 m。開挖深度10.25 m,T6塔樓下開挖深度為10.60 m;R3、R4樓下開挖深度10.25 m。第1層土方開挖至第1道支撐底標(biāo)高-2.20 m;第2層土方開挖至第2道支撐底標(biāo)高-7.7 m;最后一層土方開挖至基礎(chǔ)底板墊層底-10.55 m。

        4.1 1區(qū)混凝土支撐施工

        第1層土方及第1道支撐埋深較淺,對(duì)基坑變形影響不大。從第2層土方直至地下室底板完成階段為1區(qū)基坑施工的重中之重,也是影響基坑變形的最重要的因素。為確保地鐵側(cè)的基坑變形得到最有效的控制,從第2層土方開挖開始,有別于普通基坑施工。從施工人員安排及施工周期上來說,整個(gè)基坑為24 h的3班不間斷輪流施工。

        通過對(duì)整個(gè)1區(qū)基坑進(jìn)行分析,地鐵在基坑?xùn)|側(cè),故需確保整個(gè)基坑?xùn)|西側(cè)支撐在最短時(shí)間內(nèi)完成,以達(dá)到傳力效果,最大限度地縮短?hào)|側(cè)圍護(hù)缺少被動(dòng)土壓力的時(shí)間。在1區(qū)第2層土方開挖時(shí)充分利用時(shí)空效應(yīng),采用盆式開挖結(jié)合留土分塊施工,共分為4塊區(qū)域?qū)ΨQ分塊施工,地下連續(xù)墻以西保留寬度大于2倍基坑深度區(qū)域土方,即在1區(qū)內(nèi)再進(jìn)行分塊施工,保留1區(qū)西側(cè)20 m范圍內(nèi)土方。保護(hù)性留土區(qū)域混凝土支撐結(jié)構(gòu)共分為7塊進(jìn)行分塊、對(duì)稱開挖施工混凝土支撐,留土區(qū)開挖面積2 260 m2,土方量12 500 m3,分6次開挖,每一分塊開挖量1 500~2 000 m3。主要保證東西向每根支撐12 h內(nèi)形成(圖2)。

        圖2 基坑第2道支撐平面示意

        通過此法,可有效地在保護(hù)性留土區(qū)域內(nèi),最大限度地縮短從土方開挖至東西向支撐完成時(shí)間,從而減少靠近地鐵側(cè)基坑的變形。

        4.2 1區(qū)底板施工

        1區(qū)第3層土方開挖深度2.85 m,采取1∶1.5二級(jí)放坡開挖。土方開挖總量30 800 m3,底板混凝土總量為11 890 m3。底板施工也主要按底板后澆帶自西向東進(jìn)行分塊開挖澆搗,即先施工北側(cè)西塊底板,再流水施工北側(cè)、東側(cè)底板,然后再進(jìn)行南側(cè)底板施工,盡快形成東西側(cè)底板傳力(圖3)。

        4.3 1區(qū)施工技術(shù)優(yōu)化

        為更好、更快地進(jìn)行土方開挖、底板施工,縮短基坑施工時(shí)間,盡早使基坑混凝土支撐及底板有效傳力,在原設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上又進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化。

        圖3 基坑底板平面示意

        4.3.1 提高混凝土等級(jí)

        通過提高混凝土支撐、底板、中樓板、頂板區(qū)域的混凝土級(jí)配(提高2級(jí)),減少混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間,提前達(dá)到原設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%,使支撐能盡早、有效地傳遞基坑變形受力,抵抗基坑變形,從而提前進(jìn)行下一層土方開挖、基坑回筑工作,縮短整個(gè)基坑的施工周期。

        4.3.2 優(yōu)化地下室底板防水層施工工藝

        原設(shè)計(jì)底板防水做法為:厚200 mm的C20混凝土墊層,隨澆隨光;厚4 mm的SBS改性瀝青防水卷材(Ⅱ型)厚50 mm的C20細(xì)石混凝土保護(hù)層;抗?jié)B混凝土結(jié)構(gòu)底板(抗?jié)B等級(jí)P8)。

        為加快底板施工,簡(jiǎn)化底板施工工藝,故采用無需混凝土保護(hù)層的防水材料(厚1.5 mm高密度聚乙烯自粘膠膜防水卷材)。此卷材施工工藝簡(jiǎn)單,卷材與基層為空鋪,不受基層沉降變形的影響,混凝土澆搗完畢后防水卷材與混凝土自粘成為一體,防水效果比普通卷材更好。通過防水卷材的材料改變,取消防水保護(hù)層施工,簡(jiǎn)化了施工工藝,縮短底板施工工期,從而達(dá)到減小基坑變形的目的。

        4.3.3 優(yōu)化底板坑中坑節(jié)點(diǎn)

        前灘30-01地塊底板局部基坑情況較為復(fù)雜,挖土施工耗時(shí)較多,對(duì)于局部復(fù)雜小坑、坑中坑、坑連坑的情況進(jìn)行優(yōu)化細(xì)化,采取相近標(biāo)高坑底優(yōu)化為統(tǒng)一標(biāo)高方法,簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工工藝,縮短挖土施工時(shí)間。

        5 2、3區(qū)基坑開挖技術(shù)線路及施工技術(shù)優(yōu)化

        5.1 2、3分區(qū)原施工方案

        2區(qū)基坑總面積770 m3,總土方量為7 920 m3,按支撐劃分12塊南北對(duì)稱進(jìn)行預(yù)應(yīng)力自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)支撐施工。3區(qū)基坑總面積770 m3,總土方量為7 280 m3,按支撐劃分11塊南北對(duì)稱進(jìn)行預(yù)應(yīng)力自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)支撐施工。

        原設(shè)計(jì)擬訂方案為先開挖1區(qū),待1區(qū)完成B1層時(shí)分塊進(jìn)行1區(qū)棧橋拆除工作,僅保留2、3區(qū)左側(cè)南北貫通處棧橋,用作2、3區(qū)施工運(yùn)土的主要通道。待1區(qū)完成±0 m后進(jìn)行2區(qū)施工。2區(qū)施工至B1層時(shí)拆除3區(qū)北側(cè)棧橋及中隔墻,進(jìn)行1區(qū)與2區(qū)±0 m連接,待2區(qū)達(dá)到±0 m后進(jìn)行3區(qū)施工。3區(qū)施工方法與2區(qū)基本相同。最后拆除B2層中隔墻,拼接底板及B1層主體結(jié)構(gòu),整個(gè)基坑施工完成。

        如按原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行施工,基坑整體完成±0 m時(shí)間較長(zhǎng)。加之住宅樓R4、塔樓T6的主體結(jié)構(gòu)均橫跨2個(gè)分區(qū)。如若基坑未拼接完成,R4及T6不可進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)施工。R4為框架-剪力墻結(jié)構(gòu),T6為框架-核心筒結(jié)構(gòu),地下室結(jié)構(gòu)復(fù)雜,梁柱節(jié)點(diǎn)、梁墻節(jié)點(diǎn)較多,1區(qū)與2、3區(qū)連接節(jié)點(diǎn)施工縫斷設(shè)需進(jìn)行臨時(shí)結(jié)構(gòu)調(diào)整,對(duì)今后拼接也造成不少困難。

        5.2 2、3區(qū)施工技術(shù)優(yōu)化

        為解決以上問題,通過研究分析基坑受力及施工工況提出了優(yōu)化方案。擬保留1區(qū)首道混凝土支撐,1區(qū)施工完成至B1層并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,進(jìn)行2區(qū)施工。待2區(qū)施工完成至B1層時(shí),保留東西向中間棧橋,分塊進(jìn)行中間棧橋以北的1、2區(qū)支撐及2區(qū)B1層以上中隔墻拆除工作(圖4),進(jìn)行1、2區(qū)±0 m結(jié)構(gòu)頂板施工。3區(qū)進(jìn)行開挖及結(jié)構(gòu)施工,施工步驟如同2區(qū)。并且為減少2、3區(qū)的基坑變形,在2、3區(qū)增加1道鋼支撐換撐,此撐待±0 m結(jié)構(gòu)完成后與B2層地下連續(xù)墻同時(shí)進(jìn)行悶拆處理。

        圖4 優(yōu)化后±0 m拼接剖面示意

        5.3 可行性研究及原理分析

        5.3.1 基坑傳力分析

        與原方案相比,通過保留首道混凝土支撐,以首道混凝土支撐作為傳力主體,將2、3區(qū)基坑變形所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力有效傳遞至基坑四周。相比原方案利用結(jié)構(gòu)±0 m結(jié)構(gòu)加傳力節(jié)點(diǎn)的傳力方式,更能有效地起到傳力效果。拆除首道混凝土支撐時(shí),通過保留東西向中間棧橋,可方便車輛進(jìn)出,加快2、3區(qū)施工。

        5.3.2 增加鋼支撐換撐

        考慮到2、3區(qū)離地鐵段僅11.5 m,為減少基坑變形,在2、3區(qū)底板完成后設(shè)置1道臨時(shí)鋼支撐換撐。以中隔墻作為支點(diǎn),加強(qiáng)下部基坑傳力,減少2、3區(qū)鄰近地鐵側(cè)的基坑變形。

        5.3.3 施工縫拼接簡(jiǎn)化

        通過方案優(yōu)化,在確?;佑行髁Φ耐瑫r(shí),R4、T6上部結(jié)構(gòu)由南北向結(jié)構(gòu)拼接縫調(diào)整為東西向施工縫,由于地下車庫頂板梁板結(jié)構(gòu)跨度較大,節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)單,從而使施工縫拼接節(jié)點(diǎn)得到優(yōu)化。做到1區(qū)與2、3區(qū)東西向首層直接拼連,簡(jiǎn)化了施工節(jié)點(diǎn)及施工流程,節(jié)約地下室回筑工期。

        通過研究分析,施工技術(shù)、設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化基本安全可靠,通過設(shè)計(jì)復(fù)算后,復(fù)算結(jié)果證明方案可行,滿足圍護(hù)體結(jié)構(gòu)的受力要求。經(jīng)過各方專家對(duì)施工方案的再次分析及論證,最終優(yōu)化后的方案再次通過施工方案評(píng)審,并被應(yīng)用至實(shí)際工程中[3-4]。

        6 實(shí)際工程方案實(shí)施數(shù)據(jù)分析

        6.1 基坑變形數(shù)據(jù)分析

        通過方案的優(yōu)化,截至1區(qū)底板完成,地鐵側(cè)中隔墻最大累積變化量為29.8 mm,達(dá)到地鐵及設(shè)計(jì)要求。

        2區(qū)B1層完成時(shí)地鐵側(cè)地下連續(xù)墻最大變形量為4.6 mm,最小變形量為3.0 mm。3區(qū)B1層完成時(shí)地鐵側(cè)最大變形量為11.3 mm,最小變形量為5.4 mm。整個(gè)基坑±0 m施工完成時(shí)地鐵側(cè)最大變形量?jī)H為17.3 mm,最小變形量為9.1 mm。

        6.2 地鐵隧道段數(shù)據(jù)分析

        在基坑施工階段,地鐵第三方隧道自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示,上行線垂直位移上升2 mm,下行線垂直位移上升1.99 mm。至整個(gè)基坑施工完成,施工區(qū)域地鐵隧道區(qū)域段穩(wěn)定,變化速度較緩,未對(duì)地鐵區(qū)段造成明顯影響,確保了軌道交通8號(hào)線在施工期間正常運(yùn)營(yíng)。

        6.3 施工周期數(shù)據(jù)分析

        1區(qū)第2層土方開挖及第2道支撐施工完成僅用時(shí)11 d,第3層土方開挖及基礎(chǔ)底板施工完成僅用時(shí)28 d,大大縮短了施工周期,比原計(jì)劃提前約15 d。

        2、3區(qū)通過施工技術(shù)優(yōu)化,整個(gè)基坑全部完成從工期上基本提前1個(gè)月左右。通過施工技術(shù)優(yōu)化,使R4、T6上部主體結(jié)構(gòu)提前施工。

        7 結(jié)語

        綜上所述,軟土地基鄰近地鐵基坑施工難度較大,環(huán)境保護(hù)要求較高。本文以實(shí)際工程為例,通過優(yōu)化施工材料、優(yōu)化施工流程、優(yōu)化施工節(jié)點(diǎn)等方式,在確保基坑安全、可靠的前提下,縮短了施工周期,加快了施工速度,有效地控制了基坑變形,減少了對(duì)地鐵隧道的影響,為類似工程施工提供了借鑒和參考。

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