與軌交地下站共建基坑的差異沉降及施工控制技術(shù)研究

上海鼎溢房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)有限公司 上海 200020

0 前言

軌道交通已成為時(shí)下城市居民主要的出行方式，其站點(diǎn)也大多設(shè)在商業(yè)或民居密集區(qū)，甚至有不少就直接與大型建筑共建，形成超深地下站，這就給建設(shè)施工帶來(lái)許多難題，尤其是像上海這樣的軟土地區(qū)，軌道交通地下站與大型建筑的共建，不僅要考慮軟土地層空隙比較大、含水量高、土體流變性大的特點(diǎn)，更要考慮不同體量的建筑差異沉降對(duì)最下層地下站及其設(shè)施的影響。本工程即是一個(gè)典型的案例，故在開(kāi)工前，工程技術(shù)人員就開(kāi)展預(yù)案研究，在原因分析的基礎(chǔ)上，制定了一系列的應(yīng)對(duì)措施，不僅有效地控制了建筑的差異沉降，而且確保了共用基坑工程的安全施工，取得了理想的效果。

1 工程概況

上海黃浦區(qū)日月光中心工程，是黃浦區(qū)舊區(qū)改造重點(diǎn)地區(qū)之一。工程設(shè)計(jì)中包含了2 個(gè)地塊，未來(lái)將形成一體化多功能社區(qū)， 工程總占地面積約為44 000 m2，上部建筑包括1 座高139 m和2 座高99 m的辦公樓、地下2層到地上5層為商業(yè)裙房、地下3層為地下車庫(kù)，地下4層局部與上海軌道交通9號(hào)線打浦橋站連通用作站臺(tái)層，見(jiàn)圖1。工程建筑總面積約為31萬(wàn) m2，其中地上建筑總面積約為18萬(wàn) m2，地下建筑總面積約為13萬(wàn) m2。位于場(chǎng)地內(nèi)的軌交9號(hào)線打浦橋站站體與本地塊的項(xiàng)目共同設(shè)計(jì)，同步開(kāi)發(fā)施工。項(xiàng)目周邊存在大量的市政道路管線和居民住宅樓，對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求極高。

圖1 上海日月光中心廣場(chǎng)剖面示意

2 共建基坑產(chǎn)生差異沉降的原因分析[1-3]

在基坑施工中，沉降一直是伴隨從基坑開(kāi)挖至結(jié)構(gòu)施工封頂?shù)膯?wèn)題，如何有效地控制建筑物的沉降量，是國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者和工程技術(shù)人員都在思考和研究的課題。究其原因，主要有：由于主體建筑的自重太大，導(dǎo)致地基承載不足，產(chǎn)生沉降問(wèn)題；降水施工過(guò)多導(dǎo)致地基含水量過(guò)低，土質(zhì)產(chǎn)生沙化，地基產(chǎn)生下沉而引起建筑沉降；相鄰建筑的沉降不同，導(dǎo)致建筑的差異沉降等。

在本次共建基坑工程的施工中，將軌道交通地下車站與大型建筑的地下室合體共建，雖具有較大的集約型優(yōu)勢(shì)，但由于上海的土層具有高含水量、高壓縮性、高靈敏度、低滲透性、低強(qiáng)度等特點(diǎn)，共建基坑周邊土體在上部高層建筑物的影響下極易對(duì)地鐵站體和區(qū)間隧道造成較大的拖帶沉降影響，而共建的地下室大底板又往往是一體化設(shè)計(jì)的，上部高層建筑產(chǎn)生的沉降將會(huì)隨著結(jié)構(gòu)體系變形和周邊土體沉降進(jìn)而對(duì)地鐵設(shè)施造成明顯的影響。而且由于共建基坑往往是2 個(gè)甚至2 個(gè)以上的相鄰基坑，在結(jié)構(gòu)施工完成后，主體建筑之間相互連接在一起，由于體量不一，彼此沉降不同導(dǎo)致產(chǎn)生差異沉降的可能較大。

3 共建工程施工中產(chǎn)生差異沉降的幾種情況

在共建基坑工程中，由于是多個(gè)工程一同開(kāi)發(fā)施工，至少有2 個(gè)或2 個(gè)以上的基坑同時(shí)存在，彼此之間或是對(duì)周邊可能都有一定的影響，相鄰基坑之間差異沉降的影響尤甚，以本工程為例，就有以下幾種可能產(chǎn)生差異沉降的情況。

3.1 相鄰基坑間的差異沉降

在軌道交通打浦橋車站與日月光中心工程中，地下站的基坑斜穿過(guò)大基坑，與整個(gè)建筑大基坑緊密結(jié)合。但地下站的基坑和大基坑的沉降又是不同的，在基坑開(kāi)挖階段可能還不是很明顯，在之后的結(jié)構(gòu)施工時(shí)，當(dāng)?shù)叵抡窘Y(jié)構(gòu)和大基坑主體建筑物結(jié)構(gòu)的連接交互完成后，隨著時(shí)間的推移，其節(jié)點(diǎn)處的變形可能就會(huì)愈發(fā)的明顯。因此，對(duì)連接節(jié)點(diǎn)部位進(jìn)行特殊處理是有必要的，否則各基坑相互之間的差異沉降很可能會(huì)破壞已完成的結(jié)構(gòu)和阻礙待建結(jié)構(gòu)的施工。

3.2 同一基坑內(nèi)的差異沉降

本工程的地下車站基坑由于工期安排不同，其端頭井結(jié)構(gòu)先完成，標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)后做。因此在施工地鐵標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)時(shí)的沉降量與已完成的端頭井的結(jié)構(gòu)的沉降量是不同的，因此在封堵墻連接節(jié)點(diǎn)處極易產(chǎn)生差異沉降現(xiàn)象。對(duì)此部位的連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析研究，從而設(shè)計(jì)出相應(yīng)的防護(hù)措施十分必要。因?yàn)樵谛陆ǜ邔咏ㄖ锏某两涤绊懴?，基坑周邊土體的沉降很容易對(duì)軌交地下站產(chǎn)生較大的附加拖帶沉降影響。

3.3 軌交地下站基坑與地鐵隧道與待建基坑間的差異沉降

軌交地下站基坑和地鐵隧道須穿過(guò)待建基坑的底部，由于地下站基坑或是隧道本來(lái)就會(huì)對(duì)周邊的土體產(chǎn)生一定的影響，加之待建基坑開(kāi)挖后也可能會(huì)對(duì)基坑周邊的土體產(chǎn)生影響。若2 個(gè)基坑（或是隧道與基坑）相鄰，可能就會(huì)彼此產(chǎn)生一定影響，如地鐵隧道就可能會(huì)引起待建基坑的沉降，對(duì)諸如此類的可能都要進(jìn)行分析研究，在施工前進(jìn)行有效的預(yù)防措施也是十分必要的。

4 共建基坑施工中對(duì)差異沉降的控制措施[4-6]

結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)和本工程的特點(diǎn)，我們認(rèn)為：

超深軌道交通車站圍護(hù)的建設(shè)一定要突破原有的獨(dú)立車站狹長(zhǎng)基坑以單向?qū)螢橹鲊o(hù)模式，在充分考慮地鐵功能和超深車站施工特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，研究與之相適應(yīng)的基坑群與軌交共建的新支撐體系。

同時(shí)，通過(guò)研究軌道交通建設(shè)與地下空間及整個(gè)地塊開(kāi)發(fā)在工序、流程、進(jìn)度上的矛盾，找出相對(duì)應(yīng)的解決方案。在兼顧兩種不同類型項(xiàng)目的各自建設(shè)特點(diǎn)基礎(chǔ)上，尋求基坑群與車站建設(shè)上統(tǒng)一，在結(jié)構(gòu)受力、建筑功能與防水等方面制定措施，從而建立基坑群與軌交共建施工組織體系和技術(shù)體系。

在具體的地鐵車站站體、大體量商業(yè)地下室以及上部的高層建筑共同設(shè)計(jì)施工時(shí)，控制差異沉降的思路首先是盡可能控制高層塔樓的沉降量。這是由于此類與地鐵車站共建的綜合體項(xiàng)目往往占地面積較大，其上部建筑層數(shù)一般都較多，即使在采取了加大樁徑、加長(zhǎng)樁長(zhǎng)、選擇較好的持力層、加多樁數(shù)、樁端后注漿等措施后，高層建筑的沉降量仍然要超出地鐵工程沉降控制值的2 倍或者更多，該沉降量會(huì)通過(guò)結(jié)構(gòu)體系以及周邊土體的沉降進(jìn)而對(duì)地鐵車站站體產(chǎn)生相應(yīng)的附加拖帶沉降，其影響將超出地鐵工程要求的沉降控制值的上限。因此，在采取了相應(yīng)控制措施應(yīng)對(duì)高層塔樓沉降后，仍需要采取其他措施來(lái)減小地鐵站體的附加沉降量。本工程共建基坑的差異沉降控制措施具體如下：

4.1 主樓承壓樁優(yōu)化，以減少主樓沉降

本工程A、B、C三幢主樓樁基均采用鉆孔灌注樁，樁徑為850 mm，鉆孔深度72 m，有效樁長(zhǎng)55 m，樁端持力層位于地質(zhì)第⑨層土。樁平面布置采用梅花形間隔滿堂布置，樁間距2 550 mm。樁端采用后注漿技術(shù)，注漿目的主要為進(jìn)一步減少主樓沉降，對(duì)樁底沉渣先用水泥漿進(jìn)行固結(jié)，注漿采用雙管注漿。

注漿的主要方法是在樁身中預(yù)埋置2 根Φ33.5 mm×3.25 mm黑鐵注漿管，注漿管固定在鋼筋籠主筋上，注漿管采用螺紋絲扣連接，一端向上伸至地面以上0.2 m，另一端向下應(yīng)超過(guò)樁端0.5 m，成樁后5～24 h內(nèi)應(yīng)清水劈通注漿管，使注漿管保持通暢，注漿應(yīng)在混凝土強(qiáng)度達(dá)到70％后（一般7～10 d）進(jìn)行，注漿時(shí)應(yīng)保持低壓慢速，壓漿水泥采用P.O 32.5水泥，并經(jīng)磨細(xì)處理，水灰比控制在0.5～0.6。終止壓漿條件以注漿量控制為主，注漿壓力為輔。注漿量暫定為2 t水泥用量。

4.2 地鐵車站底板下采用沉降調(diào)節(jié)樁，以控制主樓沉降對(duì)地鐵車站的拖帶作用

車站主體下方共設(shè)Φ700 mm鉆孔灌注樁708 根，樁頂標(biāo)高水平為－19.92 m（地面以下14.42 m），樁長(zhǎng)30 m，樁底標(biāo)高－49.92 m（地面以下54.42 m），位于地質(zhì)第⑦1層土中。這些樁作為車站受周邊基坑沉降或上浮對(duì)其產(chǎn)生拖帶作用時(shí)調(diào)節(jié)使用，可有效降低共建基坑結(jié)構(gòu)使用階段的差異沉降問(wèn)題。

4.3 相鄰基坑間差異沉降的控制處理措施

共建工程中，軌交地下站基坑與大基坑連接處的連接部位是容易產(chǎn)生差異沉降的部位，故在這些部位設(shè)置后澆帶來(lái)割斷軌交地下站結(jié)構(gòu)和大基坑結(jié)構(gòu)，確保在產(chǎn)生差異沉降后不會(huì)對(duì)兩個(gè)基坑的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大的影響，在完成大基坑頂板與軌交地下站結(jié)構(gòu)后，確認(rèn)兩者連接部位的沉降量不會(huì)再發(fā)生較大的變化后再將后澆帶封閉。

4.4 同一基坑內(nèi)差異沉降的處理控制措施

在軌交地下站基坑內(nèi)，由于工期不同而造成軌交地下車站內(nèi)部2 個(gè)先后完成的基坑結(jié)構(gòu)的連接部位產(chǎn)生一定的沉降。我們?cè)谶@些部位同樣設(shè)置后澆帶來(lái)進(jìn)行保護(hù)措施，確保在產(chǎn)生差異沉降后不會(huì)對(duì)軌交地下站的兩個(gè)基坑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的影響。在完成整個(gè)軌交地下站基坑結(jié)構(gòu)后，待兩者連接部位的沉降量不再發(fā)生較大的變化后再將后澆帶封閉。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)與軌交地下站共建基坑，防止差異沉降的相互作用的研究，我們發(fā)現(xiàn)首先是應(yīng)盡可能控制高層塔樓的沉降量。

不過(guò)由于此類與地鐵車站共建的綜合體項(xiàng)目往往占地面積較大，其上部建筑層數(shù)一般都較高，因此，在采取了相應(yīng)控制措施應(yīng)對(duì)高層塔樓沉降后，還需要采取其他措施來(lái)減小軌交地下站體的附加沉降量，以確保大基坑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和安全。