軟土逆作施工技術(shù)關(guān)鍵及對(duì)環(huán)境影響的探討 ———以上海軌道交通Ｒ4線東安路站為背景摘　要:以軌道交通Ｒ4線東安路車站逆作法施工為背景,介紹了軟土逆作法施工中,調(diào)整支撐布置,采用全機(jī)械化挖土的方法,介紹了逆作法施工技術(shù)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的處理方法,通過(guò)信息化監(jiān)測(cè),探討了逆作法施工對(duì)基坑周圍環(huán)境的影響。關(guān)鍵詞:軟土逆作法;全機(jī)械化挖土;支撐;環(huán)境1工程概況 東安路車站坐落于零陵路,呈東西向穿越東安路。車站外包總長(zhǎng)214.8ｍ,東西兩端各設(shè)置端頭井,中間設(shè)有換乘段。車站除換乘段為三層外,其余均為二層結(jié)構(gòu)。標(biāo)準(zhǔn)段開(kāi)挖深度14.87ｍ,換乘段開(kāi)挖深度21.64ｍ。東西端頭井開(kāi)挖深度分別為16.68ｍ、16.26ｍ。基坑設(shè)計(jì)采用800ｍｍ厚地下連續(xù)墻作為圍護(hù),標(biāo)準(zhǔn)段地連墻深27ｍ,端頭井地連墻深29ｍ,換乘段地連墻深38ｍ。土體加固采用深層攪拌樁,支撐體系采用Φ609鋼支撐,底板下的Φ1200鉆孔灌注樁深75ｍ,樁內(nèi)的Ｈ400型鋼作為逆作法施工時(shí)結(jié)構(gòu)荷載的支撐柱。2周邊環(huán)境 車站周邊環(huán)境復(fù)雜,東安路零陵路口的兩幢高層建筑的裙房已局部侵入施工用地范圍,腫瘤醫(yī)院淺埋基礎(chǔ)的放射治療室距地連墻僅1.2ｍ,其直線加速器機(jī)房地下室底板距地下連續(xù)墻僅0.64ｍ,根據(jù)腫瘤醫(yī)院提供的資料,其直線加速器的水平傾斜度應(yīng)不超過(guò)0.4ｍｍ/ｍ,即1/2500(即差異沉降不得超過(guò)8ｍｍ)。東端頭井距在建的有機(jī)所大樓圍護(hù)僅0.5ｍ,西端頭井與環(huán)保局大樓相距2ｍ,而且這2ｍ范圍內(nèi)有上下水管、煤氣管和高壓電纜。 鑒于上述工程周邊環(huán)境情況,施工方選擇了在東安路車站采用全逆作法施工,同時(shí)為保證進(jìn)度和安全,挖土采用機(jī)械化挖土。設(shè)計(jì)確定本工程基坑保護(hù)等級(jí)為一級(jí),要求墻頂水平位移≤1%ｈ,墻體最大水平位移≤1.4%ｈ,坑外最大地表沉降≤1%ｈ(ｈ為基坑開(kāi)挖深度)。3地質(zhì)情況 地基土自上而下為第①-1層填土;第②-1層褐黃色粘土;第②-2層灰黃色粉質(zhì)粘土;第③層灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土;第④-1層灰色淤泥質(zhì)粘土;第④-2層灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土(粘砂互層);第⑤-1-1層灰色粘土;第⑤-1-2層灰色粉質(zhì)粘土;第⑤-3層灰色粉質(zhì)粘土;第⑤-4層灰綠色粉質(zhì)粘土;第⑦-1層灰綠粘質(zhì)粉土;第⑦-2層青灰色-草黃色粉細(xì)砂。 基底位于④-1淤泥質(zhì)粘土層(標(biāo)準(zhǔn)段)⑤-1-1粘土層及⑤-1-2粉質(zhì)粘土層中(換乘段),地下墻墻趾位于⑤-1-2及⑤-3粉質(zhì)粘土層中。4 逆作法施工關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)處理方法4.1中間立柱 中間立柱是在逆作法施工期間,在底板尚未澆筑之前與地下連續(xù)墻共同承受地下各層結(jié)構(gòu)自重和施工荷載的最主要的受力構(gòu)件之一,亦是施工中的一大難點(diǎn)。立柱按壓彎構(gòu)件計(jì)算,要求定位精度高,允許最大偏心距為±30ｍｍ,垂直度偏差≤1/600。樁基采用鉆孔灌注樁,鉆深70～80ｍ至⑦-2持力層內(nèi),垂直度控制在1/400～1/800之間,水下混凝土灌注充盈系數(shù)為1.07～1.10。 Ｈ型鋼柱長(zhǎng)21ｍ,在頂中底板底部位置預(yù)留腰孔,以便固定梁的牛腿剪力板塊,在逆作結(jié)構(gòu)板主筋位置也預(yù)留腰孔,讓板筋通過(guò)其接續(xù),在柱底錨固段內(nèi)開(kāi)有橢圓孔,以強(qiáng)化柱和樁的連接。鋼柱依托格構(gòu)柱作其導(dǎo)向架置入,格構(gòu)柱斷面為450×450ｍｍ,長(zhǎng)16ｍ,上下四外側(cè)有氣囊,由斜傳感器連接電腦終端,通過(guò)對(duì)進(jìn)出氣量的控制調(diào)節(jié)格構(gòu)柱的垂直度在1%。 澆入灌注樁的混凝土初凝前,沿導(dǎo)向格構(gòu)柱垂直插入Ｈ型鋼柱,埋入混凝土2ｍ以上錨固,準(zhǔn)確核對(duì)柱頂標(biāo)高和軸線位置后,固定于孔口井字托梁上,上部孔內(nèi)回填素土。 基坑開(kāi)挖后,鋼柱的平面位移極小,垂直度良好,高程位置符合使用范圍。4.2 梁柱節(jié)點(diǎn)處理 (1)后澆樓板和底板梁的鋼筋,穿越Ｈ型鋼預(yù)留腰孔,承受節(jié)點(diǎn)彎距。在頂板和中板底處的鋼柱上,螺栓固定的鋼牛腿和底板內(nèi)焊入的剪力鍵,可以將剪力有效地傳給鋼柱和核心混凝土。 (2)當(dāng)挖土到頂板底將出露的Ｈ型鋼柱割除, 焊入帶錨筋的封頭鋼板,頂板梁筋穿入錨筋內(nèi),澆注混凝土完成梁與柱節(jié)點(diǎn)的處理。當(dāng)后澆結(jié)構(gòu)柱的插筋從底板逐節(jié)升到頂板梁后,要分別進(jìn)行下一、下二、下三層的后澆注柱混凝土澆注,均從先期板層上預(yù)留澆注孔,緩慢澆注混凝土,要防止梁柱接頭不密實(shí)影響剪力向支座的傳遞,對(duì)脫空縫隙進(jìn)行ＪＧＮ建筑結(jié)構(gòu)粘合劑填充。4.3 調(diào)整支撐布置,逆作法施工采用全機(jī)械化挖土4.3.1 調(diào)整支撐布置,全機(jī)械化挖土 (1)逆作法設(shè)計(jì)圖紙中共有四道支撐,支撐的垂直間距只有0.9ｍ至2ｍ,如果要在逆作法施工中采用機(jī)械挖土,則支撐的垂直間距必須大于2.8ｍ。經(jīng)驗(yàn)算表明,改為三道支撐后,最大理論墻體位移為27.3ｍｍ,能夠滿足周邊環(huán)境保護(hù)要求。 (2)中板施工時(shí)于-2.7ｍ設(shè)一道支撐,底板施工時(shí)于-7.6ｍ設(shè)一道支撐,頂板至第二道支撐的凈距變?yōu)?.87ｍ,中板至第三道支撐的凈距變?yōu)?.2ｍ,第三道支撐至底板墊層底的凈距變?yōu)?.12ｍ,能夠滿足機(jī)械挖土的要求。4.3.2 土方開(kāi)挖 設(shè)置首道支撐,在中部抽槽挖方,然后挖余土,施工頂板時(shí)預(yù)留取土口。下挖中板和底板土方時(shí),仍然從取土口向下,逐層由島心橫向擴(kuò)展,盆式挖土到結(jié)構(gòu)標(biāo)高,再逐塊挖去1-2ｍ的裙邊坡土,邊挖邊及時(shí)架設(shè)第2-4道支撐。 取土口是逆作施工中的垂直運(yùn)輸通道,若設(shè)置過(guò)多會(huì)削弱結(jié)構(gòu)板的支撐作用同時(shí)增加頂板的滲水機(jī)會(huì),本工程在頂板上共設(shè)3個(gè)取土口(4×8ｍ)。4.4 防水處理 (1)地墻幅間縫的防水采用十字鋼板剛性接頭,先澆幅止水板寬150ｍｍ,后澆幅為250ｍｍ,用刷壁器刷洗干凈不附泥土才澆筑混凝土。 (2)車站頂板、上翻梁及地墻上翻0.5ｍ內(nèi),用濕克威防水材三度涂刷,厚2ｍｍ以上。再用油氈和15ｃｍ厚素混凝土保護(hù)層組成,頂板未見(jiàn)有滲水。 (3)底板裂縫和誘導(dǎo)縫滲水處,均用聚氨酯多次反復(fù)的注壓后得以堵漏。4.5 地基加固技術(shù) 原設(shè)計(jì)采用深層攪拌樁進(jìn)行坑內(nèi)土體加固,按基坑橫向格柵布置(適用順作法開(kāi)挖)。逆作法施工中,要先在取土口間挖掘先行通道,將橫向跨中兩側(cè)的加固土體挖取,起不到加固土體的超前支撐作用。為此把土體加固形式改為裙邊式布置,提高基坑穩(wěn)定性,又方便挖土施工,提高作業(yè)工效。4.6 鋼支撐施加預(yù)應(yīng)力 (1)及時(shí)完成支撐對(duì)控制基坑變形至關(guān)重要,為減少墻體位移,安裝時(shí)需施加預(yù)應(yīng)力,彌補(bǔ)壓應(yīng)力的損失,順作法挖方上撐施加的預(yù)應(yīng)力,通常是設(shè)計(jì)軸力的70～80%,本工程逆作法施工時(shí),施加的預(yù)應(yīng)力是設(shè)計(jì)值的50%左右。 (2)全逆作法產(chǎn)生的框架構(gòu)筑物具有巨大的剛性,能有效控制墻體受壓變形,實(shí)測(cè)墻位移量小,垂直沉降量小。5 信息化施工,分析逆作法對(duì)周邊環(huán)境的影響5.1 圍護(hù)墻體水平位移變化 (1)端頭井及標(biāo)準(zhǔn)段的地連墻墻體最終水平位移量經(jīng)實(shí)測(cè)均小于設(shè)計(jì)控制要求。 (2)位移與挖深的最終比值,最小為0.048%,最大為0.205%,平均為0.095%,挖深到頂板、中板和底板時(shí),該比值均小于0.4%的設(shè)計(jì)要求。 (3)端頭井內(nèi)襯墻澆注后墻體位移基本趨于穩(wěn)定,但標(biāo)準(zhǔn)段頂板覆土后墻體仍有微小位移量,趨于穩(wěn)定時(shí)間較端頭井長(zhǎng),可見(jiàn)有無(wú)內(nèi)襯墻結(jié)構(gòu),對(duì)位移的穩(wěn)定有一定影響。 (4)當(dāng)墻頂位移量是墻趾的1～2倍時(shí),墻體的位移量均處于8～9ｍｍ內(nèi),但當(dāng)墻趾位移量是墻頂?shù)?～3倍時(shí),墻體的位移量均處于18～30ｍｍ內(nèi),因此減少墻頂位移(把第一道支撐盡量提高)和加固被動(dòng)區(qū)提高被動(dòng)土壓力可以減小墻體的位移。 (5)當(dāng)頂板、中板和梁柱連系的剛性框架結(jié)構(gòu)形成后,具有巨大的抗衡能力以消除或減小墻體的位移;加以攪拌樁加固坑底的阻力,得以有效控制位移,揭示了一種時(shí)空效應(yīng)現(xiàn)象。5.2 支撐軸力變化 (1)逆作法施工具有良好的剛度,沒(méi)有使支撐增加軸力,支撐體系處在安全可靠的狀態(tài)中。 (2)端頭井均以斜支撐施工,其3、4道的最大支撐軸力平均為1660ｋＮ左右,而標(biāo)準(zhǔn)段第3道的最大支撐軸力平均只有800ｋＮ左右,支撐形式和部位不同,軸力有明顯的差異。5.3 逆作法施工對(duì)地表沉降的大致影響 沉降與挖深的最終比值平均為0.139%,距坑10ｍ內(nèi)的地表。當(dāng)基坑挖深3～4ｍ后,該比值均大于最大值0.2%的要求,挖深增大到8～9ｍ后,比值反而減少到0.2%以下;說(shuō)明近距離的地表變形,在開(kāi)始階段發(fā)展較快,但趨于穩(wěn)定的時(shí)間也較快。地表沉降在主體結(jié)構(gòu)完成、頂板回填后,再延續(xù)2個(gè)月,即可趨向收斂之中。5.4類似工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)比較 表1為類似工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比。可看出本車站的支撐軸力、墻體變形、地表沉降等均較小,也說(shuō)明充分利用逆作法有可能使地墻入土深度縮小的可能。6　結(jié)語(yǔ) (1)采用逆作法建造了位于軟土地基的東安路地鐵車站,首次把全機(jī)械化挖土引入到逆作法施工,成功解決了以往逆作法施工中因?yàn)槿斯ね谕炼鴮?dǎo)致施工進(jìn)度緩慢的難題,使得逆作法的優(yōu)點(diǎn)得到充分發(fā)揮,也很好地體現(xiàn)和應(yīng)用了“時(shí)空效應(yīng)”的理論。為今后逆作法的推廣應(yīng)用打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。 (2)監(jiān)測(cè)表明在基坑正常施工條件下,圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平變形,基本控制在10～20ｍｍ內(nèi),澆三板后支撐軸力有下降趨勢(shì),對(duì)周圍環(huán)境變形影響較小,隨三板結(jié)構(gòu)及回填的完成,所有監(jiān)測(cè)對(duì)象的變化基本趨向穩(wěn)定。 (3)由取土口向下,逐層沿中軸線抽槽開(kāi)挖坑道,吊入支撐及時(shí)架設(shè),支撐下層應(yīng)有3ｍ凈空才能實(shí)現(xiàn)全機(jī)械挖土,充分發(fā)揮時(shí)空效應(yīng)。 (4)在軟土層深基坑采用逆作法施工,能有效減少圍護(hù)墻體側(cè)向變形引起坑外土體的沉降,對(duì)環(huán)境保護(hù)的安全性顯而易見(jiàn),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)支撐間距的布置要突破傳統(tǒng)思路,使全機(jī)械化操作得以在挖土、出土、架設(shè)等方面具有綜合優(yōu)勢(shì)。參考文獻(xiàn):[1]夏明躍,曾世倫 地下工程設(shè)計(jì)施工手冊(cè)[Ｍ].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1999[2]劉建航,侯學(xué)淵 基坑工程手冊(cè)[Ｍ].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1997