李少波
(廈門軌道交通集團有限公司 福建廈門 361004)
隨著我國城市軌道交通高速發(fā)展,新建地下工程穿越既有建筑的頻率越來越高,往往成為高風險的控制工程。而設計方案是否科學合理,直接關系到工程的實施難度、工期和投資,并成為控制自身風險和環(huán)境風險的最為關鍵的因素[1]。基于此,本文擬以廈門地鐵3號線車站下穿地下商業(yè)街為例,介紹該工程如何采用上下部結(jié)構(gòu)縱向分節(jié)托換的設計優(yōu)化方案。
廈門地鐵3號線廈門火車站,位于鐵路廈門站北廣場和湖濱東路下方,東側(cè)為華星大廈,西側(cè)為世貿(mào)商城和羅賓森廣場,南側(cè)為國鐵廈門站站房,北側(cè)為湖濱東路。
車站分為南站廳、北站廳、下穿段3部分。下穿段位于BRT高架橋、廈禾路及梧村地下街下方,南北站廳采用明挖法施工,其底板澆筑完成后暗挖下穿段。平面布置如圖1所示。
地下街頂板為單向梁體系,寬約36m,長約405m,五柱四跨地下一層結(jié)構(gòu),頂板覆土2m~2.5m,底板埋深約9m。地下街為逆作法施工,采用鋼管柱,柱下單樁基礎,端承樁,持力層為中風化花崗巖。樁徑1000mm~1400mm,樁長6.6m~18.7m,底板600mm厚抗浮板+抗浮錨桿。
圖1 車站平面布置圖
BRT橋墩位于下穿段兩線之間,橋墩采用樁基礎,樁徑1500mm,持力層為微風化花崗巖。樁長約11m,樁底位于3號線地鐵車站底板以下約4m。BRT橋墩與商業(yè)街底板為剛性連接,與頂板脫開。
下穿段為雙線雙洞矩形框架結(jié)構(gòu)。地下商業(yè)街有25根樁位于下穿段結(jié)構(gòu)范圍內(nèi),需進行托換?;游挥诘叵律虡I(yè)街下方,采用蓋挖法施工。
下穿段開挖范圍穿越地層有:殘積亞粘土、全風化花崗巖、強風化花崗巖、中風化花崗巖。下半部分處于中風化巖層中。
地下水主要為土層孔隙水及基巖裂隙水,碎裂狀強風化花崗巖透水性好,富水性好,水量較豐富。地下水位埋深0.5m~1.5m[2]。
立面如圖2所示,橫斷面如圖3所示。
圖2 立面圖
圖3 橫斷面圖
原設計采用被動托換方式,對垂直線路方向的樁進行一次性托換。左線采用H型托換體系,一梁托三樁;右線采用T型托換體系,一梁托兩樁。托換平面如圖4所示,橫斷面如圖5所示,三維模型如圖6所示。
圖4 樁基托換平面圖
圖5 樁基托換橫斷面圖
圖6 樁基托換三維模型圖
為了滿足新舊混凝土之間的銜接,原設計采用對舊樁樁身開設企口,然后植入鋼筋的方式,并制作1∶1實體模型進行受力試驗,承載性能達18 000kN,滿足設計要求。節(jié)點設計如圖7所示,實體模型如圖8所示。
基坑兩邊采用放坡開挖+土釘?shù)闹ёo方式,中部約5m寬巖體采用直壁開挖,設置對穿錨桿擋墻。 基坑支護如圖9所示。
基坑開挖分兩個階段:第一階段開挖深度約5m的施工通道,在通道內(nèi)進行挖孔樁施工,施作立柱和托換梁;第二階段開挖至坑底。人工挖孔樁采用方形樁,共29根,尺寸分別為1.4m×1.2m、1.4m×1.4m、1.4m×2.0m;樁端持力層為中風化花崗巖,樁長10.5m~13m。托換梁尺寸為2.7m×2.8m、2.2m×2.8m。
施工步驟如表1所示。
表1 施工步驟表
圖7 新舊混凝土銜接節(jié)點設計圖
圖8 新舊混凝土銜接試驗模型圖
圖9 基坑支護圖
(1)上臺階開挖完成后,施作35根方形挖孔樁,施工難度大,風險高;挖孔樁穿過中風化花崗巖,需要爆破,不可能按設計形成理想的方孔,孔壁參差不齊,方形鋼筋籠也難以下放。
(2)由于既有舊樁采用人工挖孔樁,有鋼筋混凝土護壁包裹樁身,原設計要求對舊樁樁身雕刻出理論設計的企口,幾乎不可能做到;留下的凸出部分易破碎、損傷,也不可能維持原強度;植筋采用化學灌漿,易老化失效。
(3)樁基和立柱完成后,在上臺階空間澆筑工字型和T字形主梁,工序多,立模和混凝土澆筑困難。
(4)上下臺階開挖過程,中部約5m寬的直壁土體采用對拉錨桿加固保留,施工難度大,既導致作業(yè)空間更狹小,又起不到任何支撐作用。
(5)除底板可以連續(xù)澆筑成整體外,側(cè)墻、頂板均采用柱梁間植筋、嵌入式澆筑混凝土,形成27塊板,工序復雜,施工縫多,質(zhì)量難以保證,防水效果差。
采用被動托換方式對既有樁進行托換,每次托換一排樁。
分上下臺階開挖:上臺階一次開挖完成,高度約6m,然后澆筑上半段結(jié)構(gòu)(含托換梁、板及側(cè)墻), 側(cè)墻落在強風化或中風化花崗巖上,形成支撐縱梁體系;下半臺階分9段開挖,每段開挖出一排樁,并澆筑一段結(jié)構(gòu),依次施工,最終完成全部下臺階結(jié)構(gòu)施作,且始終保持既有樁基完整;最后逐一截斷樁基,完成全部托換[3]。立面如圖10所示,橫斷面如圖11所示。
圖10 優(yōu)化后的立面圖
圖11 優(yōu)化后的橫斷面圖
下半臺階每段開挖時,該段荷載通過上部縱梁傳遞至兩側(cè):一側(cè)為已完成框架結(jié)構(gòu),一側(cè)為支撐于良好地基上的墻梁基礎。下臺階分段開挖,前一段混凝土達到設計強度后,開挖下一段土石[4]。分節(jié)開挖如圖12所示。
圖12 縱向分節(jié)開挖圖
為降低進出洞風險,進出洞范圍設置8m長Φ159管棚,9~10榀鋼架。管棚及鋼架橫斷面如圖13所示。
圖13 管棚及鋼架橫斷面圖
上下臺階開挖過程,中部土體挖除,基巖保留,取消對拉錨桿。
新舊混凝土之間銜接,采用先剝除銜接范圍內(nèi)舊樁護壁和樁身保護層,增設φ28粗箍筋與舊樁主筋焊接牢固,將需要穿過舊樁的頂板鋼筋焊接在粗箍筋上,舊樁樁身清洗干凈后,再澆筑新混凝土。
(1)進出洞位置管棚施工,嚴格控制管棚注漿壓力<0.5MPa,并實時監(jiān)測商業(yè)街底板變形情況,避免管棚注漿造成商業(yè)街底板變形過大。
(2)土方分層、分段、均勻、對稱開挖,土方開挖面高差不宜過大,以確保開挖過程土體自身穩(wěn)定。
(3)下穿段左右線開挖進度盡量保持一致。
(4)基巖開挖采用機械切割或靜態(tài)破碎等振動較小的方法。梧村地下街既有樁基以及BRT橋墩承臺、樁基四周不小于300mm范圍為土石方,采用人工鑿除,避免對既有樁基、承臺碰撞損壞。
(5)土石方開挖過程,施工單位派專人巡查基坑側(cè)壁的滲漏情況。如發(fā)現(xiàn)滲漏點,及時堵漏。大滲漏點及時處理完后繼續(xù)開挖。
(6)土石方開挖過程,對整個支護體系的變形、受力情況進行嚴密監(jiān)測,一旦發(fā)現(xiàn)異常情況,立即停止開挖,查明原因并采取有效措施后繼續(xù)開挖。
通過優(yōu)化設計后,大大簡化了施工工藝,節(jié)省造價,加快進度,更好地保證了施工的質(zhì)量和安全。工程于2018年9月5日開工,于2019年10月10日實現(xiàn)洞通。整個施工過程中,商業(yè)街正常營業(yè),既有樁基最大沉降值為9.6mm,商業(yè)街底板最大沉降值為9.75mm,均在設計預警值內(nèi)。
該工程的建成,為隧道下穿建筑物和樁基托換提供了新的思路,為類似工程的設計施工積累了經(jīng)驗。