宏伊大廈裙房施工與地鐵2號(hào)線河南中路站風(fēng)井改造[摘要]介紹某施建于地鐵上方的建筑的施工難點(diǎn)和特點(diǎn),并對施工過程及其監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)的介紹,為類似工程提供經(jīng)驗(yàn)。[關(guān)鍵詞]地鐵;改造;施工技術(shù);監(jiān)測 上海宏伊大廈工程地處南京路步行街東端,其平面如圖1所示。規(guī)劃紅線范圍中北側(cè)包含了地鐵2號(hào)線河南中路站的3號(hào)出入口、風(fēng)機(jī)房、風(fēng)井結(jié)構(gòu)。本工程中裙房在原風(fēng)機(jī)房上部建造鋼結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)連接,如圖2所示。因鋼結(jié)構(gòu)直接“蹲”在地鐵風(fēng)機(jī)房上部,故如何有效地控制地下結(jié)構(gòu)沉降成為施工中的重點(diǎn)。1 工程難點(diǎn)和特點(diǎn)(1) 緊靠地鐵,施工要求高 地鐵2號(hào)線河南中路站是從浦東到浦西的第1站,保護(hù)等級(jí)為特級(jí),地鐵公司給的控制指標(biāo)為:地鐵結(jié)構(gòu)最終絕對沉降、隆起及水平位移量<5ｍｍ;施工引起的結(jié)構(gòu)變形<0.5ｍｍ/ｄ。(2)新結(jié)構(gòu)的改造需確保風(fēng)機(jī)房的正常功能 地鐵2號(hào)線河南中路站建成于1999年,新結(jié)構(gòu)所覆蓋范圍為車站新風(fēng)井、排風(fēng)井及事故風(fēng)井,其承擔(dān)了地下車站主要的通風(fēng)換氣功能。宏伊大廈工程裙房有小部分位于地鐵風(fēng)機(jī)房上部。其地下部分為地鐵物業(yè)用房,其中包括風(fēng)機(jī)設(shè)備房、消聲設(shè)備等,地上部分為2個(gè)風(fēng)井,其中北側(cè)較大風(fēng)井為新風(fēng)井及事故風(fēng)井。改造工程范圍平面覆蓋整個(gè)紅線以內(nèi),立面中涉及地鐵頂板以上所有覆土挖除、風(fēng)井鑿除等工作。地鐵公司要求,施工過程中不得有雨水、塵土、物體等進(jìn)入風(fēng)機(jī)房內(nèi)部,以免危害設(shè)備正常運(yùn)行。(3)大體積土體卸載帶來地下風(fēng)機(jī)房結(jié)構(gòu)上浮的風(fēng)險(xiǎn) 經(jīng)過對地鐵2號(hào)線河南中路車站部分圖紙的研究發(fā)現(xiàn):地下風(fēng)機(jī)房結(jié)構(gòu)無樁基,結(jié)構(gòu)屬于抗浮箱體設(shè)計(jì)。地下2層,埋深約14ｍ,底板厚1.8ｍ。 經(jīng)圖紙研究及現(xiàn)場勘察,在地鐵下部結(jié)構(gòu)頂板上平均覆土1.8ｍ,挖土面積約508ｍ2。經(jīng)計(jì)算挖除覆土約1650ｔ,若一次性挖除,將對地下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的不均勻沉降。(4) 限時(shí)開挖和基礎(chǔ)梁限時(shí)施工要求高 土方開挖采用分區(qū)分塊,并和鋼筋混凝土基礎(chǔ)梁穿插結(jié)合施工。地鐵公司要求,挖除覆土后結(jié)構(gòu)頂板不得長時(shí)間暴露在外,基礎(chǔ)梁限時(shí)48ｈ內(nèi)完成。因場地位置特殊,混凝土澆搗難度大。基礎(chǔ)梁施工完畢之后要求立即回填砂袋以保持土體平衡,模板、支撐先埋在砂土中,對后續(xù)施工帶來麻煩。(5)上部鋼結(jié)構(gòu)加載過程中須保持基礎(chǔ)(風(fēng)機(jī)房)的平衡受力狀態(tài)不受影響 在上部結(jié)構(gòu)施工過程中,為保持基礎(chǔ)所受荷載基本不變,需要同步卸載減壓。以達(dá)到施工過程中加減荷載的平衡,保證地下結(jié)構(gòu)安全。鋼結(jié)構(gòu)施工過程中,鋼柱、鋼梁安裝需考慮到臨時(shí)的集中荷載對下部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的作用力,因此要避免集中方向安裝。2 施工指導(dǎo)原則2.1 信息化施工,掌握變形數(shù)據(jù) 地鐵公司所要求的0.5ｍｍ/ｄ之內(nèi)的變化控制量對于普通的建筑工程來說是近乎苛刻的要求。三、四等水準(zhǔn)測量儀的允許誤差就已經(jīng)是0.5ｍｍ的6倍之多,根本無法測得準(zhǔn)確而又細(xì)微的沉降變化。因此我們使用一級(jí)精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行1天2次以上沉降觀測,將數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析,以指導(dǎo)下一步的施工。2.2 施工不能影響地鐵正常工作 風(fēng)井作為貫穿地上地下的結(jié)構(gòu)部分,在改造過程中將鑿除其上部圓筒形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)墻,并將原先2個(gè)風(fēng)井(新風(fēng)風(fēng)井和事故風(fēng)井合并在同一風(fēng)井,但通風(fēng)管路不同)改造成為新風(fēng)、排風(fēng)、事故3個(gè)各自獨(dú)立的風(fēng)井。 為保證地鐵車站通風(fēng)量及其質(zhì)量,我們在施工中與地鐵公司進(jìn)行充分的溝通,采取夜間施工。待每日末班車駛離之后開始施工,次日首班車之前30ｍｉｎ收工,并清除垃圾。確保施工過程中不影響地鐵的使用。 鑿除采用由內(nèi)而外的鑿除方式,在風(fēng)井內(nèi)部用槽鋼梁挑腳手架,從圓筒內(nèi)部向外鑿除,以防止磚、混凝土碎塊掉落到風(fēng)機(jī)房內(nèi)部造成設(shè)備損壞。 待風(fēng)井上部結(jié)構(gòu)鑿除后,新風(fēng)井結(jié)構(gòu)按設(shè)計(jì)圖暫時(shí)用空心磚砌至一定高度。2.3分區(qū)施工,集中人力速戰(zhàn)速?zèng)Q 對土方開挖及基礎(chǔ)梁施工進(jìn)行分區(qū)設(shè)置,結(jié)合變形觀測數(shù)據(jù)合理安排工作量。事先按照挖土量、復(fù)雜程度并考慮最佳施工線路,將整個(gè)施工區(qū)域分為4個(gè)區(qū)塊。 由具有長年結(jié)構(gòu)施工經(jīng)驗(yàn)的人員施工,挖土與基礎(chǔ)梁施工穿插進(jìn)行。確保基礎(chǔ)梁從挖土、上排架、支模、鋼筋籠制作到完成混凝土澆搗時(shí)間不超過48ｈ。 按計(jì)算,新建鋼筋混凝土基礎(chǔ)梁的重量與被挖除覆土重量尚有一定差距,必須在基礎(chǔ)梁完成后,及時(shí)回填砂袋,以保持結(jié)構(gòu)受力平衡,并適當(dāng)加壓為下一分區(qū)施工創(chuàng)造條件。2.4結(jié)構(gòu)施工,邊造邊挖 為減小上部荷載,裙房此部位設(shè)計(jì)為6層鋼結(jié)構(gòu),樓板為壓型鋼板加配筋陶粒混凝土。施工前經(jīng)過詳細(xì)計(jì)算,結(jié)構(gòu)荷載約為15500ｋＮ,折算每層約2600ｋＮ。原覆土重量按照平均1.8ｍ深,508ｍ2約為16500ｋＮ。結(jié)構(gòu)施工是一個(gè)逐步加載的過程,為達(dá)到荷載平衡,必須在上部結(jié)構(gòu)施工過程中同步挖除基礎(chǔ)梁下方后加載的砂袋等。3 施工方案3.1設(shè)置測量方案 對于地下結(jié)構(gòu)沉降測量,我部專門制訂相適應(yīng)的測量方案,由富有地鐵監(jiān)測經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)分包進(jìn)行。 沉降監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置于地下風(fēng)機(jī)房內(nèi),每根立柱均設(shè)1點(diǎn),共19點(diǎn)。開工前兩周開始進(jìn)行初始沉降觀測,以了解常規(guī)狀態(tài)下的沉降變化。 改建施工開始后,監(jiān)測頻度增加。形成日報(bào)表、周報(bào)表、月報(bào)表。施工進(jìn)程根據(jù)報(bào)表提示隨時(shí)采取相應(yīng)變更。3.2分區(qū)施工設(shè)置 因地下情況復(fù)雜,優(yōu)先考慮在風(fēng)井處(整個(gè)施工區(qū)域東側(cè))施工,西邊的基礎(chǔ)梁稍后進(jìn)行。因?yàn)?個(gè)風(fēng)井處的覆土較少,而且從結(jié)構(gòu)圖看,有1根主要的基礎(chǔ)梁由南向北穿過風(fēng)井,并影響到其他主要梁的成型,應(yīng)先完成。先完成風(fēng)井處,一方面可盡量減小風(fēng)機(jī)房上部的卸載,另一方面也可在以后施工中有效防止對風(fēng)井的影響。因此,總體上將施工區(qū)域分為4區(qū)塊,東邊按照順序1→2→3區(qū)域先施工,西邊4區(qū)后開挖。3.3風(fēng)井施工 風(fēng)井的結(jié)構(gòu)改造分2次完成,在基礎(chǔ)梁施工階段先完成地下部分及地上2～3ｍ高度內(nèi)的磚混結(jié)構(gòu);待上部鋼結(jié)構(gòu)完成后,繼續(xù)進(jìn)行并最終形成完整的結(jié)構(gòu)。基礎(chǔ)梁施工階段,可在風(fēng)井出地面的部分上方暫時(shí)做出通風(fēng)口、設(shè)臨時(shí)屋蓋。3.4風(fēng)井保護(hù)措施 在風(fēng)井打鑿和改造中,在風(fēng)井內(nèi)外搭設(shè)防護(hù)架、腳手架,上部用彩鋼板設(shè)置臨時(shí)屋蓋,既保證進(jìn)出風(fēng)通暢,又防止雨水侵入。并在坑內(nèi)和風(fēng)機(jī)房內(nèi)砌筑一些擋水墻,達(dá)到防水、防墜物的作用。另在風(fēng)井洞口上滿蓋50ｍｍ×50ｍｍ網(wǎng)眼鋼板網(wǎng),防止異物進(jìn)入風(fēng)井。3.5基礎(chǔ)梁施工 根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖中梁的布置,以及有關(guān)結(jié)構(gòu)施工規(guī)范,將基礎(chǔ)梁按次序編號(hào),依次施工。原則上先完成主梁,后完成次梁,減少施工縫,保證主梁的完整性。3.64號(hào)區(qū)塊開槽挖土基礎(chǔ)梁施工 西側(cè)基礎(chǔ)梁施工時(shí)采取開槽挖土的方法,按基礎(chǔ)梁的高度確定挖土的深度,基礎(chǔ)梁完成后宜回填砂袋和覆土。3.7新樓板暫緩施工,作為取土口 新結(jié)構(gòu)底層樓板暫緩施工,相應(yīng)部位預(yù)留插筋。在上部鋼結(jié)構(gòu)施工時(shí),每完成一層,便挖除一定厚度的覆土或取出一定量的砂袋,維持風(fēng)機(jī)房受力平衡。在覆土全部挖出、做好防水工程后再施工封閉。3.8合理安排鋼結(jié)構(gòu)施工,避免集中荷載 在鋼結(jié)構(gòu)施工的同時(shí)進(jìn)行挖土卸載施工,但是還應(yīng)避免鋼柱安裝出現(xiàn)集中在一邊的情況。施工過程中合理安排鋼柱鋼梁施工順序,從角到邊均布加載。4 實(shí)施效果4.1基坑開挖前期施工對地鐵風(fēng)井監(jiān)測數(shù)據(jù)分析 基坑開挖前經(jīng)歷了4個(gè)施工階段(基坑圍護(hù)、工程樁、加固、預(yù)降水),施工對地鐵風(fēng)井產(chǎn)生的影響如圖3所示。由圖3可見,風(fēng)井變形呈隆起趨勢,根據(jù)現(xiàn)場工況分析,本階段鉆孔灌注樁施工與圍護(hù)連續(xù)墻接縫加固同時(shí)進(jìn)行施工,由于加固施工注漿壓力比較大,周邊土層受到高壓旋噴破壞,風(fēng)井呈明顯隆起趨勢,最大隆起點(diǎn)如Ｆ17,最大累計(jì)隆起量達(dá)4.6ｍｍ,該風(fēng)井變化較為均勻,臨近測點(diǎn)差異沉降量不大,且變形曲線較為平緩,無突變等情況。4.2基坑開挖施工對地鐵風(fēng)井監(jiān)測數(shù)據(jù)分析 從圖4可以看出,地下風(fēng)井結(jié)構(gòu)沉降較為均勻。累計(jì)量較大的Ｆ11點(diǎn)最大隆起量超過6.4ｍｍ。從圖中還可看出,地下風(fēng)井結(jié)構(gòu)隆起趨勢為,從基坑開挖前期就有隆起現(xiàn)象。根據(jù)工況分析原因,開挖初期,風(fēng)井結(jié)構(gòu)因受土層變形摩擦,局部呈隆起狀;隨著基坑內(nèi)土方的大量卸載,土體壓力的釋放和土體應(yīng)力場的改變,風(fēng)井結(jié)構(gòu)最終表現(xiàn)為較明顯的隆起趨勢。據(jù)實(shí)際分析,一般開挖至2、3層土?xí)r,風(fēng)井結(jié)構(gòu)隆起達(dá)到峰值,此后逐步有沉降趨勢。4.3風(fēng)井結(jié)構(gòu)施工階段監(jiān)測數(shù)據(jù)分析 從圖5可以看出,地下風(fēng)井結(jié)構(gòu)沉降較為均勻。累計(jì)量較大的Ｆ11點(diǎn)最大隆起量超過6.2ｍｍ。從圖5還可看出,地下風(fēng)井結(jié)構(gòu)變化趨勢為,隨著地上風(fēng)井結(jié)構(gòu)的不斷增加,地下風(fēng)井結(jié)構(gòu)不斷表現(xiàn)為下沉趨勢。根據(jù)工況分析原因,地上風(fēng)井結(jié)構(gòu)不斷增加,給地下結(jié)構(gòu)帶來的荷載也越來越大,最終地下風(fēng)井表現(xiàn)為輕微沉降趨勢。本階段風(fēng)井變化較為均勻,臨近測點(diǎn)差異沉降量不大,無突變等情況。5結(jié)語 在運(yùn)營地鐵風(fēng)機(jī)房上部進(jìn)行結(jié)構(gòu)改建施工及新建結(jié)構(gòu)施工,為嚴(yán)格控制建筑物沉降變形,保證地鐵安全營運(yùn),采取分區(qū)施工、高精度高密度的變形觀測、有效控制加減荷載量等施工控制手段,取得了良好的效果,可以為上海類似工程提供借鑒。