緊鄰磁浮車站的大型建筑深基坑逆作法施工【摘要】上海浦東國際機場二期交通中心基坑工程中,基坑西側緊鄰正在運營的磁浮車站,而磁浮車站和軌道對沉降十分敏感,為確保施工期間磁懸浮列車正常運營,基坑西側采用地下連續墻兩墻合一的圍護形式進行逆作法施工,挖土采用分塊跳倉開挖,不僅確保了基坑和磁浮車站的安全,同時也加快了施工進度,取得了較好的效果。【關鍵詞】航空港磁浮車站深基坑逆作法1 工程概況 上海浦東國際機場二期交通中心工程位于浦東國際機場航空港內,西側與磁浮國際機場站相接,東側為同時施工的二期航站樓主樓與樓前高架工程。交通中心基礎南北向長440 m,東西向長145 m,基坑大面積挖土深度達6 m、局部7.1 m,深基坑面積達6.4萬m2,為超大深基坑。 交通中心基坑周邊環境較為復雜,尤其以東側和西側為甚。其中東側通過優化,最終采用放坡形式解決了東側的施工困難。西側距離基坑30 m不到,為世界上唯一一條正在商業運營的磁懸浮車站和軌道,磁懸浮車站和交通中心基坑之間還存在著機場唯一的出場道路,同時道路邊的管線也必須在基坑施工期間加以保護。2 交通中心西側復雜環境下基坑施工難點 (1)基坑西側最重要的保護對象是對沉降非常敏感的磁浮車站和軌道,確保其不間斷正常運營。 (2)基坑西側離機場唯一離港道路(出場路)僅6 m,離開磁浮車站外墻18m,在整個施工期間也必須確保出場路及其下的管線的正常使用。 (3)交通中心工程南北向長度達到了440 m,逆作區寬度為24 m,施工中需減小超長大面積基坑的暴露長度和時間,控制圍護的變形。3 主要技術路線3.1 西側基坑圍護設計 交通中心西側考慮到對出場路及磁懸浮的保護,采用地下連續墻作為圍護,逆作法施工,圍護墻厚800 mm,深度為15.65 m。混凝土標號為水下C30,抗滲S8,混凝土的坍落度為18～22 cm。3.2 逆作挖土分塊及開挖流程 逆作區底板施工綜合考慮到幾方面因素: (1)確保基坑安全,減少基坑暴露長度。 (2)確保出場路和磁懸浮車站及軌道的安全。 (3)滿足總體進度要求。 (4)方便挖土及結構施工。 (5)減小混凝土收縮,從而達到減少裂縫的目的。 結合以上各因素,逆作區底板結構進一步細化分為15小塊,編號由北往南依次為D1～D15,相鄰塊之間設置施工縫,每塊長度基本上在30 m左右。 逆作區地下室總體施工流程:從中間和南北兩端同時對向進行挖土和結構施工方式(圖1)。
底板除中間和兩端第一塊采用挖一塊澆一塊外,其余采用每挖兩塊然后澆搗一塊,即混凝土澆搗采用跳倉施工,相鄰塊混凝土澆搗間隔15 d。4 關鍵施工技術4.1 “一柱一樁”垂直度控制 交通中心逆作區域一柱一樁為213根,設計要求永久內插鋼立柱垂直度控制在1/500以內,對永久結構柱,中心偏差控制在±5 mm。 在實施過程中通過自制的一套立柱樁校正架對立柱樁的垂直度與水平位移進行校正(圖2),同時在基坑開挖過程中采取措施,使整個基坑開挖至基底后,經過現場實測,一柱一樁的垂直度偏差均在1/500以內,滿足了設計對于垂直度的控制要求。 為提高樁基抗壓承載力以及減少樁基在豎向荷載作用下的沉降變形,根據設計要求,本工程逆作區域一柱一樁部位共計213根均采用了樁底后注漿的施工工藝。4.2 地下連續墻施工技術 交通中心工程地下連續墻總延長米為514.6 m,根據設計圖紙將地墻共劃分約94幅槽段,由于地下連續墻墻頂標高位于自然地面以上,成槽機無法進行施工,為了確保地下連續墻的施工,在地墻施工階段,將地下連續墻施工至-2.50 m標高,低于設計標高0.7 m,在該標高處設置施工縫,其上部分同結構頂板與壓頂圈梁一同施工。 為提高地墻接頭處的抗滲及抗剪性能,對地墻雌雄頭連接處,用外型與雌槽相吻合的接頭刷,緊貼接頭面,上下反復刷動,去除形成的泥皮以保證相鄰槽段在澆注后接頭密實、不滲漏。4.3 逆作頂板結構施工4.3.1 頂板格構柱節點處理 本工程逆作開挖時,挖土機和土方運輸車利用結構頂板作為出土平臺和運輸道路,同時,整個逆作頂板將作為機場二期工程南北向的主要施工道路。因此,對頂板梁柱節點的格構柱采取加設鋼牛腿加強措施(圖3)。4.3.2 頂板結構施工 逆作區梁、平臺板施工流程為:逆作區卸土→-2.90m墊層施工→墊層彈線→搭設排架→鋪設梁底模→制單側梁側模→部分平臺板鋪設→綁扎梁鋼筋→驗收梁鋼筋→封另一側梁側模→剩余平臺板鋪設→梁側模拋撐加固→排架加固驗收→綁扎平臺板筋→驗收平臺板筋→澆搗梁、平臺板混凝土。平臺板排架采用1 600 mm高鋼管搭設,作法同順作區域。 對于逆作區800 mm×1 800 mm大梁,由于梁底離墊層面僅有50 mm左右,因此采用直接在墊層上面進行50 mm厚水泥砂漿粉平,上涂脫模劑直接作為該大梁的底模,側模仍然采用夾板。對于逆作區1 000～1 650 mm高大梁,梁底離墊層面高度為200～850mm,梁底支模同一般順作區域,僅用木楔(或墊塊)置于墊層上來代替梁底豎向支撐鋼管,木楔(或墊塊)沿梁跨度方向間距為400 mm。逆作區梁高低于1000 mm梁,由于梁自重較輕,梁底不需要加豎向鋼管支撐,作法同一般順作區域。4.4 逆作區挖土施工 出土洞口的布置按照基坑內挖土機械的挖土回轉半徑和結構分塊來控制,基本控制在每一分塊有一挖土洞口,共布置了15個挖土洞口。土方經挖土機械在坑內至多經過兩次傳遞到取土洞口,再由上部挖土機駁出坑外。底板逆作挖土時,0.4 m3小機在坑內將土翻駁至距離近的留洞口,再由1臺1.2 m3挖機在頂板洞口邊將土方抓運并裝車運走。每一分塊逆作挖土時,采用分段分層挖土,分層厚度不大于2.5m,每一施工段與未開挖部位之間邊界采用臨時邊坡,臨時邊坡為1∶1.5,平臺寬度為2 m。 后續相鄰分塊底板逆作挖土施工條件:每次挖土完成后,及時進行墊層混凝土澆搗,待底板混凝土澆搗完成并養護達到設計強度的70%后,方可進行相臨塊土方的開挖,挖土時嚴格按照分塊進行,一次挖土地墻暴露長度控制在60m內,嚴禁一次超長挖土。4.5 逆作底板結構施工4.5.1 底板與地墻連接 在與地墻交界處的底板內設有環狀暗梁,地墻內預留底板環梁插筋,施工底板時由地墻內鑿出并扳直,錨入暗梁內。底板上下排與地墻垂直鋼筋均同地墻鋼筋接駁器連接。 由于在地墻成槽、混凝土澆搗施工階段,預留鋼筋直螺紋接駁器位置可能出現偏差,待開挖后,根據實際情況進行處理。根據可能出現的情況,制定如下原則:下皮鋼筋接駁器位置偏離正常位置200 mm以內,鋼筋與直螺紋正常連接,鋼筋按1∶6彎折比例彎至正常位置,上皮鋼筋考慮到建筑完成面為-6.00 m,上皮鋼筋偏差控制為向上50 mm,向下100 mm,鋼筋按1∶6彎折比例彎至正常位置(圖5)。如接駁器偏離位置超出了該范圍,則通過種筋與地墻連接,另一端通過綁焊與底板鋼筋正常連接。4.5.2 地梁鋼筋施工 在逆作基坑范圍內,基礎梁截面主要為800 mm×1 650 mm、800 mm×1200 mm。鋼筋主要為φ32 mm。如果按照順做施工綁扎時搭設鋼管支架,由于梁架空綁扎,在穿過格構柱時將碰到腹板,梁本身高度較高,加上架空綁扎,在梁鋼筋綁扎操作范圍內,格構柱腹板都將割除,這將引起腹板失穩。因此,通過采用在梁兩側放坡開挖,操作工人直接在基坑底部綁扎梁鋼筋(圖6);在梁主筋穿過格構柱處,如碰角鋼穿不過處,不得損傷角鋼,對于局部梁鋼筋密集處,通過放大梁截面或調整梁鋼筋的皮數來調整鋼筋間距,使梁鋼筋順利穿過格構柱,梁最上皮鋼筋放置完后,依次將箍筋套入。箍筋的接頭應交錯排列垂直放置,箍筋轉角與豎向鋼筋交叉點均應扎牢(箍筋平直部分與豎向鋼筋交叉點可每隔一根互成梅花式扎牢),綁扎箍筋時,鉛絲扣要相互成八字形綁扎;將梁的下部鋼筋安裝就位,鋼筋接頭也是直螺紋連接;梁的上下部鋼筋均二層和三層排列,排與排之間采用與主筋相同規格的鋼筋填充,間距1 000 mm。5 交通中心逆作區基坑實施效果 在交通中心大面積逆作法開挖過程中,由于通過合理留設挖土洞口、合理劃分施工塊以及抽條開挖的方式進行施工,一方面使基坑變形始終處于設計要求的控制范圍內,保證了基坑施工的安全,另一方面,由于頂板卸土開挖,順作進行結構排架支撐施工,確保了結構混凝土的施工質量,同時在實施過程中,通過采用一柱一樁垂直度控制和樁底后注漿等新技術以及對底板開挖方式的優化,加快了施工進度,取得了明顯的社會和經濟效益。
底板除中間和兩端第一塊采用挖一塊澆一塊外,其余采用每挖兩塊然后澆搗一塊,即混凝土澆搗采用跳倉施工,相鄰塊混凝土澆搗間隔15 d。4 關鍵施工技術4.1 “一柱一樁”垂直度控制 交通中心逆作區域一柱一樁為213根,設計要求永久內插鋼立柱垂直度控制在1/500以內,對永久結構柱,中心偏差控制在±5 mm。 在實施過程中通過自制的一套立柱樁校正架對立柱樁的垂直度與水平位移進行校正(圖2),同時在基坑開挖過程中采取措施,使整個基坑開挖至基底后,經過現場實測,一柱一樁的垂直度偏差均在1/500以內,滿足了設計對于垂直度的控制要求。 為提高樁基抗壓承載力以及減少樁基在豎向荷載作用下的沉降變形,根據設計要求,本工程逆作區域一柱一樁部位共計213根均采用了樁底后注漿的施工工藝。4.2 地下連續墻施工技術 交通中心工程地下連續墻總延長米為514.6 m,根據設計圖紙將地墻共劃分約94幅槽段,由于地下連續墻墻頂標高位于自然地面以上,成槽機無法進行施工,為了確保地下連續墻的施工,在地墻施工階段,將地下連續墻施工至-2.50 m標高,低于設計標高0.7 m,在該標高處設置施工縫,其上部分同結構頂板與壓頂圈梁一同施工。 為提高地墻接頭處的抗滲及抗剪性能,對地墻雌雄頭連接處,用外型與雌槽相吻合的接頭刷,緊貼接頭面,上下反復刷動,去除形成的泥皮以保證相鄰槽段在澆注后接頭密實、不滲漏。4.3 逆作頂板結構施工4.3.1 頂板格構柱節點處理 本工程逆作開挖時,挖土機和土方運輸車利用結構頂板作為出土平臺和運輸道路,同時,整個逆作頂板將作為機場二期工程南北向的主要施工道路。因此,對頂板梁柱節點的格構柱采取加設鋼牛腿加強措施(圖3)。4.3.2 頂板結構施工 逆作區梁、平臺板施工流程為:逆作區卸土→-2.90m墊層施工→墊層彈線→搭設排架→鋪設梁底模→制單側梁側模→部分平臺板鋪設→綁扎梁鋼筋→驗收梁鋼筋→封另一側梁側模→剩余平臺板鋪設→梁側模拋撐加固→排架加固驗收→綁扎平臺板筋→驗收平臺板筋→澆搗梁、平臺板混凝土。平臺板排架采用1 600 mm高鋼管搭設,作法同順作區域。 對于逆作區800 mm×1 800 mm大梁,由于梁底離墊層面僅有50 mm左右,因此采用直接在墊層上面進行50 mm厚水泥砂漿粉平,上涂脫模劑直接作為該大梁的底模,側模仍然采用夾板。對于逆作區1 000～1 650 mm高大梁,梁底離墊層面高度為200～850mm,梁底支模同一般順作區域,僅用木楔(或墊塊)置于墊層上來代替梁底豎向支撐鋼管,木楔(或墊塊)沿梁跨度方向間距為400 mm。逆作區梁高低于1000 mm梁,由于梁自重較輕,梁底不需要加豎向鋼管支撐,作法同一般順作區域。4.4 逆作區挖土施工 出土洞口的布置按照基坑內挖土機械的挖土回轉半徑和結構分塊來控制,基本控制在每一分塊有一挖土洞口,共布置了15個挖土洞口。土方經挖土機械在坑內至多經過兩次傳遞到取土洞口,再由上部挖土機駁出坑外。底板逆作挖土時,0.4 m3小機在坑內將土翻駁至距離近的留洞口,再由1臺1.2 m3挖機在頂板洞口邊將土方抓運并裝車運走。每一分塊逆作挖土時,采用分段分層挖土,分層厚度不大于2.5m,每一施工段與未開挖部位之間邊界采用臨時邊坡,臨時邊坡為1∶1.5,平臺寬度為2 m。 后續相鄰分塊底板逆作挖土施工條件:每次挖土完成后,及時進行墊層混凝土澆搗,待底板混凝土澆搗完成并養護達到設計強度的70%后,方可進行相臨塊土方的開挖,挖土時嚴格按照分塊進行,一次挖土地墻暴露長度控制在60m內,嚴禁一次超長挖土。4.5 逆作底板結構施工4.5.1 底板與地墻連接 在與地墻交界處的底板內設有環狀暗梁,地墻內預留底板環梁插筋,施工底板時由地墻內鑿出并扳直,錨入暗梁內。底板上下排與地墻垂直鋼筋均同地墻鋼筋接駁器連接。 由于在地墻成槽、混凝土澆搗施工階段,預留鋼筋直螺紋接駁器位置可能出現偏差,待開挖后,根據實際情況進行處理。根據可能出現的情況,制定如下原則:下皮鋼筋接駁器位置偏離正常位置200 mm以內,鋼筋與直螺紋正常連接,鋼筋按1∶6彎折比例彎至正常位置,上皮鋼筋考慮到建筑完成面為-6.00 m,上皮鋼筋偏差控制為向上50 mm,向下100 mm,鋼筋按1∶6彎折比例彎至正常位置(圖5)。如接駁器偏離位置超出了該范圍,則通過種筋與地墻連接,另一端通過綁焊與底板鋼筋正常連接。4.5.2 地梁鋼筋施工 在逆作基坑范圍內,基礎梁截面主要為800 mm×1 650 mm、800 mm×1200 mm。鋼筋主要為φ32 mm。如果按照順做施工綁扎時搭設鋼管支架,由于梁架空綁扎,在穿過格構柱時將碰到腹板,梁本身高度較高,加上架空綁扎,在梁鋼筋綁扎操作范圍內,格構柱腹板都將割除,這將引起腹板失穩。因此,通過采用在梁兩側放坡開挖,操作工人直接在基坑底部綁扎梁鋼筋(圖6);在梁主筋穿過格構柱處,如碰角鋼穿不過處,不得損傷角鋼,對于局部梁鋼筋密集處,通過放大梁截面或調整梁鋼筋的皮數來調整鋼筋間距,使梁鋼筋順利穿過格構柱,梁最上皮鋼筋放置完后,依次將箍筋套入。箍筋的接頭應交錯排列垂直放置,箍筋轉角與豎向鋼筋交叉點均應扎牢(箍筋平直部分與豎向鋼筋交叉點可每隔一根互成梅花式扎牢),綁扎箍筋時,鉛絲扣要相互成八字形綁扎;將梁的下部鋼筋安裝就位,鋼筋接頭也是直螺紋連接;梁的上下部鋼筋均二層和三層排列,排與排之間采用與主筋相同規格的鋼筋填充,間距1 000 mm。5 交通中心逆作區基坑實施效果 在交通中心大面積逆作法開挖過程中,由于通過合理留設挖土洞口、合理劃分施工塊以及抽條開挖的方式進行施工,一方面使基坑變形始終處于設計要求的控制范圍內,保證了基坑施工的安全,另一方面,由于頂板卸土開挖,順作進行結構排架支撐施工,確保了結構混凝土的施工質量,同時在實施過程中,通過采用一柱一樁垂直度控制和樁底后注漿等新技術以及對底板開挖方式的優化,加快了施工進度,取得了明顯的社會和經濟效益。