鬧市中心緊臨地鐵的超深基坑逆作法施工技術(shù)【摘要】地處鬧市中心的深基坑工程,緊鄰運(yùn)營(yíng)中的地鐵2號(hào)線,而且周邊環(huán)境復(fù)雜,采用逆作法成功完成了地下5層超深基坑施工,確保了基坑及周邊環(huán)境和建筑的安全。深基坑逆作法施工,具有減少基坑變形、節(jié)省費(fèi)用、縮短工期等憂點(diǎn)。【關(guān)鍵詞】深基坑工程逆作法支撐體系承壓水降水1 工程概況 廖創(chuàng)興金融中心大廈位于上海市黃浦區(qū)南京西路與新昌路交叉口。基地占地面積約5 151 m2,地下室5層,基坑平均開挖深度為22.4 m,局部深坑挖深達(dá)28.4 m。上部3層裙房,主樓34層,建筑總高度161.50 m,為一類超高層建筑,建筑總面積72 000 m2。 基礎(chǔ)形式為鋼筋混凝土灌注樁及現(xiàn)澆鋼筋混凝土厚底板基礎(chǔ),底板厚為3 m和2 m兩種,工程樁為φ850 mm和φ1 100 mm的鉆孔灌注樁共460根,立柱樁126根,采用φ770 mm和φ630 mm鋼管混凝土立柱以及480 mm×480 mm格構(gòu)柱。圍護(hù)結(jié)構(gòu)為地下連續(xù)墻,墻厚1 000 mm,深度35 m,近萬象商廈及地鐵2號(hào)線位置,深度為36 m和39 m。 基坑周邊環(huán)境復(fù)雜,管線及建筑物距離基坑較近,運(yùn)營(yíng)中的2號(hào)線地鐵隧道,離基坑南側(cè)內(nèi)邊線距離約13 m,隧道內(nèi)徑6 m、頂標(biāo)高約-13.500 m(圖1)。2 地質(zhì)條件 根據(jù)廖創(chuàng)興金融中心大廈巖土工程勘察報(bào)告,本工程場(chǎng)區(qū)地質(zhì)單元屬長(zhǎng)江三角洲沖淤積平原,土性由粘性土和砂性土組成。第⑤2層粉質(zhì)粘土夾少量粉砂。地層土結(jié)構(gòu)較松散,透水性強(qiáng),在動(dòng)水條件下易產(chǎn)生流砂等不良現(xiàn)象;基坑開挖層以下有高水頭的承壓含水層(第⑦層砂土),對(duì)基坑底板的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。3 逆作法圍護(hù)設(shè)計(jì)3.1 結(jié)構(gòu)支撐體系 根據(jù)常規(guī)的結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn),結(jié)構(gòu)上部的荷載通過豎向結(jié)構(gòu)將力傳遞至底板繼而至工程樁。而逆作法施工時(shí),上層的結(jié)構(gòu)優(yōu)先于下層結(jié)構(gòu)施工,荷載無法通過豎向結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳遞,因此需設(shè)置臨時(shí)的豎向傳力體系卸除上部荷載。同時(shí)因逆作施工需要而留設(shè)的臨時(shí)取土洞口,切斷了力的水平傳遞,需在洞口內(nèi)設(shè)置臨時(shí)的橫向傳力體系以傳遞水平力。3.1.1 豎向傳力體系 逆作法各層結(jié)構(gòu)施工時(shí)只施工梁板結(jié)構(gòu),柱及剪力墻順作,因此在各豎向傳力節(jié)點(diǎn)處設(shè)置臨時(shí)支柱使力系通過支柱向下傳遞。主要的支柱形式為φ770 mm和φ630 mm鋼管混凝土立柱、480 mm×480 mm格構(gòu)柱,立柱錨入鉆孔灌注樁內(nèi)的深度為3 m,各立柱的頂標(biāo)高為-0.300 m。3.1.2 水平向傳力體系 各層板面均留4個(gè)取土口,洞口空缺處除首層為鋼支撐外均采用混凝土梁作為支撐,支撐面標(biāo)高均與相應(yīng)結(jié)構(gòu)樓層面標(biāo)高相同。支撐的端點(diǎn)支承于梁上或柱梁節(jié)點(diǎn)位置,以更有效傳遞水平力。3.1.3 首層板加固 逆作法首層板作為土方運(yùn)輸?shù)男凶呗肪€及抓土機(jī)的施工區(qū),承受較大的荷載,根據(jù)本工程采用的挖機(jī)及土方運(yùn)輸車的重量,設(shè)計(jì)院出圖,確定在首層板上對(duì)板進(jìn)行加固處理。 主要是調(diào)整板的配筋,配筋加密,直徑加大的方式。加固完以后的結(jié)構(gòu)樓板最大荷載為活載33.5 kN/m2恒載:5 kN/m2;一般荷載區(qū)為活載5 kN/m2恒載:5 kN/m2;土方車行走區(qū)域?yàn)榛钶d16.5 kN/m2恒載5 kN/m2。在施工過程中,嚴(yán)格限制車輛的行走范圍,土方車及挖機(jī)在指定的范圍內(nèi)行走。3.2 基坑內(nèi)土體加固 由于地基土的力學(xué)指標(biāo)較弱,粉質(zhì)土比率較大,為控制地墻變形和建筑物位移,且根據(jù)上海市軌道交通管理?xiàng)l例,為保障地鐵2號(hào)線運(yùn)營(yíng)安全正常,對(duì)基坑采用旋噴樁加固。 加固分兩個(gè)區(qū)域:一是在地墻邊寬度6 m范圍內(nèi)采用鋸齒形加固,二是在靠地鐵一側(cè)沿地墻邊10 m寬度范圍內(nèi)采用格構(gòu)式加固,加固深度亦從標(biāo)高-15.25至第⑥層土面以上標(biāo)高-26.70 m位置(底板下4.0 m)。底板下加固強(qiáng)度為1.5 MPa,底板以上強(qiáng)度約為0.8 MPa。3.3 底板板內(nèi)撐設(shè)計(jì) B4層樓板面標(biāo)高為-15.300 m,底板底標(biāo)高為-22.700 m,兩板間的凈高大,挖土深度達(dá)到7.4 m,對(duì)地墻等圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)成一定的威脅,項(xiàng)目部經(jīng)過研究決定在底板內(nèi)加一道板內(nèi)混凝土支撐,以降低挖土的凈高。支撐形式主要是在地墻邊設(shè)置成桁架形式的支撐,在基坑中部設(shè)置三道對(duì)撐,在基坑的四個(gè)角落設(shè)置角撐,組成一套完整的支撐體系(圖2)。4 降水施工4.1 疏干井降水 為確保基坑開挖及逆作法施工順利進(jìn)行,結(jié)合基坑開挖深度和范圍,采用真空井點(diǎn)和深層井點(diǎn)降水。真空深井降水,即在深井中用真空聚水,深井水泵抽水以達(dá)到基坑降水和土體排水固結(jié)目的,增強(qiáng)基坑內(nèi)被動(dòng)土壓力,減少連續(xù)墻體根部的位移,為基坑開挖創(chuàng)造有利條件。降水效果如何是逆作法施工能否順利進(jìn)行的關(guān)鍵之一。 為滿足深基坑土方施工進(jìn)一步降水的需要,采用ZGJ—50型真空管井式井點(diǎn),深井成孔φ700 mm,考慮到沉渣的因素,每口井的鑿井深度相應(yīng)加深0.5~1 m。在整個(gè)基坑范圍內(nèi)布置12口疏干井,連接4臺(tái)真空泵進(jìn)行降水。4.2 承壓水降水 本場(chǎng)地承壓含水層主要由第⑦層砂質(zhì)粉土及粉砂層與第⑨層粉細(xì)砂層構(gòu)成,該兩層土為上海地區(qū)的第Ⅰ與第Ⅱ承壓含水層。本次降承壓水主要針對(duì)第⑦層砂質(zhì)粉土與粉砂層,但必須考慮下伏第⑨層粉細(xì)砂層對(duì)第⑦層砂質(zhì)粉土及粉砂層的越流補(bǔ)給的影響。第⑦層的頂板平均埋深在地表以下-30.800 m。 本次降水按照計(jì)算布置的7口降壓井進(jìn)行,其中Y7作為備用井兼觀測(cè)井(圖3),由觀測(cè)井抽水試驗(yàn)測(cè)得初始水頭位于-8.00 m標(biāo)高。根據(jù)計(jì)算,基坑開挖至18.00 m時(shí),基坑上覆土重與下伏承壓含水層的頂托力持平,此時(shí)應(yīng)開始正式抽水運(yùn)行。 土方開挖至結(jié)束,整個(gè)基坑均處于受控狀態(tài),未出現(xiàn)承壓水突涌等現(xiàn)象,而且在基坑周圍的建筑等也未發(fā)生不均勻沉降,沒有出現(xiàn)變形情況,降水效果是明顯的,成功的。5 地下挖土施工 深基坑施工關(guān)鍵在時(shí)間控制,時(shí)間的長(zhǎng)短直接影響到基坑的安全與否,而在基坑的施工過程中最占時(shí)間的就是挖土工程,尤其是暗挖土作業(yè)。保證挖土的時(shí)間,才能加快結(jié)構(gòu)樓板支撐的施工速度,縮短基坑處于無支撐狀態(tài)下的時(shí)間,使圍護(hù)結(jié)構(gòu)處于受控狀態(tài)。因此在逆作施工過程中,必須合理科學(xué)的安排施工順序和施工工藝,以最短時(shí)間完成各層挖土工作。 地下室挖土采用分區(qū)流水開挖結(jié)合盆邊留土、對(duì)稱抽條開挖方式,整個(gè)地下室分三個(gè)區(qū)施工(圖4)。按照“時(shí)空效應(yīng)”理論指導(dǎo)挖土支撐施工,做到“分層、分塊、對(duì)稱、平衡、限時(shí)”開挖和支撐,22.7 m深坑土體分七次開挖。為確保基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及地鐵的安全,地下室各層盆邊土體采用對(duì)稱抽條開挖方式,隨挖隨澆混凝土墊層,將整個(gè)基坑墊層作為一道臨時(shí)的混凝土支撐。6 結(jié)論 在鬧市中心復(fù)雜的環(huán)境條件下,建造地下5層地下室, 存在很大的風(fēng)險(xiǎn),項(xiàng)目部憑借所掌握的地下深基坑施工知識(shí)和經(jīng)驗(yàn),以及所搜集的豐富信息資料進(jìn)行不斷檢查、不斷總結(jié),發(fā)現(xiàn)偏差及時(shí)糾正,并且密切觀測(cè)周圍環(huán)境的變化,將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與基坑變化情況進(jìn)行對(duì)照,做到精細(xì)管理,確保了本工程地下5層順利完成。同時(shí)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示,在本基坑施工過程中,圍護(hù)體變形量比同類基坑要小,可見逆作法施工對(duì)保護(hù)周圍建筑物、地下管線的安全起到了很大的作用。 從本工程實(shí)例我們可以看出,城市地下空間施工,采取逆作法工藝在環(huán)境保護(hù)、施工進(jìn)度、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益方面有著極大的優(yōu)越性。隨著我國(guó)城市進(jìn)一步的發(fā)展,城市地下空間的開發(fā)任務(wù)愈來愈重,逆作法以其有利控制周邊環(huán)境、降低工程造價(jià)、縮短施工工期等優(yōu)點(diǎn),將在城市綜合地下空間施工中發(fā)揮更大作用。