超大面积深基坑逆作法施工技术的探讨Ξ
王美华,季 方
(上海市第七建筑有限公司,上海 200050)
摘 要:针对上海铁路枢纽南站北广场基坑工程,在采用主体结构与支护结构相结合的逆作法施工过程中,对超大面积深基坑采取了一柱一桩垂直度控制、降微承压水、大开口、盆式和分块平衡对称抽条开挖以及节点处理等措施,解决了超大面积深基坑逆作法施工的一些关键施工技术。
关键词:深基坑;逆作法;施工技术
中图分类号:T U473.2 文献标识码:A
Discussion on the Construction Techniques of
Oversized Excavation Pit Constructed by Top-dow n Method
W ANG Mei2hua,J I Fang
(Shanghai No.7Construction Co.Ltd,Shanghai200050,China)
Abstract:The foundation pit of the N orth Square of Shanghai S outh Railway S tation was constructed by top2down method.During the construction process of this oversized excavation pit,many countermeasures were adopted.These mea2 sures included the control method of perpendicularity of the single lattice column over single pile;dewatering measurement, setting big holes in the slab for the convenience of conveying s oil,rational planning of s oil excavation,and treatment of s ome joints.S ome key construction techniques were als o pointed out for the excavation pit constructed by top-down method.
K eyw ords:deep excavation;top2down method;construction techniques
1 引言
上海铁路枢纽南站大部分工程均位于地面以下,地下工程量大,仅其中的北广场工程地下建筑面积就达80000m2。本文主要针对北广场超大面积深基坑工程,在周边环境极其复杂的情况下,为控制基坑变形,采取主体结构与支护结构相结合的施工措施,探讨超大深基坑逆作法施工中的一些相关技术,以期解决本工程问题和为类似工程摸索经验。
2 工程概况
上海铁路枢纽南站北广场基坑工程位于整个南站工程的北侧,其南侧由近至远分别为主站房基础底板以及正在建设的东西分布的地铁1号线改建段;东侧和东南侧有正在建设的轻轨L1线以及地铁1号线和轻轨L1线地下换乘厅;北侧为市政交通要道闵西路以及正在运营的地铁1号线。
北广场工程为框架结构体系,主要由地下车库、下沉式广场和地下通道组成。地下车库为地下二层结构,实际挖土深度为12.5m。围护结构除局部采用顺作外,其余均采用逆作法方案。围护地下连续墙与地下室外墙“合二为一”,支撑体系利用主体结构梁板。为了有效控制地下连续墙的水平位移,坑内被动区土体采取水泥土搅拌桩加固。
第1卷 第4期2005年08月
地下空间与工程学报
Chinese Journal of Underground S pace and Engineering
V ol.1
Aug.2005
Ξ收稿日期:2005203202
作者简介:王美华(19682),女,上海人,硕士,高级工程师。主要从事从事土木建筑工程施工技术研究。
基金项目:上海科学技术委员会资助课题(04dz12001)。
3 关键施工技术
3.1 一柱一桩垂直度控制技术
北广场工程桩共计1388根,其中一柱一桩为443根,桩径Φ700(桩顶下4m扩至Φ900),设计要求永久内插钢立柱垂直度控制在1/500以内。为提高施工精度,保证桩位正确,在常规桩基施工的基础上特意加工制作了钻机定位辅助底盘,并在辅助底盘四边中心刻有“十字”线记号,用于对准护筒中心。为了使立柱桩安装能满足设计要求,利用相似三角形原理,自制了一套立柱桩校正架,对立柱桩的垂直度与水平位移进行校正。校正架示意如图1所示。同时在基坑开挖过程中,按照分层分皮对称开挖的原则,避免格构柱由于土压力不平衡造
成对格构柱垂直度的影响。在开挖到基底后
,通过
对本工程443根一柱一桩的垂直度进行实测,除8根桩的垂直度偏差在1/300～1/500之间外,其余435根桩的垂直度均在1/500以内,占总数的98. 2%。
图1 一柱一桩校正架示意图
Fig.1 Sketch map of the revision frame
3.2 降水技术
鉴于本工程土层分布的不均匀性、土层浅层含水量大、透水性差的特点以及普遍存在两层承压水的情况,考虑采用轻型井点结合真空深井降水的方式。轻型井点支管长6.00m,滤管1.20m,井点管间距1.60m。深井井点共布置152套,每口井降水有效面积按300m2考虑,井管长度17.5m,井径270mm,每3～5口深井配备1台真空泵。
设计方案中北侧连续墙的深度未将⑤2层微承压水隔断;故基坑开挖时,根据挖土进程采取减压措施。地质报告显示承压水头为13.5m,故只需算出基坑稳定时的承压水头下降值再算出井点影响半径及涌水量,即能计算出需布置的井数(图2)。
经计算,确保本工程基坑稳定时承压水头下降值为3m,承压水位降深为10m,基坑总涌水量为655m3/d。为此,在基坑北侧地下墙内侧布置25口减压井,并采取部分减压井兼为疏干井的方式,设置上下滤头,深22m,孔径Ф800。每天要求每口井抽水1.8
m3(疏干井)、16m3(减压井)以上。
实际实施过程中,在开挖到第三层土时,每口减压井每天实际抽水量在18m3左右,每天抽水12次,每一次抽水1.5m3,满足承压水在基坑开挖期间的减压要求。
图2 承压水计算示意图
Fig.2 Sketch map for calculation of con fined groundwater 3.3 取土口设置及运土流程控制技术
本基坑工程除顶板施工阶段采用明挖法以外,中板和底板的土方均采用暗挖法施工。为了提高土方开挖的工作效率,减少暗挖阶段土方的地下驳运量,合理设置取土口以及规划运土流程是关键
。一般逆作法施工中,取土口大小为150m2左右,而本工程取土口大小设置一般均在600m2左右,最大达到730m2,取土口之间的净距离控制在30m以内。取土口大小满足结构受力要求。取土口水平距离既要满足挖土机最多二次翻土要求,同时又要满足暗挖时自然通风的要求,此外取土口数量还需满足底板抽条开挖时一个取土口能兼顾三块抽条区域的出土要求。顶板与中板留设的取土口位置相对应。通过取土口的合理设置,在中板开挖时,一天一个取土口的出土量达到2000m3,暗挖阶段的出土量达到了一般顺作法基坑的出土量。取土口留设平面如图3所示。
图3 取土口设置
Fig.3 Arrangement of big holes for s oil conveying
006地下空间与工程学报 第1卷
由于本工程基坑面积超大,且场外唯一可用的道路就是路面狭窄的闵西路,因此,充分利用逆作施工以及本工程顶板设计覆土荷载的优势,在结构设计时,事先将车辆行走路线部位的结构进行处理,利用顶板作为中板和底板的两层土方的施工道路,各挖土点出来的土方经此道路由闵西路运出场外。顶板运土道路如图4所示
。
图4 挖土驳运平面流程图
Fig.4 Flow chart of s oil conveying
3.4 分块平衡对称抽条开挖技术
为控制基坑变形以及增加明挖工作量,本工程
土方采用盆式开挖的方式[1]。
第一次土方开挖盆顶标高为-5.00m ,盆底标高-7.50m
,盆边留10m 宽土体,然后按1:2放坡。且为了减少基坑开挖对已完地铁一号线改建段以及周边环境的影响,采取卸载开挖的方式。
第二次土方开挖盆顶标高-10.00m ,盆底标高-12.00m ,盆边留土10m 宽,然后按1:2放坡。
第三次土方开挖盆顶标高-12.00m ,盆底标高为基底标高,盆边留土,挖土方法同第二层土方,土方由停在顶板上的抓斗装车外运。为减少北侧地墙变形,边坡土方采取抽条开挖的方式,即待基坑中部底板达到一定强度后,分五个挖土点按
20m 左右距离间隔开挖边坡土方,分块浇捣基础底板。每块底板土方开挖至垫层完必须在24小时内完成,钢筋绑扎、混凝土浇捣必须在接下来的48小时内完成。基坑中部1-10轴～1-38轴之间靠下沉式广场土方挖至基底,与中部基础底板一同浇捣混凝土。图5所示为底板抽条开挖示意图。
通过采用分块平衡对称抽条开挖技术,本工程超大面积基坑从第一皮土开挖开始直至底板全部封闭,围护结构的变形始终处于受控状态,根据围护设计提供的本工程地下连续墙位移包络图可知,本工程地下连续墙计算最大位移值为32.5mm 。而监测数据表明,本工程地下连续墙实测最大位移值为41.49mm ;连续墙和立柱桩的沉降最大值为18.39mm ,相邻地下连续墙与立柱桩的差异沉降值一般均在3mm 以内,远小于设计要求的10mm 。
图5 底板抽条开挖示意图
Fig.5 Sketch map of excavation plan
3.5 逆作法相关节点施工技术3.5.1 结构施工缝的处理
逆作结构施工缝处除考虑防水、钢筋连接等一
般措施外,还要考虑结构的抗剪性能,施工缝采用止水钢板和遇水膨胀条,起防水作用,本工程在结构梁处采用预留槽钢拼接来增强结构的抗剪性能。3.5.2 梁柱节点钢筋处理
由于梁柱节点钢筋较密,特别是遇一柱一桩格构柱部位,梁主筋较难穿越格构柱,考虑到预埋接驳器成本较高而且位置事先不容易埋设准确,本工程采用在格构柱上加焊过渡钢板、梁主筋与钢板采用双面焊点焊的措施,如图6所示。
图6 钢筋穿格构柱的节点处理示意图
Fig.6 Joint structure between beam and lattice column
3.5.3 竖向构件的混凝土施工
本工程一柱一桩格构柱混凝土以及部分剪力
墙采用逆作施工,施工时,分两次支模,第一次支模高度为2.8m ,主要为方便格构柱振捣混凝土;第二次支模到顶,顶部形成柱帽的形式。对剪力墙,顶部也形成开口形的类似柱帽的形式。混凝土浇捣完后,为了保证整个格构柱或剪力墙顶部混凝土的密实性,利用预留的注浆管进行二次压浆(图7)。3.5.4 格构柱的托换
本工程一柱一桩施工的时候,其中有4根格构柱偏差超过设计要求,为确保施工质量,对格构柱采用托换的方法,如图8示。
1
062005年第4期 王美华,等:超大面积深基坑逆作法施工技术的探讨
3.5.5 照明通风设施节点
逆作开挖时,由于暗挖阶段作业条件差,照明和通风设施的布置非常关键,本工程照明线路采用预留管,并固定在楼板和格构柱上。如图9、10所示。通风管道采用塑料波纹软管,软管固定在结构楼板和格构柱上,并加设到挖土作业点,在作业点设风机进行送风,在出口处设风机进行抽风
。
图7 逆作立柱模板支撑示意图
Fig.7 Sketch map of the form w ork for the
column
图8 格构柱托换示意图
Fig.8 Sketch map of the substitution of the lattice
column
图9 照明线路布设示意图
Fig.9 Arrangement of the illumination circuitry
4 实施效果
在超大面积深基坑逆作施工过程中,通过对一柱一桩垂直度、微承压水处理、土方开挖方式等采
取针对性措施,
确保了基坑施工的每一工况与设计
图10 标准灯架搭设示意图
Fig.10 Installation of the lamps
工况的一致;同时,在实施过程中又创新地运用大
开口取土、盆式开挖及对相关的施工节点采取措施,克服了以往逆作施工的取土困难、结构施工质量不容易保证等困难。
本工程从2003年10月25日开始进行第一块土方开挖,2004年
8月25日完成最后一块逆作底板的抽条混凝土施工,共计完成50万m 3土方开挖,10万m 3混凝土浇注,为确保2006年满足春运要求奠定了基础。
5 结束语
通过本工程主体结构与支护结构相结合的超
大面积深基坑逆作施工,得到如下一些体会:
(1)逆作开挖过程中,一柱一桩垂直度控制常用的方法有气囊法、调节螺杆法等,这些方法都采用相似三角形原理,通过调整格构柱上部的微小偏差来达到校正格构柱垂直度的目的。
(2)降微承压水时,减压井可以设置在坑内,也可以设置在坑外。本工程设置在坑内,并将减压井与疏干井有机结合,减少了降承压水对周边环境的影响;但是,由于大量减压井设置在坑内,对减压井的封堵质量提出了非常高的要求。
(3)对于超大面积逆作法深基坑,由于土方暗挖工作量大,采用大开口、盆式开挖的方式,可以大大提高工作效率,避免了以往暗挖工作面、运土通道开辟困难的局面,提高了开挖的安全度。
(4)采用盆式开挖的基坑,由于支撑结构的排
架基底均位于地下水位以下,在荷载作用下引起的地基不均匀沉降大,对结构施工极其不利,因此,降水系统的有效性非常关键。
(5)对于采用盆式开挖的基坑,在进行板边土开挖时,一般采用加设临时支撑的方案,本工程采用抽条开挖方式,可以有效控制基坑变形,且由于取消了临时支撑,不仅有效提高工作效率,而且可
以节约大量的临时支撑费用。
(下转第650页)
地面沉降绝对值相对比较小,不均匀沉降更小,抽
水结束后,大部分沉降量可以回弹,不会对周边环
境产生危害性影响
。
H -
基坑开挖面标高 G 1-地下承压水水位标高 S6-东泰路上水管 M6-东泰路煤气管D5-东泰路电缆管 S17-世纪大道上水管 J1-世纪大道立交 J15-银城东路立交
图7 基坑开挖降水过程中环境监测曲线图
Fig.7 Curve for environmental m onitoring during lowering groundwater in excavation pit
参考文献:
[1] 建筑与市政降水工程技术规范(J G J/T 111-1998)[S].[2] 薛禹群.地下水动力学(第二版)[M].北京:地质出版
社,1997..9
[3] 瞿成松等.白龙港污水排放系统某浦东工作井降水工
程[J ].上海地质,2005(1):32-37
(上接第602页)
(6)逆作法施工关键是解决土方开挖的效率及
安全问题,而与之配套的梁柱节点钢筋穿设、格构柱外包混凝土、水平结构施工缝、施工平台结构加
强、照明通风设施等节点处理也是不容忽视的。
参考文献:
[1] 刘建航,侯学渊.基坑工程手册[M].北京:中国建筑
工业出版社,1997
(上接第626页)
参考文献:
[1] 夏明跃,曾世伦1地下工程设计施工手册[M].北京:
中国建筑工业出版社,1999
[2] 刘建航,侯学渊1基坑工程手册[M].北京:中国建筑
工业出版社,1997下载本文
