邊框架逆作法在寧波軌道交通1號線基坑工程中的運用

姚燕明 孫建軍

(1.寧波市軌道交通工程建設指揮部,315012,寧波;2.上海市隧道工程軌道交通設計研究院,200235,上?！蔚谝蛔髡?高級工程師)

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邊框架逆作法在寧波軌道交通1號線基坑工程中的運用

姚燕明1孫建軍2

(1.寧波市軌道交通工程建設指揮部,315012,寧波;2.上海市隧道工程軌道交通設計研究院,200235,上?！蔚谝蛔髡?高級工程師)

寧波市軌道交通1號線一期工程鼓樓站至東門口站的基坑工程,結(jié)合地下商業(yè)開發(fā),采用地下三層全明挖施工,是寧波軌道交通開挖體量最大基坑工程。由于基坑位于市中心商業(yè)核心區(qū),為保護周圍環(huán)境安全,采用下二層板邊框架逆作方案,利用局部逆作樓板代替混凝土支撐,提高了基坑的整體支撐剛度和水平變形控制。分析了逆作樓板的設計方案,板下土模加固措施的效果。通過對計算及監(jiān)測數(shù)據(jù)的對比分析,討論了該方法的施工注意事項,以及該方法實際使用的優(yōu)缺點。

城市軌道交通; 明挖基礎; 逆作法; 變形控制

First-author′s address Ningbo Urban Rail Transit Management Department,315012,Ningbo,China

寧波軌道交通1號線一期工程有15座地下車站,地處典型的軟土地區(qū),廣泛分布厚層狀軟土。軟土天然含水量大于或等于液限,天然孔隙比大于或等于1.0,具有壓縮性高、強度低、靈敏度高、透水性低等特點。

在1號線一期工程中,鼓樓站、東門口站和鼓樓至東門口站區(qū)間采用地下三層的全明挖方案,開挖長度超過800 m,開挖平均深度超過23 m。該區(qū)域位于寧波市商業(yè)、交通的最繁華區(qū),周圍環(huán)境保護要求高。對該段工程的設計方案,研究重點為如何控制基坑的變形。控制基坑變形一般可以采取加強圍護結(jié)構(gòu)[1]或土體加固[2-3]等措施,也可以采用逆作法利用內(nèi)部結(jié)構(gòu)板的剛度控制變形[4]。

1號線一期工程地下車站主要采用復合墻結(jié)構(gòu),連續(xù)墻和內(nèi)部結(jié)構(gòu)脫開,內(nèi)部結(jié)構(gòu)外側(cè)設置全包防水層。為了控制該段基坑變形,在設計過程中,考慮下二層板采用邊框架逆作,逆作的樓板通過鋼筋接駁器和連續(xù)墻連接,利用樓板的支撐剛度控制基坑變形。由于開挖過程中,樓板與連續(xù)墻剛性連接,因此對該段車站和明挖區(qū)間的防水方案進行調(diào)整,采用了疊合墻方案,內(nèi)襯與連續(xù)墻合二為一。

1 工程概況

鼓樓站、東門口站及其區(qū)間的基坑兩側(cè)有大量的商住及公建設施,道路上主要控制性管線有1 400 mm×600 mm的混凝土電力管、φ1 300 mm的混凝土雨水管、φ800 mm的鑄鐵給水管、φ600 mm的混凝土污水管等。由于位于市中心核心地段,為了充分利用地下空間,兩車站之間的區(qū)間結(jié)合車站采用地下三層明挖法施工,地下一、二層進行商業(yè)開發(fā),地下三層為軌道區(qū)間和停車線。

該段車站和區(qū)間明挖基坑全長約811.7 m,總平面如圖1所示。

根據(jù)工程籌劃和道路交通導改,在基坑中設置5道封堵墻,分為6個基坑施工,各基坑長度依次為23.7、165.2、126.1、194.1、114.2、188.4 m。基坑采用明挖法施工,一般豎向采用混凝土支撐結(jié)合鋼支撐的支撐體系,第一道采用混凝土支撐,其下根據(jù)基坑開挖深度,可以結(jié)合鋼支撐的設置布置混凝土支撐。

圖1 車站及區(qū)間總平面圖

該段基坑原支護設計方案為:第一道、第四道為混凝土支撐,其余為鋼支撐的方案。在方案論證過程中,考慮到基坑開挖規(guī)模大、開挖深度深、周圍環(huán)境保護要求高等特點,對采用逆作法保護方案進行了論證。如采用全逆作法施工,認為寧波軟土地質(zhì)條件差,施工難度較高,難以保證工期要求和工程質(zhì)量。因此參照上海類似工程的經(jīng)驗,將第四道混凝土支撐取消,采用開挖過程中逆作下二層樓板來取代,提高支護結(jié)構(gòu)的整體剛度。該方案同時兼顧了明挖法和逆作法的特點,僅增加了地下第三層結(jié)構(gòu)土體開挖的難度。在1號線基坑工程中采用該樓板邊框架逆作方案,也是一種嘗試,為后期地下車站施工環(huán)境保護進行研究和積累工程經(jīng)驗。

基坑標準段剖面圖如圖2所示。圍護結(jié)構(gòu)采用1 m厚地下連續(xù)墻,沿基坑深度方向第一道為鋼筋混凝土支撐,第四道支撐利用逆作的下二層邊框架樓板,其余均為φ609 mm鋼支撐。地層參數(shù)如表1所示。

2 逆作法板的設計

邊框架逆作采用主體結(jié)構(gòu)下二層樓板作為基坑開挖期間一道支撐,樓板采用C35混凝土,每隔3 m板帶設置一個5 m×10 m出土孔,作為下二層板下出土通道,如圖3所示。開孔的位置考慮設置在結(jié)構(gòu)立柱位置,有利于回筑階段立柱的整體澆筑,保證豎向結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。下二層板兩側(cè)與連續(xù)墻通過預埋的接駁器進行連接(如圖4所示),連續(xù)墻內(nèi)的鋼筋錨固長度滿足規(guī)范要求[5]。在板的中間設置兩道豎向臨時格構(gòu)柱,格構(gòu)柱由4根L型180 mm×18 mm等邊角鋼組成,格構(gòu)柱尺寸為560 mm×560 mm,插入直徑1 m的灌注樁中。為了減少格構(gòu)柱隆沉影響板的受力,灌注樁長度為30 m,進入⑧1粉砂層。在圖2中只有一道臨時格構(gòu)柱延伸至基坑第一道支撐下方,一方面是該側(cè)局部有臨時車道蓋板,另一方面也是減少上部基坑內(nèi)格構(gòu)柱的數(shù)量,有利于地面長臂挖機挖土。在板的設計時,考慮可以作為臨時材料處理場地,堆放不超過4 kN/m2的施工荷載。

圖2 基坑標準段剖面圖

表1 主要土層參數(shù)表

圖3 逆作樓板平面圖

圖4 樓板與連續(xù)墻連接節(jié)點圖

3 邊框架逆作法使用分析

基坑開挖過程中,下二層板以上部分按照常規(guī)基坑順作開挖,并設置支撐。開挖至下二層板位置時,施工該下二層板作為一道支撐,達到強度要求后再開挖下二層板以下土體并設置鋼支撐至基坑坑底,澆筑好底板后回筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)。由于在軟土地層中的下二層板施工過程中,難以在坑內(nèi)軟土中設置支架模板,因此,在施工前,下二層板下土體結(jié)合坑底土體的加固,進行土體抽條和裙邊加固,如圖5所示。利用板下加固土體作為下二層板的模板支撐,同時該加固土體也有利于在下二層板混凝土澆筑過程中和達到強度形成水平支撐前,減少基坑的水平變形。在實際施工過程中,該土模的設置確保了板施工質(zhì)量,同時也減少了下二層板的施工時間和施工難度,達到了預期效果。

圖5 板下土體加固圖

此處列舉某施工段實際變形與計算變形數(shù)據(jù)進行分析。圖6為基坑計算圍護結(jié)構(gòu)變形包絡圖,計算最大水平位移為34.6 mm。圖7為標準段連續(xù)墻監(jiān)測變形,最大水平位移為53.5 mm。各工況下的計算與實測最大值對比詳見表2。

圖6 基坑計算圍護結(jié)構(gòu)變形包絡圖

圖7 連續(xù)墻監(jiān)測變形

數(shù)值類型第一層土第二層土第三層土第四層土第五層土第六層土第七層土計算值/mm4.310.316.025.930.332.234.6實測值/mm1.18.118.546.851.653.153.5說明:第四層土挖完澆筑樓板后,實測最大水平變形為37.2mm;在樓板后期養(yǎng)護完成后最大水平變形為46.8mm

從表2和圖7的各階段實測水平位移曲線也可以看出,從第三層土方開挖完成并架設好鋼支撐開始,至第四層土方開挖完成并逆作下二層邊框架樓板期間,以及樓板的混凝土養(yǎng)護期間,圍護側(cè)移有明顯變化。根據(jù)施工日期分析,由于第四土層開挖時正值春節(jié)期間,勞動力受限,故此階段施工過程較長,土方開挖和樓板澆筑時間增加了約20 d,導致基坑實測水平變形增大,從圖7中可知最大值達到37.2 mm,增加了18.7 mm。在邊框架樓板澆筑完成后,按設計要求進行了約15 d的樓板養(yǎng)護時間再進行第五層土方開挖。在樓板養(yǎng)護期間,連續(xù)墻水平變形最大值繼續(xù)增加了9.6 mm,達到46.8 mm。

從監(jiān)測數(shù)據(jù)分析可知,由于軟土地區(qū)基坑施工過程中的土體流變變形等因素,導致隨著時間的增加,連續(xù)墻側(cè)移仍然在逐漸發(fā)展。根據(jù)寧波軌道交通15座地下車站的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析,由于土方開挖時間、支撐架設時間不及時等因素,會導致基坑變形急劇增大,因此軟土地區(qū)基坑要重視“時空效應”,需要連續(xù)快速施工,及時支撐。在逆作的樓板混凝土養(yǎng)護期間,基坑變形會逐漸增大。為了控制基坑變形,除利用板下土體加固措施外,還可以考慮在板上設置臨時鋼支撐等措施。

圖7中可以看出,在下二層邊框架樓板設置形成支撐后,控制變形的效果較好,變形曲線明顯收縮,逆作樓板下第五、六、七層土體開挖過程中基坑變形較小,分別增加4.8、1.5、0.4 mm,接近或滿足設計要求。

通過實際使用分析,采用下二層板的邊框架逆作的主要優(yōu)點如下:

(1) 逆作的樓板形成支撐后,有利于控制樓板下基坑開挖的變形,保護周圍環(huán)境安全。

(2) 下二層板在開挖時作為一道支撐,回筑階段其是主體結(jié)構(gòu)的一部分,不必像其它混凝土支撐一樣拆除,減少了拆撐和內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工時間,減少了混凝土廢渣的處理,綠色環(huán)保。

結(jié)合施工過程中的現(xiàn)場反饋情況,采用樓板邊框架逆作會增加樓板下基坑施工難度,主要缺點為:

(1) 由于下二層板覆蓋范圍較大,給板下基坑的出土帶來一定的困難;需要在板下拼裝鋼支撐,通過小挖機在板下面運輸材料,作業(yè)空間較小,給鋼支撐的安裝帶來困難。

(2) 由于施工難度增大,樓板下的基坑作業(yè)需要加強施工組織設計,增加人員和材料的投入,否則會增加板下基坑開挖時間。

(3) 由于下二層板逆作,板下側(cè)墻混凝土澆筑時,需要在下二層板上預留澆搗孔,給混凝土的振搗工作帶來困難,對混凝土澆搗質(zhì)量容易產(chǎn)生影響。在結(jié)構(gòu)施工完成后,下三層側(cè)墻與下二層板之間的施工縫容易出現(xiàn)滲漏情況。

4 結(jié)語

在寧波軌道交通1號線建設過程中,面對長、大深基坑工程,邊框架逆作法成功用于軟土深基坑的變形控制和環(huán)境保護,并積累了一定的運用經(jīng)驗。在軟土地區(qū),對地下三層、甚至四層車站的深基坑工程,在周邊環(huán)境復雜、保護要求高的地段,采用局部樓板的逆作有利于環(huán)境保護和控制工程的風險。

在樓板逆作時,可以采用樓板下土體加固作為板澆筑過程中的土模,有利于減少樓板施工難度。同時該加固土體在樓板形成強度前,有助于控制基坑的變形。但混凝土樓板形成支撐發(fā)揮作用需要一定的養(yǎng)護時間,由于軟土地區(qū)土體的流變變形,如基坑監(jiān)測變形過大時,還可以采用在樓板上設置臨時鋼支撐的控制措施。

深基坑工程的邊框架逆作會對施工帶來一定困難,影響了樓板下基坑的挖土和支撐的效率,增加了逆作樓板下側(cè)墻混凝土澆筑的難度,對施工作業(yè)要求相對較高。因此,需要合理安排施工計劃,綜合考慮其對車站總工期的影響,并在招投標階段考慮因作業(yè)難度提高而增加相應的標的費用。

[1] 鄒家南,楊小平,劉庭金.鄰近地鐵盾構(gòu)隧道的深基坑支護分析[J].鐵道建筑,2013(9):63.

[2] 朱志祥,劉少煒,劉新榮,等.某地鐵車站軟土深基坑加固效果研究[J].地下空間與工程學報,2014,10(3):716.

[3] 張亮.軟土地區(qū)超大基坑開挖對既有地鐵區(qū)間盾構(gòu)隧道的影響分析[J].施工技術(shù),2014,43(1):87.

[4] 孫立柱,陳鶴,劉寒遷,等.半逆筑法施工超大地鐵深基坑工程設計方法[J].都市快軌交通,2011,24(4):99.

[5] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范:GB 50010—2010[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2010.

Application of Reverse Construction Method of Floor Performed Holes in Ningbo Urban Rail Transit Foundation Pit

YAO Yanming, SUN Jianjun

Combined with the underground commercial development,the open-cut method is used in the section between Gulou Station and Dongmenkou Station,it is a 3- layer underground project and also the biggest excavation volume pit in the first phase project of Ningbo urban rail transit.Because the pit is located in the business core area and the requirements of environment protection is strict,the reverse construction method of the second floor performed holes is used as the concrete support to increase the support stiffness and control the horizontal deformation.The design of the reverse construction floor and the effect of soil mould strengthening measure under the plate are analyzed.By a comparison of the calculation and the monitoring data,the construction cautions are discussed, the advantage and disadvantage of the method are also analyzed.

urban rail transit; open cut foundation; reverse construction method; deformation control

TU 753.1

10.16037/j.1007-869x.2016.08.015

2014-11-27)