闹市中心紧临地铁的超深基坑逆作法施工技术【摘要】地处闹市中心的深基坑工程,紧邻运营中的地铁2号线,而且周边环境复杂,采用逆作法成功完成了地下5层超深基坑施工,确保了基坑及周边环境和建筑的安全。深基坑逆作法施工,具有减少基坑变形、节省费用、缩短工期等忧点。【关键词】深基坑工程逆作法支撑体系承压水降水1 工程概况 廖创兴金融中心大厦位于上海市黄浦区南京西路与新昌路交叉口。基地占地面积约5 151 m2,地下室5层,基坑平均开挖深度为22.4 m,局部深坑挖深达28.4 m。上部3层裙房,主楼34层,建筑总高度161.50 m,为一类超高层建筑,建筑总面积72 000 m2。 基础形式为钢筋混凝土灌注桩及现浇钢筋混凝土厚底板基础,底板厚为3 m和2 m两种,工程桩为φ850 mm和φ1 100 mm的钻孔灌注桩共460根,立柱桩126根,采用φ770 mm和φ630 mm钢管混凝土立柱以及480 mm×480 mm格构柱。围护结构为地下连续墙,墙厚1 000 mm,深度35 m,近万象商厦及地铁2号线位置,深度为36 m和39 m。 基坑周边环境复杂,管线及建筑物距离基坑较近,运营中的2号线地铁隧道,离基坑南侧内边线距离约13 m,隧道内径6 m、顶标高约-13.500 m(图1)。
2 地质条件 根据廖创兴金融中心大厦岩土工程勘察报告,本工程场区地质单元属长江三角洲冲淤积平原,土性由粘性土和砂性土组成。第⑤2层粉质粘土夹少量粉砂。地层土结构较松散,透水性强,在动水条件下易产生流砂等不良现象;基坑开挖层以下有高水头的承压含水层(第⑦层砂土),对基坑底板的稳定性产生不利影响。3 逆作法围护设计3.1 结构支撑体系 根据常规的结构受力特点,结构上部的荷载通过竖向结构将力传递至底板继而至工程桩。而逆作法施工时,上层的结构优先于下层结构施工,荷载无法通过竖向结构进行传递,因此需设置临时的竖向传力体系卸除上部荷载。同时因逆作施工需要而留设的临时取土洞口,切断了力的水平传递,需在洞口内设置临时的横向传力体系以传递水平力。3.1.1 竖向传力体系 逆作法各层结构施工时只施工梁板结构,柱及剪力墙顺作,因此在各竖向传力节点处设置临时支柱使力系通过支柱向下传递。主要的支柱形式为φ770 mm和φ630 mm钢管混凝土立柱、480 mm×480 mm格构柱,立柱锚入钻孔灌注桩内的深度为3 m,各立柱的顶标高为-0.300 m。3.1.2 水平向传力体系 各层板面均留4个取土口,洞口空缺处除首层为钢支撑外均采用混凝土梁作为支撑,支撑面标高均与相应结构楼层面标高相同。支撑的端点支承于梁上或柱梁节点位置,以更有效传递水平力。3.1.3 首层板加固 逆作法首层板作为土方运输的行走路线及抓土机的施工区,承受较大的荷载,根据本工程采用的挖机及土方运输车的重量,设计院出图,确定在首层板上对板进行加固处理。 主要是调整板的配筋,配筋加密,直径加大的方式。加固完以后的结构楼板最大荷载为活载33.5 kN/m2恒载:5 kN/m2;一般荷载区为活载5 kN/m2恒载:5 kN/m2;土方车行走区域为活载16.5 kN/m2恒载5 kN/m2。在施工过程中,严格限制车辆的行走范围,土方车及挖机在指定的范围内行走。3.2 基坑内土体加固 由于地基土的力学指标较弱,粉质土比率较大,为控制地墙变形和建筑物位移,且根据上海市轨道交通管理条例,为保障地铁2号线运营安全正常,对基坑采用旋喷桩加固。 加固分两个区域:一是在地墙边宽度6 m范围内采用锯齿形加固,二是在靠地铁一侧沿地墙边10 m宽度范围内采用格构式加固,加固深度亦从标高-15.25至第⑥层土面以上标高-26.70 m位置(底板下4.0 m)。底板下加固强度为1.5 MPa,底板以上强度约为0.8 MPa。3.3 底板板内撑设计 B4层楼板面标高为-15.300 m,底板底标高为-22.700 m,两板间的净高大,挖土深度达到7.4 m,对地墙等围护结构构成一定的威胁,项目部经过研究决定在底板内加一道板内混凝土支撑,以降低挖土的净高。支撑形式主要是在地墙边设置成桁架形式的支撑,在基坑中部设置三道对撑,在基坑的四个角落设置角撑,组成一套完整的支撑体系(图2)。
4 降水施工4.1 疏干井降水 为确保基坑开挖及逆作法施工顺利进行,结合基坑开挖深度和范围,采用真空井点和深层井点降水。真空深井降水,即在深井中用真空聚水,深井水泵抽水以达到基坑降水和土体排水固结目的,增强基坑内被动土压力,减少连续墙体根部的位移,为基坑开挖创造有利条件。降水效果如何是逆作法施工能否顺利进行的关键之一。 为满足深基坑土方施工进一步降水的需要,采用ZGJ—50型真空管井式井点,深井成孔φ700 mm,考虑到沉渣的因素,每口井的凿井深度相应加深0.5~1 m。在整个基坑范围内布置12口疏干井,连接4台真空泵进行降水。4.2 承压水降水 本场地承压含水层主要由第⑦层砂质粉土及粉砂层与第⑨层粉细砂层构成,该两层土为上海地区的第Ⅰ与第Ⅱ承压含水层。本次降承压水主要针对第⑦层砂质粉土与粉砂层,但必须考虑下伏第⑨层粉细砂层对第⑦层砂质粉土及粉砂层的越流补给的影响。第⑦层的顶板平均埋深在地表以下-30.800 m。 本次降水按照计算布置的7口降压井进行,其中Y7作为备用井兼观测井(图3),由观测井抽水试验测得初始水头位于-8.00 m标高。根据计算,基坑开挖至18.00 m时,基坑上覆土重与下伏承压含水层的顶托力持平,此时应开始正式抽水运行。
土方开挖至结束,整个基坑均处于受控状态,未出现承压水突涌等现象,而且在基坑周围的建筑等也未发生不均匀沉降,没有出现变形情况,降水效果是明显的,成功的。5 地下挖土施工 深基坑施工关键在时间控制,时间的长短直接影响到基坑的安全与否,而在基坑的施工过程中最占时间的就是挖土工程,尤其是暗挖土作业。保证挖土的时间,才能加快结构楼板支撑的施工速度,缩短基坑处于无支撑状态下的时间,使围护结构处于受控状态。因此在逆作施工过程中,必须合理科学的安排施工顺序和施工工艺,以最短时间完成各层挖土工作。 地下室挖土采用分区流水开挖结合盆边留土、对称抽条开挖方式,整个地下室分三个区施工(图4)。按照“时空效应”理论指导挖土支撑施工,做到“分层、分块、对称、平衡、限时”开挖和支撑,22.7 m深坑土体分七次开挖。为确保基坑围护结构及地铁的安全,地下室各层盆边土体采用对称抽条开挖方式,随挖随浇混凝土垫层,将整个基坑垫层作为一道临时的混凝土支撑。
6 结论 在闹市中心复杂的环境条件下,建造地下5层地下室, 存在很大的风险,项目部凭借所掌握的地下深基坑施工知识和经验,以及所搜集的丰富信息资料进行不断检查、不断总结,发现偏差及时纠正,并且密切观测周围环境的变化,将监测数据与基坑变化情况进行对照,做到精细管理,确保了本工程地下5层顺利完成。同时根据监测数据显示,在本基坑施工过程中,围护体变形量比同类基坑要小,可见逆作法施工对保护周围建筑物、地下管线的安全起到了很大的作用。 从本工程实例我们可以看出,城市地下空间施工,采取逆作法工艺在环境保护、施工进度、社会和经济效益方面有着极大的优越性。随着我国城市进一步的发展,城市地下空间的开发任务愈来愈重,逆作法以其有利控制周边环境、降低工程造价、缩短施工工期等优点,将在城市综合地下空间施工中发挥更大作用。
