緊鄰磁浮車站的大型建筑深基坑逆作法施工【摘要】上海浦東國際機(jī)場二期交通中心基坑工程中,基坑西側(cè)緊鄰正在運(yùn)營的磁浮車站,而磁浮車站和軌道對(duì)沉降十分敏感,為確保施工期間磁懸浮列車正常運(yùn)營,基坑西側(cè)采用地下連續(xù)墻兩墻合一的圍護(hù)形式進(jìn)行逆作法施工,挖土采用分塊跳倉開挖,不僅確保了基坑和磁浮車站的安全,同時(shí)也加快了施工進(jìn)度,取得了較好的效果。【關(guān)鍵詞】航空港磁浮車站深基坑逆作法1 工程概況 上海浦東國際機(jī)場二期交通中心工程位于浦東國際機(jī)場航空港內(nèi),西側(cè)與磁浮國際機(jī)場站相接,東側(cè)為同時(shí)施工的二期航站樓主樓與樓前高架工程。交通中心基礎(chǔ)南北向長440 m,東西向長145 m,基坑大面積挖土深度達(dá)6 m、局部7.1 m,深基坑面積達(dá)6.4萬m2,為超大深基坑。 交通中心基坑周邊環(huán)境較為復(fù)雜,尤其以東側(cè)和西側(cè)為甚。其中東側(cè)通過優(yōu)化,最終采用放坡形式解決了東側(cè)的施工困難。西側(cè)距離基坑30 m不到,為世界上唯一一條正在商業(yè)運(yùn)營的磁懸浮車站和軌道,磁懸浮車站和交通中心基坑之間還存在著機(jī)場唯一的出場道路,同時(shí)道路邊的管線也必須在基坑施工期間加以保護(hù)。2 交通中心西側(cè)復(fù)雜環(huán)境下基坑施工難點(diǎn) (1)基坑西側(cè)最重要的保護(hù)對(duì)象是對(duì)沉降非常敏感的磁浮車站和軌道,確保其不間斷正常運(yùn)營。 (2)基坑西側(cè)離機(jī)場唯一離港道路(出場路)僅6 m,離開磁浮車站外墻18m,在整個(gè)施工期間也必須確保出場路及其下的管線的正常使用。 (3)交通中心工程南北向長度達(dá)到了440 m,逆作區(qū)寬度為24 m,施工中需減小超長大面積基坑的暴露長度和時(shí)間,控制圍護(hù)的變形。3 主要技術(shù)路線3.1 西側(cè)基坑圍護(hù)設(shè)計(jì) 交通中心西側(cè)考慮到對(duì)出場路及磁懸浮的保護(hù),采用地下連續(xù)墻作為圍護(hù),逆作法施工,圍護(hù)墻厚800 mm,深度為15.65 m。混凝土標(biāo)號(hào)為水下C30,抗?jié)BS8,混凝土的坍落度為18～22 cm。3.2 逆作挖土分塊及開挖流程 逆作區(qū)底板施工綜合考慮到幾方面因素: (1)確保基坑安全,減少基坑暴露長度。 (2)確保出場路和磁懸浮車站及軌道的安全。 (3)滿足總體進(jìn)度要求。 (4)方便挖土及結(jié)構(gòu)施工。 (5)減小混凝土收縮,從而達(dá)到減少裂縫的目的。 結(jié)合以上各因素,逆作區(qū)底板結(jié)構(gòu)進(jìn)一步細(xì)化分為15小塊,編號(hào)由北往南依次為D1～D15,相鄰塊之間設(shè)置施工縫,每塊長度基本上在30 m左右。 逆作區(qū)地下室總體施工流程:從中間和南北兩端同時(shí)對(duì)向進(jìn)行挖土和結(jié)構(gòu)施工方式(圖1)。
底板除中間和兩端第一塊采用挖一塊澆一塊外,其余采用每挖兩塊然后澆搗一塊,即混凝土澆搗采用跳倉施工,相鄰塊混凝土澆搗間隔15 d。4 關(guān)鍵施工技術(shù)4.1 “一柱一樁”垂直度控制 交通中心逆作區(qū)域一柱一樁為213根,設(shè)計(jì)要求永久內(nèi)插鋼立柱垂直度控制在1/500以內(nèi),對(duì)永久結(jié)構(gòu)柱,中心偏差控制在±5 mm。 在實(shí)施過程中通過自制的一套立柱樁校正架對(duì)立柱樁的垂直度與水平位移進(jìn)行校正(圖2),同時(shí)在基坑開挖過程中采取措施,使整個(gè)基坑開挖至基底后,經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)測,一柱一樁的垂直度偏差均在1/500以內(nèi),滿足了設(shè)計(jì)對(duì)于垂直度的控制要求。 為提高樁基抗壓承載力以及減少樁基在豎向荷載作用下的沉降變形,根據(jù)設(shè)計(jì)要求,本工程逆作區(qū)域一柱一樁部位共計(jì)213根均采用了樁底后注漿的施工工藝。4.2 地下連續(xù)墻施工技術(shù) 交通中心工程地下連續(xù)墻總延長米為514.6 m,根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙將地墻共劃分約94幅槽段,由于地下連續(xù)墻墻頂標(biāo)高位于自然地面以上,成槽機(jī)無法進(jìn)行施工,為了確保地下連續(xù)墻的施工,在地墻施工階段,將地下連續(xù)墻施工至-2.50 m標(biāo)高,低于設(shè)計(jì)標(biāo)高0.7 m,在該標(biāo)高處設(shè)置施工縫,其上部分同結(jié)構(gòu)頂板與壓頂圈梁一同施工。 為提高地墻接頭處的抗?jié)B及抗剪性能,對(duì)地墻雌雄頭連接處,用外型與雌槽相吻合的接頭刷,緊貼接頭面,上下反復(fù)刷動(dòng),去除形成的泥皮以保證相鄰槽段在澆注后接頭密實(shí)、不滲漏。4.3 逆作頂板結(jié)構(gòu)施工4.3.1 頂板格構(gòu)柱節(jié)點(diǎn)處理 本工程逆作開挖時(shí),挖土機(jī)和土方運(yùn)輸車?yán)媒Y(jié)構(gòu)頂板作為出土平臺(tái)和運(yùn)輸?shù)缆?同時(shí),整個(gè)逆作頂板將作為機(jī)場二期工程南北向的主要施工道路。因此,對(duì)頂板梁柱節(jié)點(diǎn)的格構(gòu)柱采取加設(shè)鋼牛腿加強(qiáng)措施(圖3)。4.3.2 頂板結(jié)構(gòu)施工 逆作區(qū)梁、平臺(tái)板施工流程為:逆作區(qū)卸土→-2.90m墊層施工→墊層彈線→搭設(shè)排架→鋪設(shè)梁底模→制單側(cè)梁側(cè)模→部分平臺(tái)板鋪設(shè)→綁扎梁鋼筋→驗(yàn)收梁鋼筋→封另一側(cè)梁側(cè)模→剩余平臺(tái)板鋪設(shè)→梁側(cè)模拋撐加固→排架加固驗(yàn)收→綁扎平臺(tái)板筋→驗(yàn)收平臺(tái)板筋→澆搗梁、平臺(tái)板混凝土。平臺(tái)板排架采用1 600 mm高鋼管搭設(shè),作法同順作區(qū)域。 對(duì)于逆作區(qū)800 mm×1 800 mm大梁,由于梁底離墊層面僅有50 mm左右,因此采用直接在墊層上面進(jìn)行50 mm厚水泥砂漿粉平,上涂脫模劑直接作為該大梁的底模,側(cè)模仍然采用夾板。對(duì)于逆作區(qū)1 000～1 650 mm高大梁,梁底離墊層面高度為200～850mm,梁底支模同一般順作區(qū)域,僅用木楔(或墊塊)置于墊層上來代替梁底豎向支撐鋼管,木楔(或墊塊)沿梁跨度方向間距為400 mm。逆作區(qū)梁高低于1000 mm梁,由于梁自重較輕,梁底不需要加豎向鋼管支撐,作法同一般順作區(qū)域。4.4 逆作區(qū)挖土施工 出土洞口的布置按照基坑內(nèi)挖土機(jī)械的挖土回轉(zhuǎn)半徑和結(jié)構(gòu)分塊來控制,基本控制在每一分塊有一挖土洞口,共布置了15個(gè)挖土洞口。土方經(jīng)挖土機(jī)械在坑內(nèi)至多經(jīng)過兩次傳遞到取土洞口,再由上部挖土機(jī)駁出坑外。底板逆作挖土?xí)r,0.4 m3小機(jī)在坑內(nèi)將土翻駁至距離近的留洞口,再由1臺(tái)1.2 m3挖機(jī)在頂板洞口邊將土方抓運(yùn)并裝車運(yùn)走。每一分塊逆作挖土?xí)r,采用分段分層挖土,分層厚度不大于2.5m,每一施工段與未開挖部位之間邊界采用臨時(shí)邊坡,臨時(shí)邊坡為1∶1.5,平臺(tái)寬度為2 m。 后續(xù)相鄰分塊底板逆作挖土施工條件:每次挖土完成后,及時(shí)進(jìn)行墊層混凝土澆搗,待底板混凝土澆搗完成并養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后,方可進(jìn)行相臨塊土方的開挖,挖土?xí)r嚴(yán)格按照分塊進(jìn)行,一次挖土地墻暴露長度控制在60m內(nèi),嚴(yán)禁一次超長挖土。4.5 逆作底板結(jié)構(gòu)施工4.5.1 底板與地墻連接 在與地墻交界處的底板內(nèi)設(shè)有環(huán)狀暗梁,地墻內(nèi)預(yù)留底板環(huán)梁插筋,施工底板時(shí)由地墻內(nèi)鑿出并扳直,錨入暗梁內(nèi)。底板上下排與地墻垂直鋼筋均同地墻鋼筋接駁器連接。 由于在地墻成槽、混凝土澆搗施工階段,預(yù)留鋼筋直螺紋接駁器位置可能出現(xiàn)偏差,待開挖后,根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行處理。根據(jù)可能出現(xiàn)的情況,制定如下原則:下皮鋼筋接駁器位置偏離正常位置200 mm以內(nèi),鋼筋與直螺紋正常連接,鋼筋按1∶6彎折比例彎至正常位置,上皮鋼筋考慮到建筑完成面為-6.00 m,上皮鋼筋偏差控制為向上50 mm,向下100 mm,鋼筋按1∶6彎折比例彎至正常位置(圖5)。如接駁器偏離位置超出了該范圍,則通過種筋與地墻連接,另一端通過綁焊與底板鋼筋正常連接。4.5.2 地梁鋼筋施工 在逆作基坑范圍內(nèi),基礎(chǔ)梁截面主要為800 mm×1 650 mm、800 mm×1200 mm。鋼筋主要為φ32 mm。如果按照順做施工綁扎時(shí)搭設(shè)鋼管支架,由于梁架空綁扎,在穿過格構(gòu)柱時(shí)將碰到腹板,梁本身高度較高,加上架空綁扎,在梁鋼筋綁扎操作范圍內(nèi),格構(gòu)柱腹板都將割除,這將引起腹板失穩(wěn)。因此,通過采用在梁兩側(cè)放坡開挖,操作工人直接在基坑底部綁扎梁鋼筋(圖6);在梁主筋穿過格構(gòu)柱處,如碰角鋼穿不過處,不得損傷角鋼,對(duì)于局部梁鋼筋密集處,通過放大梁截面或調(diào)整梁鋼筋的皮數(shù)來調(diào)整鋼筋間距,使梁鋼筋順利穿過格構(gòu)柱,梁最上皮鋼筋放置完后,依次將箍筋套入。箍筋的接頭應(yīng)交錯(cuò)排列垂直放置,箍筋轉(zhuǎn)角與豎向鋼筋交叉點(diǎn)均應(yīng)扎牢(箍筋平直部分與豎向鋼筋交叉點(diǎn)可每隔一根互成梅花式扎牢),綁扎箍筋時(shí),鉛絲扣要相互成八字形綁扎;將梁的下部鋼筋安裝就位,鋼筋接頭也是直螺紋連接;梁的上下部鋼筋均二層和三層排列,排與排之間采用與主筋相同規(guī)格的鋼筋填充,間距1 000 mm。5 交通中心逆作區(qū)基坑實(shí)施效果 在交通中心大面積逆作法開挖過程中,由于通過合理留設(shè)挖土洞口、合理劃分施工塊以及抽條開挖的方式進(jìn)行施工,一方面使基坑變形始終處于設(shè)計(jì)要求的控制范圍內(nèi),保證了基坑施工的安全,另一方面,由于頂板卸土開挖,順作進(jìn)行結(jié)構(gòu)排架支撐施工,確保了結(jié)構(gòu)混凝土的施工質(zhì)量,同時(shí)在實(shí)施過程中,通過采用一柱一樁垂直度控制和樁底后注漿等新技術(shù)以及對(duì)底板開挖方式的優(yōu)化,加快了施工進(jìn)度,取得了明顯的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。
底板除中間和兩端第一塊采用挖一塊澆一塊外,其余采用每挖兩塊然后澆搗一塊,即混凝土澆搗采用跳倉施工,相鄰塊混凝土澆搗間隔15 d。4 關(guān)鍵施工技術(shù)4.1 “一柱一樁”垂直度控制 交通中心逆作區(qū)域一柱一樁為213根,設(shè)計(jì)要求永久內(nèi)插鋼立柱垂直度控制在1/500以內(nèi),對(duì)永久結(jié)構(gòu)柱,中心偏差控制在±5 mm。 在實(shí)施過程中通過自制的一套立柱樁校正架對(duì)立柱樁的垂直度與水平位移進(jìn)行校正(圖2),同時(shí)在基坑開挖過程中采取措施,使整個(gè)基坑開挖至基底后,經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)測,一柱一樁的垂直度偏差均在1/500以內(nèi),滿足了設(shè)計(jì)對(duì)于垂直度的控制要求。 為提高樁基抗壓承載力以及減少樁基在豎向荷載作用下的沉降變形,根據(jù)設(shè)計(jì)要求,本工程逆作區(qū)域一柱一樁部位共計(jì)213根均采用了樁底后注漿的施工工藝。4.2 地下連續(xù)墻施工技術(shù) 交通中心工程地下連續(xù)墻總延長米為514.6 m,根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙將地墻共劃分約94幅槽段,由于地下連續(xù)墻墻頂標(biāo)高位于自然地面以上,成槽機(jī)無法進(jìn)行施工,為了確保地下連續(xù)墻的施工,在地墻施工階段,將地下連續(xù)墻施工至-2.50 m標(biāo)高,低于設(shè)計(jì)標(biāo)高0.7 m,在該標(biāo)高處設(shè)置施工縫,其上部分同結(jié)構(gòu)頂板與壓頂圈梁一同施工。 為提高地墻接頭處的抗?jié)B及抗剪性能,對(duì)地墻雌雄頭連接處,用外型與雌槽相吻合的接頭刷,緊貼接頭面,上下反復(fù)刷動(dòng),去除形成的泥皮以保證相鄰槽段在澆注后接頭密實(shí)、不滲漏。4.3 逆作頂板結(jié)構(gòu)施工4.3.1 頂板格構(gòu)柱節(jié)點(diǎn)處理 本工程逆作開挖時(shí),挖土機(jī)和土方運(yùn)輸車?yán)媒Y(jié)構(gòu)頂板作為出土平臺(tái)和運(yùn)輸?shù)缆?同時(shí),整個(gè)逆作頂板將作為機(jī)場二期工程南北向的主要施工道路。因此,對(duì)頂板梁柱節(jié)點(diǎn)的格構(gòu)柱采取加設(shè)鋼牛腿加強(qiáng)措施(圖3)。4.3.2 頂板結(jié)構(gòu)施工 逆作區(qū)梁、平臺(tái)板施工流程為:逆作區(qū)卸土→-2.90m墊層施工→墊層彈線→搭設(shè)排架→鋪設(shè)梁底模→制單側(cè)梁側(cè)模→部分平臺(tái)板鋪設(shè)→綁扎梁鋼筋→驗(yàn)收梁鋼筋→封另一側(cè)梁側(cè)模→剩余平臺(tái)板鋪設(shè)→梁側(cè)模拋撐加固→排架加固驗(yàn)收→綁扎平臺(tái)板筋→驗(yàn)收平臺(tái)板筋→澆搗梁、平臺(tái)板混凝土。平臺(tái)板排架采用1 600 mm高鋼管搭設(shè),作法同順作區(qū)域。 對(duì)于逆作區(qū)800 mm×1 800 mm大梁,由于梁底離墊層面僅有50 mm左右,因此采用直接在墊層上面進(jìn)行50 mm厚水泥砂漿粉平,上涂脫模劑直接作為該大梁的底模,側(cè)模仍然采用夾板。對(duì)于逆作區(qū)1 000～1 650 mm高大梁,梁底離墊層面高度為200～850mm,梁底支模同一般順作區(qū)域,僅用木楔(或墊塊)置于墊層上來代替梁底豎向支撐鋼管,木楔(或墊塊)沿梁跨度方向間距為400 mm。逆作區(qū)梁高低于1000 mm梁,由于梁自重較輕,梁底不需要加豎向鋼管支撐,作法同一般順作區(qū)域。4.4 逆作區(qū)挖土施工 出土洞口的布置按照基坑內(nèi)挖土機(jī)械的挖土回轉(zhuǎn)半徑和結(jié)構(gòu)分塊來控制,基本控制在每一分塊有一挖土洞口,共布置了15個(gè)挖土洞口。土方經(jīng)挖土機(jī)械在坑內(nèi)至多經(jīng)過兩次傳遞到取土洞口,再由上部挖土機(jī)駁出坑外。底板逆作挖土?xí)r,0.4 m3小機(jī)在坑內(nèi)將土翻駁至距離近的留洞口,再由1臺(tái)1.2 m3挖機(jī)在頂板洞口邊將土方抓運(yùn)并裝車運(yùn)走。每一分塊逆作挖土?xí)r,采用分段分層挖土,分層厚度不大于2.5m,每一施工段與未開挖部位之間邊界采用臨時(shí)邊坡,臨時(shí)邊坡為1∶1.5,平臺(tái)寬度為2 m。 后續(xù)相鄰分塊底板逆作挖土施工條件:每次挖土完成后,及時(shí)進(jìn)行墊層混凝土澆搗,待底板混凝土澆搗完成并養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后,方可進(jìn)行相臨塊土方的開挖,挖土?xí)r嚴(yán)格按照分塊進(jìn)行,一次挖土地墻暴露長度控制在60m內(nèi),嚴(yán)禁一次超長挖土。4.5 逆作底板結(jié)構(gòu)施工4.5.1 底板與地墻連接 在與地墻交界處的底板內(nèi)設(shè)有環(huán)狀暗梁,地墻內(nèi)預(yù)留底板環(huán)梁插筋,施工底板時(shí)由地墻內(nèi)鑿出并扳直,錨入暗梁內(nèi)。底板上下排與地墻垂直鋼筋均同地墻鋼筋接駁器連接。 由于在地墻成槽、混凝土澆搗施工階段,預(yù)留鋼筋直螺紋接駁器位置可能出現(xiàn)偏差,待開挖后,根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行處理。根據(jù)可能出現(xiàn)的情況,制定如下原則:下皮鋼筋接駁器位置偏離正常位置200 mm以內(nèi),鋼筋與直螺紋正常連接,鋼筋按1∶6彎折比例彎至正常位置,上皮鋼筋考慮到建筑完成面為-6.00 m,上皮鋼筋偏差控制為向上50 mm,向下100 mm,鋼筋按1∶6彎折比例彎至正常位置(圖5)。如接駁器偏離位置超出了該范圍,則通過種筋與地墻連接,另一端通過綁焊與底板鋼筋正常連接。4.5.2 地梁鋼筋施工 在逆作基坑范圍內(nèi),基礎(chǔ)梁截面主要為800 mm×1 650 mm、800 mm×1200 mm。鋼筋主要為φ32 mm。如果按照順做施工綁扎時(shí)搭設(shè)鋼管支架,由于梁架空綁扎,在穿過格構(gòu)柱時(shí)將碰到腹板,梁本身高度較高,加上架空綁扎,在梁鋼筋綁扎操作范圍內(nèi),格構(gòu)柱腹板都將割除,這將引起腹板失穩(wěn)。因此,通過采用在梁兩側(cè)放坡開挖,操作工人直接在基坑底部綁扎梁鋼筋(圖6);在梁主筋穿過格構(gòu)柱處,如碰角鋼穿不過處,不得損傷角鋼,對(duì)于局部梁鋼筋密集處,通過放大梁截面或調(diào)整梁鋼筋的皮數(shù)來調(diào)整鋼筋間距,使梁鋼筋順利穿過格構(gòu)柱,梁最上皮鋼筋放置完后,依次將箍筋套入。箍筋的接頭應(yīng)交錯(cuò)排列垂直放置,箍筋轉(zhuǎn)角與豎向鋼筋交叉點(diǎn)均應(yīng)扎牢(箍筋平直部分與豎向鋼筋交叉點(diǎn)可每隔一根互成梅花式扎牢),綁扎箍筋時(shí),鉛絲扣要相互成八字形綁扎;將梁的下部鋼筋安裝就位,鋼筋接頭也是直螺紋連接;梁的上下部鋼筋均二層和三層排列,排與排之間采用與主筋相同規(guī)格的鋼筋填充,間距1 000 mm。5 交通中心逆作區(qū)基坑實(shí)施效果 在交通中心大面積逆作法開挖過程中,由于通過合理留設(shè)挖土洞口、合理劃分施工塊以及抽條開挖的方式進(jìn)行施工,一方面使基坑變形始終處于設(shè)計(jì)要求的控制范圍內(nèi),保證了基坑施工的安全,另一方面,由于頂板卸土開挖,順作進(jìn)行結(jié)構(gòu)排架支撐施工,確保了結(jié)構(gòu)混凝土的施工質(zhì)量,同時(shí)在實(shí)施過程中,通過采用一柱一樁垂直度控制和樁底后注漿等新技術(shù)以及對(duì)底板開挖方式的優(yōu)化,加快了施工進(jìn)度,取得了明顯的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。
