宋延濤

（中鐵十五局集團(tuán)第五工程有限公司 天津 300133）

1 引言

隨著城市軌道交通工程的不斷發(fā)展，越來越多的地下空間得到開發(fā)利用，深基坑、超深基坑（深度30 m以上）在新建地鐵工程中不斷出現(xiàn)，深基坑的設(shè)計(jì)與施工已成為城市軌道交通工程面臨的重要研究課題之一［1］。蓋挖逆作法具有結(jié)構(gòu)變形小，安全系數(shù)高，對(duì)周圍環(huán)境影響小，施工空間大的優(yōu)點(diǎn)［2-4］，適用于地下深埋多層框架結(jié)構(gòu)，被越來越多地運(yùn)用到城市軌道交通工程。蓋挖逆作法是先沿結(jié)構(gòu)周圍施工地下連續(xù)墻或鉆孔樁等作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，然后在結(jié)構(gòu)中間施工永久中柱，再?gòu)纳隙乱来瓮竭M(jìn)行土方開挖和結(jié)構(gòu)施工的工法［5-7］。

2 工程概況

新建北京地鐵16號(hào)線達(dá)官營(yíng)站與既有7號(hào)線達(dá)官營(yíng)站的換乘廳頂板覆土受城市規(guī)劃用地及安全疏散口設(shè)置限制，同時(shí)鄰近的國(guó)家話劇院對(duì)基坑變形控制要求較高，因此，換乘廳基坑設(shè)計(jì)為地下三層（局部四層）梯形框架結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)約84 m，寬約21～44.4 m，采用蓋挖逆作法施工，結(jié)構(gòu)三層開挖深度28.7 m，局部四層開挖深度34.8 m。頂板以上明挖土方約10 300 m3，蓋挖土方約56 600 m3?；悠拭娼Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

基坑從上而下依次穿越雜填土、粉土填土、卵石圓礫、粉質(zhì)黏土、卵石5、卵石7、礫巖及泥巖層。地下水位埋深18.2 m，水位標(biāo)高26.1 m。

基坑蓋挖逆作法施工順序?yàn)椋夯訃o(hù)樁→中柱樁基及鋼管柱→頂板淺基坑土方開挖及支護(hù)，樁頂冠梁→施工頂板結(jié)構(gòu)并回填覆土→依次施工負(fù)一、二、三、四層土方及結(jié)構(gòu)。

圖1 基坑結(jié)構(gòu)剖面圖

3 圍護(hù)樁施工

由于基坑埋深較深，并且鄰近新建車站及國(guó)家話劇院，因此在主體圍護(hù)樁外側(cè)設(shè)置一排加強(qiáng)樁，保證基坑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。基坑主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)為173根φ1 000 mm鉆孔樁，樁身間距1 600 mm，局部加密為1 400／1 500 mm，樁長(zhǎng)32.0～44.5 m，鉆孔樁在施工階段兼作隔離樁。主樁外側(cè)為φ600＠1 200 mm的加強(qiáng)樁，長(zhǎng)度12 m，國(guó)家話劇院一側(cè)加強(qiáng)樁為44根φ1 100＠1 500 mm月牙形人工挖孔樁，樁長(zhǎng)7 m。圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)置如圖2所示。

圖2 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁位平面圖（單位：mm）

鉆孔灌注樁應(yīng)定位準(zhǔn)確，避免后期結(jié)構(gòu)施工因樁位侵限鑿樁而影響圍護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，樁位中心線的縱向和橫向偏差≤50 mm，垂直度偏差≤50.3%。樁體混凝土澆筑高于設(shè)計(jì)標(biāo)高100 mm，便于在樁頂冠梁施工前進(jìn)行鑿毛處理。

4 中柱施工

中柱作為基坑結(jié)構(gòu)的主要受力點(diǎn)，其安全與穩(wěn)定將涉及工程整體安全［8］。基坑中柱共計(jì)29根，平面排列成網(wǎng)格狀，沿基坑縱、橫向軸線設(shè)置多排，局部中心間距不等。底板下部為φ2 000 mm的灌注樁樁基，成孔深度約60 m，樁基設(shè)計(jì)為抗浮摩擦樁，使用C40 P12混凝土，在使用階段作為抗拔樁，為了減小樁基沉降，在樁內(nèi)預(yù)留注漿管，成樁后進(jìn)行樁底和樁側(cè)注漿。底板上部為φ900 mm鋼管混凝土永久柱，鋼管柱錨入樁基的有效長(zhǎng)度為2 m，鋼管柱內(nèi)灌注C50微膨脹混凝土。

4.1 HPE工法原理

圖3 HPE液壓垂直插入機(jī)現(xiàn)場(chǎng)施工

鋼管柱的最大有效長(zhǎng)度為31.5m，采用HPE工法提高插入精度［9］。HPE工法基于二點(diǎn)定位原理，通過液壓垂直插入機(jī)的兩個(gè)液壓垂直插入裝置，在樁基混凝土澆筑至基坑底部標(biāo)高后、混凝土初凝前，將底端封閉的鋼管柱垂直插入樁基混凝土。HPE法液壓垂直插入機(jī)如圖3所示。

HPE工法施工步序?yàn)椋轰摴苤恢勉@孔，局部灌注基礎(chǔ)樁→使用套筒護(hù)壁，澆筑樁基混凝土，定位系統(tǒng)及基礎(chǔ)與鋼管柱的連接鋼筋連接牢固→定位鋼管柱→HPE液壓插入機(jī)插入鋼管柱，二次澆筑基礎(chǔ)樁剩余混凝土，使鋼管柱與基礎(chǔ)樁結(jié)合牢固→下放鋼筋籠，灌注柱內(nèi)混凝土→細(xì)砂回填鋼管柱與鉆孔間的空隙→拔除套筒護(hù)壁。

4.2 鋼管柱加工與組裝

鋼管柱的施工偏差主要包括鋼管柱組裝和吊裝最大允許偏差，在分段加工制作、整體拼接吊裝、一次性安裝就位過程中，應(yīng)高度關(guān)注垂直誤差、標(biāo)高誤差和軸線位移偏差［10］。鋼管柱的加工、組裝與吊裝的最大偏差如表1、表2所示。

表1 鋼管柱加工與組裝允許偏差

表2 鋼管柱吊裝允許偏差

4.3 鋼管柱定位

樁基混凝土澆筑后，測(cè)量放線出樁位中心，在護(hù)壁鋼套筒上標(biāo)出十字線，復(fù)核樁位。將HPE液壓插入機(jī)定位器的中心與基礎(chǔ)樁中心定位在同一垂直線上，然后將HPE垂直插入機(jī)吊裝就位，并根據(jù)定位器再次進(jìn)行對(duì)中。吊裝鋼管柱入孔時(shí)人工測(cè)量復(fù)核柱體入孔垂直度，插入過程中測(cè)量柱體孔位對(duì)中情況，并通過垂直度控制儀進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

4.4 鋼管柱與梁、板節(jié)點(diǎn)連接

鋼管柱作為結(jié)構(gòu)主要的豎向支撐系統(tǒng)，其對(duì)于基坑自身的穩(wěn)定，以及上部結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)變形起著至關(guān)重要的作用［11］。鋼管柱通過預(yù)留節(jié)點(diǎn)與基坑板、梁進(jìn)行連接，共同承受整個(gè)結(jié)構(gòu)上部荷載。

（1）鋼管柱與頂、底板連接

頂、底縱梁水平受力鋼筋在鋼管柱處斷開錨固，同時(shí)在鋼管柱1 000 mm范圍內(nèi)設(shè)置加強(qiáng)筋與加強(qiáng)梁，保證節(jié)點(diǎn)連接強(qiáng)度。鋼管柱柱帽、柱腳構(gòu)造如圖4所示。

圖4 鋼管柱柱帽、柱腳構(gòu)造

（2）鋼管柱與中板縱梁連接

鋼管柱與中板縱梁的連接節(jié)點(diǎn)位于中板縱梁之下，縱梁主筋在鋼管柱處斷開，上下層主筋分別與抗拉、抗剪鋼板焊接。鋼管柱與中板縱梁連接節(jié)點(diǎn)如圖5所示。

圖5 鋼管柱與中板連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

工程以抗拉鋼板和抗剪鋼板作為結(jié)構(gòu)梁鋼筋籠與鋼管柱的接合點(diǎn)，取代常規(guī)的鋼筋結(jié)構(gòu)環(huán)梁與結(jié)構(gòu)梁主筋的鉚接形式，相比于加工彎曲環(huán)形鋼筋，這樣的施工工藝加工省時(shí)且精度可控性高，在不影響鋼管柱與結(jié)構(gòu)梁連接關(guān)系的前提下，通過受力主筋與鋼板的焊接，可以增強(qiáng)其與鋼管柱的結(jié)合強(qiáng)度和剛度，改善抗拉、抗剪鋼板的局部受力弱點(diǎn)。中板主筋與抗拉、抗剪鋼板的焊接形式如圖6所示。

圖6 中板鋼筋與抗拉／抗剪鋼板節(jié)點(diǎn)連接大樣

5 二襯結(jié)構(gòu)施工

5.1 地模施工

基坑開挖至各層的設(shè)計(jì)高程后，及時(shí)進(jìn)行基礎(chǔ)承載力試驗(yàn)，并進(jìn)行各縱梁基槽的開挖，采用50 mm厚C20混凝土墊層封閉基坑?？v梁模板采用磚砌體，在地模上鋪設(shè)一層10 mm厚竹膠板，地模頂面標(biāo)高提高15 mm作為預(yù)留沉降量［12］。

5.2 側(cè)墻模板施工

側(cè)墻結(jié)構(gòu)使用組裝式模板施工，面板為18 mm厚竹膠板，豎肋為幾字梁，橫肋為雙拼 10槽鋼，三角支撐采用 14及 10槽鋼。間隔0.6 m在模板背后安裝三角背撐支架，每安裝5榀支架，用鉤頭螺栓將模板背楞、三角支架通過壓梁槽鋼連成一個(gè)整體。

5.3 預(yù)埋接駁器的保護(hù)

由于邊墻與板的連接部位承受主要負(fù)彎矩，因此邊墻必須與板同時(shí)施作，不留施工縫。對(duì)于包括側(cè)墻夾層板及該部位在內(nèi)的預(yù)埋鋼筋接駁器接頭，首先使用防水膠帶包裹嚴(yán)密，將接駁器插入一層15 mm厚的泡沫塑料板，并將泡沫塑料板在模板端部頂靠牢固，直接澆筑在結(jié)構(gòu)混凝土內(nèi)部以保護(hù)接頭（見圖7）。當(dāng)進(jìn)行下一工序時(shí)，鑿除表面混凝土，將泡沫塑料板揭開露出整個(gè)接駁器，減少鑿除工作量，降低對(duì)接駁器的損壞。

圖7 接駁器保護(hù)

5.4 結(jié)構(gòu)防水施工

結(jié)構(gòu)頂板使用0.8 mm厚的雙層高分子增強(qiáng)復(fù)合卷材。卷材采用雙層滿粘法粘接，卷材與基層、卷材與卷材之間均使用配套的橡化瀝青膠結(jié)料粘接，涂刷厚度≥1.5 mm。側(cè)墻和底板均為1.5 mm厚的自粘膠膜防水卷材。施工縫為中埋式鋼邊止水帶和全斷面注漿管，并在施工縫表面涂刷兩道水泥基滲透結(jié)晶防水材料。底板抗拔樁防水構(gòu)造如圖8所示。

圖8 抗拔樁防水節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

6 結(jié)束語

蓋挖逆作法可以有效減少對(duì)既有設(shè)施的影響，提高施工效率，加快施工進(jìn)度。工程蓋挖逆作基坑的順利實(shí)施，技術(shù)要點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：

（1）圍護(hù)樁的施工應(yīng)保證成孔精度，避免后期結(jié)構(gòu)施工造成侵限，中柱鋼管柱采用HPE液壓垂直插入機(jī)，可以有效保證鋼管柱的插入精度。

（2）以鋼管柱上抗拉、抗剪鋼板作為結(jié)構(gòu)縱梁水平受力與鋼管柱的接合點(diǎn)，取代鋼筋結(jié)構(gòu)的環(huán)梁與結(jié)構(gòu)梁主筋的鉚接形式，可以有效縮短工時(shí)、增強(qiáng)與鋼管柱的結(jié)合強(qiáng)度和剛度。

（3）對(duì)于邊墻與中板腋角、側(cè)墻夾層板部位的鋼筋預(yù)埋接駁器，可以使用泡沫塑料板進(jìn)行包裹保護(hù)，有效減少后續(xù)鑿除施工對(duì)接駁器的損壞。

（4）蓋挖逆作法在土方開挖結(jié)束后可以提供較大的作業(yè)面，便于側(cè)墻防水施工。但應(yīng)加強(qiáng)對(duì)頂板、底板抗拔樁節(jié)點(diǎn)的防水施工質(zhì)量，避免后期出現(xiàn)結(jié)構(gòu)滲漏。