高層建筑深基坑地下室緊臨地鐵車站的施工變形控制摘 要:從設計、施工組織、監測等方面,對緊臨地鐵深基坑的施工采取了變形控制措施,保證了工程的安全順利完成。關鍵詞:高層建筑;地鐵;深基坑;地下連續墻;變形控制;監測引言 隨著城市建設的快速發展,大中城市軌道交通項目也紛紛上馬,城市中心地鐵線路的建設帶動了沿線商業、住宅的聚集開發。很多高層商業樓盤緊臨或結合地鐵車站開發建設,對高層建筑深基坑地下室的施工提出了很高的變形控制要求,我公司所監理的新梅太古城工程就是其中之一。 新梅太古城工程位于上海市閘北區,是1幢地下3層、地上11層、總建筑面積約64 622m2的商業建筑,采用現澆鋼筋混凝土框架-剪力墻結構。地基基礎采用Φ850 mm鉆孔灌注樁加筏板的基礎形式,底板厚1. 5 m,基坑開挖深度為14. 85 m。該工程場地南側為擬建地鐵12號線曲阜路車站,西側為在建地鐵8號線曲阜路車站,車站部分設備用房與新梅太古城地下室合建,同時該基坑將利用8號線曲阜路車站東側部分地下連續墻作為圍護結構。新梅太古城基坑總占地面積約6 368 m2,圍護結構總周長325 m,基本上呈方形。為了能按時交付8號線曲阜路車站設備用房,基坑分為東西兩坑施工,先施工有地鐵車站設備用房的西坑,待西坑澆注完地面層結構后開挖東坑。工程總平面布置圖見圖1。
由于該工程深基坑地下室緊臨地鐵8號線曲阜路車站開挖施工,同時還需利用曲阜路車站東側部分地下連續墻作為圍護結構,因此,對該深基坑地下室施工的變形控制以及對8號線車站的附加變形控制和保護是整個工程的重點。1 設計方面采取的措施1. 1 圍護結構 根據該基坑工程的面積、開挖深度和周邊地鐵、建筑物及地下管線布置情況,基坑采用明挖順作法施工方案。根據基坑抗傾覆與抗隆起穩定性、抗管涌穩定性、基坑變形以及造價經濟合理的要求,確定基坑圍護結構采用地下連續墻,此圍護地下墻同時作為永久結構的地下室外墻。1. 1. 1 基坑圍護結構的布置 在西坑開封路及曲阜路側,采用800 mm厚地下連續墻、深度為30 m(基坑開挖深度14. 85 m),墻趾位于第⑤1~2層灰色粉質黏土層中。在北側靠近地鐵8號線區間隧道邊的地下墻兩側,采用Φ650@ 450 mm三軸攪拌樁加固糟壁,在基坑開挖時還能增強止水效果,保護地鐵區間隧道的安全。局部深坑邊地下連續墻深度加深至34 m。地鐵8號線曲阜路站側利用該站東側已建的部分地下連續墻,地鐵端頭井墻厚800 mm、墻深34 m,地鐵標準段墻厚600 mm、墻深29 m,墻趾分別位于第⑤3層灰色粉質黏土夾黏質粉土層中及第⑤1~2層灰色粉質黏土層中。西坑南側由于地下墻邊為地鐵出入口,豎向跨度較大,應主體設計單位的要求,西坑南側地下墻做成T形槽以增加側向剛度。 東坑開封路、文安路及曲阜路側,采用800mm厚地下連續墻、深度為30 m(基坑開挖深度14. 85 m),墻趾位于第⑤1~2層灰色粉質黏土層中。局部深坑邊地下連續墻深度加深至34 m。 東西坑間采用800 mm厚地下連續墻作為中隔墻,考慮因鑿除的需要中隔墻兩邊墊層厚度加厚1 m,因此,中隔墻深度為33m,墻趾位于第⑤3層灰色粉質黏土夾黏質粉土層中。 該基坑須在地鐵12號線曲阜路站施工前完成地面層以下結構工程,同時還要滿足8號線曲阜路站設備用房完工節點的要求。1. 1. 2 支撐體系及立柱 基坑支撐體系采用豎向3道鋼筋混凝土支撐,由于西坑呈長條形,支撐形式采用沿長邊對撐、角部斜撐邊布置;東坑大體呈方形,支撐形式采用中間對撐、角部斜撐布置,受力明確、整體性好,鋼筋混凝土支撐抗壓強度高、變形小、剛度大,對控制基坑側向變形、保護周邊地鐵、建筑、管線及圍護結構的整體穩定具有重要作用。基坑中部的對撐區域可加強為施工棧橋,結合4塊較大的出土空間方便施工挖土及向外運輸,以提高施工效率,同時也可降低施工造價。 鋼筋混凝土支撐的具體布置情況如下: 第1道支撐中心標高為-2. 25 m,主撐截面為800mm×800mm,大主撐截面為1 000mm×800mm,連梁截面600mm×600mm,頂圈梁截面1 000 mm×900mm(曲阜路站側地下墻頂圈梁截面為1 000mm×1 000 mm)。 第2道支撐中心標高為-7. 75 m,主撐截面為900mm×900mm,大主撐截面為1 000mm×900mm,連梁截面700mm×700mm,圍檀截面為1 200 mm×1 000 mm。 第3道支撐中心標高為-11. 65 m,主撐截面為900mm×900mm,大主撐截面為1 000mm×900mm,連梁截面700mm×700mm,圍檀截面為1 200 mm×1 000 mm。 為控制基坑變形,保護周邊設施,墊層作為底撐用,墊層厚度為300mm,采用C 30早強混凝土澆注。支撐立柱采用4L140 mm×14 mm型鋼格構柱加Φ850 mm鉆孔灌注樁,柱截面尺寸為508 mm×508 mm,插入鉆孔樁3m,間距一般≯12m。支撐立柱樁設計時結合主體結構工程樁,樁位布置盡量利用工程樁作為立柱樁,以節省圍護工程費用,降低工程造價。1. 1. 3 抗內土體加固 該工程西側緊鄰地鐵8號線曲阜路站,為控制車站的側向變形,在西坑坑底以下5 m范圍內進行高壓旋噴滿堂加固,同時沿曲阜路站一側在第2道支撐底至坑底范圍內進行高壓旋噴抽條加固,寬度為4 m,長度為10 m,間距為4 m,以有效地控制結構變形和土體擾動,保護8號線曲阜路站的安全。 為控制東坑基坑圍護結構側向變形,同時考慮到圍護邊較長,因此,沿坑邊進行坑底以下4m范圍高壓旋噴裙邊加固,寬度為6 m。 在電梯基坑和集水坑等局部深坑處,采用高壓旋噴加固。 高壓旋噴加固后,固體的28 d無側限抗壓強度必須>1. 2MPa。1. 2 地下室底板結構連接的處理 由于東西坑間采用地下連續墻作為中隔墻,東西坑底板的連接至關重要,既要考慮西坑施工變形控制的有效性,又要兼顧新梅太古城地下室的整體性。節點圖設計如圖2所示。2 施工技術方面采取的措施 (1)在新梅太古城地下墻與地鐵8號線地下墻連接處,因原地鐵8號線地下墻未留接口及地下墻鼓包680 mm而使該接口未閉合,對該連接處采取鉆孔灌注樁結合高壓旋噴樁加固處理,以起到抑制地下墻側向變形和接縫滲漏水的作用。 (2)經與業主商定,地下室底板下墊層混凝土強度等級提高至C 35并摻加早強劑,設置單層雙向Φ12@ 250 mm鋼筋代替支撐,以減少基坑土體變形,并且便于第3道支撐提早拆除,爭取工程進度。 (3)由于地下室外墻為二墻合一做法,且東坑開挖時西坑主體結構已完成,考慮到東坑支撐受力及外墻節點處理,特對西坑支撐進行適當調整(見圖3)。 (4)為解決東坑地下室結構梁板施工時換撐對西坑已建好的結構的影響,并有利于圍護中隔墻的拆除,經與設計院溝通,地下1~2層橫穿中隔墻的梁在西坑施工時,在合適位置梁鋼筋預留鋼筋連接器,在東坑梁板混凝土澆注時一起澆注,相連的樓板不澆注。3 施工組織方面采取的措施 在新梅太古城深基坑地下室施工時,結合現場的實際情況,主要采取了以下幾項措施,確保了對基坑變形的控制。 (1)嚴格按圍護設計要求對坑內土體進行加固。 (2)該工程基坑內的土層屬飽和軟土,含水量高,良好的降水措施有利于土方開挖,也有利于控制基坑的變形。基坑土方開挖前,采用真空深井泵結合輕型井點降水,真空深井泵每150~200 m2左右設一眼井,待底板澆注完畢且達到設計強度后拆除;輕型井點每層土體按需布置。 (3)增加土方開挖設備及運輸車輛,提供臨時堆土場,采用二次駁運, 24 h不間斷地由基坑北面向南面挖土;在支撐混凝土中摻加早強劑;按滿足基坑土方開挖的“時空效應”原理,增加勞動力,加快混凝土支撐的施工進度,嚴格實行分塊限時開挖,滿足開挖及支撐的要求。 (4)在西坑最后一層土方開挖時,設計要求分4塊依次進行,并且底板也分4塊施工。考慮到施工組織時準備增加挖土設備和施工人員,而且基坑狹長,經與各方協商,采取一次挖土到位、底板整體施工。 (5)基坑開挖委托第三方檢測機構實施全過程的信息化施工監測,嚴格監控鄰近地鐵和重要管線側圍護結構的變形情況和滲漏情況,如發現圍護結構變形超過控制值,及時采取控制基坑變形的措施。 (6)支撐拆除時,采取分段割斷吊出基坑外由人工破碎,以加快地下室結構的施工進度,減少基坑變形。4 施工效果分析 根據設計和規范的規定,該地下室基坑施工的主要監測項目及報警警戒值見表1。 西坑基坑土方于2006年10月12日開挖, 11月7日最后一層開挖, 11月19日基坑土方開挖全部完成, 11月30西坑底板混凝土澆注結束。 西坑基坑2006年11月9日的施工監測報表顯示,墻體測斜數據的7個監測點中有兩個點超過報警值,最大值分別為21. 96mm和21. 40mm。施工、監理單位接到通知后立即啟動應急預案,基坑周邊禁止重物堆載,挖出的土方及時清運,加快支撐的施工進度,在混凝土中摻加早強劑,同時加強施工監測,嚴格信息化施工管理。在各單位的密切配合下,西坑底板于11月30日順利澆注完畢。西坑基坑12月3日的施工監測數據見表2。 表2的數據表明,該工程西坑基坑的施工變形控制基本在合理的范圍內。 東坑基坑施工于2007年3月1日土方開挖,6月28日底板混凝土澆注完成,基坑變形均在可控范圍內,對周邊環境的影響有限。
由于該工程深基坑地下室緊臨地鐵8號線曲阜路車站開挖施工,同時還需利用曲阜路車站東側部分地下連續墻作為圍護結構,因此,對該深基坑地下室施工的變形控制以及對8號線車站的附加變形控制和保護是整個工程的重點。1 設計方面采取的措施1. 1 圍護結構 根據該基坑工程的面積、開挖深度和周邊地鐵、建筑物及地下管線布置情況,基坑采用明挖順作法施工方案。根據基坑抗傾覆與抗隆起穩定性、抗管涌穩定性、基坑變形以及造價經濟合理的要求,確定基坑圍護結構采用地下連續墻,此圍護地下墻同時作為永久結構的地下室外墻。1. 1. 1 基坑圍護結構的布置 在西坑開封路及曲阜路側,采用800 mm厚地下連續墻、深度為30 m(基坑開挖深度14. 85 m),墻趾位于第⑤1~2層灰色粉質黏土層中。在北側靠近地鐵8號線區間隧道邊的地下墻兩側,采用Φ650@ 450 mm三軸攪拌樁加固糟壁,在基坑開挖時還能增強止水效果,保護地鐵區間隧道的安全。局部深坑邊地下連續墻深度加深至34 m。地鐵8號線曲阜路站側利用該站東側已建的部分地下連續墻,地鐵端頭井墻厚800 mm、墻深34 m,地鐵標準段墻厚600 mm、墻深29 m,墻趾分別位于第⑤3層灰色粉質黏土夾黏質粉土層中及第⑤1~2層灰色粉質黏土層中。西坑南側由于地下墻邊為地鐵出入口,豎向跨度較大,應主體設計單位的要求,西坑南側地下墻做成T形槽以增加側向剛度。 東坑開封路、文安路及曲阜路側,采用800mm厚地下連續墻、深度為30 m(基坑開挖深度14. 85 m),墻趾位于第⑤1~2層灰色粉質黏土層中。局部深坑邊地下連續墻深度加深至34 m。 東西坑間采用800 mm厚地下連續墻作為中隔墻,考慮因鑿除的需要中隔墻兩邊墊層厚度加厚1 m,因此,中隔墻深度為33m,墻趾位于第⑤3層灰色粉質黏土夾黏質粉土層中。 該基坑須在地鐵12號線曲阜路站施工前完成地面層以下結構工程,同時還要滿足8號線曲阜路站設備用房完工節點的要求。1. 1. 2 支撐體系及立柱 基坑支撐體系采用豎向3道鋼筋混凝土支撐,由于西坑呈長條形,支撐形式采用沿長邊對撐、角部斜撐邊布置;東坑大體呈方形,支撐形式采用中間對撐、角部斜撐布置,受力明確、整體性好,鋼筋混凝土支撐抗壓強度高、變形小、剛度大,對控制基坑側向變形、保護周邊地鐵、建筑、管線及圍護結構的整體穩定具有重要作用。基坑中部的對撐區域可加強為施工棧橋,結合4塊較大的出土空間方便施工挖土及向外運輸,以提高施工效率,同時也可降低施工造價。 鋼筋混凝土支撐的具體布置情況如下: 第1道支撐中心標高為-2. 25 m,主撐截面為800mm×800mm,大主撐截面為1 000mm×800mm,連梁截面600mm×600mm,頂圈梁截面1 000 mm×900mm(曲阜路站側地下墻頂圈梁截面為1 000mm×1 000 mm)。 第2道支撐中心標高為-7. 75 m,主撐截面為900mm×900mm,大主撐截面為1 000mm×900mm,連梁截面700mm×700mm,圍檀截面為1 200 mm×1 000 mm。 第3道支撐中心標高為-11. 65 m,主撐截面為900mm×900mm,大主撐截面為1 000mm×900mm,連梁截面700mm×700mm,圍檀截面為1 200 mm×1 000 mm。 為控制基坑變形,保護周邊設施,墊層作為底撐用,墊層厚度為300mm,采用C 30早強混凝土澆注。支撐立柱采用4L140 mm×14 mm型鋼格構柱加Φ850 mm鉆孔灌注樁,柱截面尺寸為508 mm×508 mm,插入鉆孔樁3m,間距一般≯12m。支撐立柱樁設計時結合主體結構工程樁,樁位布置盡量利用工程樁作為立柱樁,以節省圍護工程費用,降低工程造價。1. 1. 3 抗內土體加固 該工程西側緊鄰地鐵8號線曲阜路站,為控制車站的側向變形,在西坑坑底以下5 m范圍內進行高壓旋噴滿堂加固,同時沿曲阜路站一側在第2道支撐底至坑底范圍內進行高壓旋噴抽條加固,寬度為4 m,長度為10 m,間距為4 m,以有效地控制結構變形和土體擾動,保護8號線曲阜路站的安全。 為控制東坑基坑圍護結構側向變形,同時考慮到圍護邊較長,因此,沿坑邊進行坑底以下4m范圍高壓旋噴裙邊加固,寬度為6 m。 在電梯基坑和集水坑等局部深坑處,采用高壓旋噴加固。 高壓旋噴加固后,固體的28 d無側限抗壓強度必須>1. 2MPa。1. 2 地下室底板結構連接的處理 由于東西坑間采用地下連續墻作為中隔墻,東西坑底板的連接至關重要,既要考慮西坑施工變形控制的有效性,又要兼顧新梅太古城地下室的整體性。節點圖設計如圖2所示。2 施工技術方面采取的措施 (1)在新梅太古城地下墻與地鐵8號線地下墻連接處,因原地鐵8號線地下墻未留接口及地下墻鼓包680 mm而使該接口未閉合,對該連接處采取鉆孔灌注樁結合高壓旋噴樁加固處理,以起到抑制地下墻側向變形和接縫滲漏水的作用。 (2)經與業主商定,地下室底板下墊層混凝土強度等級提高至C 35并摻加早強劑,設置單層雙向Φ12@ 250 mm鋼筋代替支撐,以減少基坑土體變形,并且便于第3道支撐提早拆除,爭取工程進度。 (3)由于地下室外墻為二墻合一做法,且東坑開挖時西坑主體結構已完成,考慮到東坑支撐受力及外墻節點處理,特對西坑支撐進行適當調整(見圖3)。 (4)為解決東坑地下室結構梁板施工時換撐對西坑已建好的結構的影響,并有利于圍護中隔墻的拆除,經與設計院溝通,地下1~2層橫穿中隔墻的梁在西坑施工時,在合適位置梁鋼筋預留鋼筋連接器,在東坑梁板混凝土澆注時一起澆注,相連的樓板不澆注。3 施工組織方面采取的措施 在新梅太古城深基坑地下室施工時,結合現場的實際情況,主要采取了以下幾項措施,確保了對基坑變形的控制。 (1)嚴格按圍護設計要求對坑內土體進行加固。 (2)該工程基坑內的土層屬飽和軟土,含水量高,良好的降水措施有利于土方開挖,也有利于控制基坑的變形。基坑土方開挖前,采用真空深井泵結合輕型井點降水,真空深井泵每150~200 m2左右設一眼井,待底板澆注完畢且達到設計強度后拆除;輕型井點每層土體按需布置。 (3)增加土方開挖設備及運輸車輛,提供臨時堆土場,采用二次駁運, 24 h不間斷地由基坑北面向南面挖土;在支撐混凝土中摻加早強劑;按滿足基坑土方開挖的“時空效應”原理,增加勞動力,加快混凝土支撐的施工進度,嚴格實行分塊限時開挖,滿足開挖及支撐的要求。 (4)在西坑最后一層土方開挖時,設計要求分4塊依次進行,并且底板也分4塊施工。考慮到施工組織時準備增加挖土設備和施工人員,而且基坑狹長,經與各方協商,采取一次挖土到位、底板整體施工。 (5)基坑開挖委托第三方檢測機構實施全過程的信息化施工監測,嚴格監控鄰近地鐵和重要管線側圍護結構的變形情況和滲漏情況,如發現圍護結構變形超過控制值,及時采取控制基坑變形的措施。 (6)支撐拆除時,采取分段割斷吊出基坑外由人工破碎,以加快地下室結構的施工進度,減少基坑變形。4 施工效果分析 根據設計和規范的規定,該地下室基坑施工的主要監測項目及報警警戒值見表1。 西坑基坑土方于2006年10月12日開挖, 11月7日最后一層開挖, 11月19日基坑土方開挖全部完成, 11月30西坑底板混凝土澆注結束。 西坑基坑2006年11月9日的施工監測報表顯示,墻體測斜數據的7個監測點中有兩個點超過報警值,最大值分別為21. 96mm和21. 40mm。施工、監理單位接到通知后立即啟動應急預案,基坑周邊禁止重物堆載,挖出的土方及時清運,加快支撐的施工進度,在混凝土中摻加早強劑,同時加強施工監測,嚴格信息化施工管理。在各單位的密切配合下,西坑底板于11月30日順利澆注完畢。西坑基坑12月3日的施工監測數據見表2。 表2的數據表明,該工程西坑基坑的施工變形控制基本在合理的范圍內。 東坑基坑施工于2007年3月1日土方開挖,6月28日底板混凝土澆注完成,基坑變形均在可控范圍內,對周邊環境的影響有限。