緊鄰地鐵的狹小施工場地超大面積深基坑施工

葛宏亮

上海建工七建集團(tuán)有限公司 上海 200050

1 工程簡介

上海七寶鎮(zhèn)53#地塊新建商業(yè)項(xiàng)目總用地面積為49 294 m2?；匚挥谄邔氭?zhèn)商業(yè)中心地段，軌交9號(hào)線與軌交17號(hào)線（規(guī)劃）交匯于此，同時(shí)毗鄰七寶老街。地上5層，地下3層，總建筑面積237 139.9 m2。

場地北側(cè)緊鄰漕寶路，道路下有運(yùn)營中的軌交9號(hào)線七寶站（后期地鐵出入口與本工程地下室連通），東西長約193 m，埋深約17 m。本基坑北側(cè)圍護(hù)外邊線距離基地北側(cè)紅線最近為6.6 m，距離車站主體結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻最近為26.7 m（距離附屬風(fēng)井結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻最近為8.2 m）。

根據(jù)地鐵保護(hù)要求，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將整個(gè)基坑劃分為4大5小共9個(gè)基坑分區(qū)，分階段先后施工（圖1）。

圖1 基坑分區(qū)平面

2 基坑施工中的重點(diǎn)、難點(diǎn)分析

本工程處于七寶繁華地段，東、西、北三面為道路，南面為已建成的住宅樓，且基坑北側(cè)緊鄰已建成的軌交9號(hào)線，西側(cè)為規(guī)劃軌交17號(hào)線，周邊環(huán)境異常復(fù)雜。

1）場地周圍的施工道路狹窄，給基坑施工帶來極大的不便。

2）鄰近地鐵結(jié)構(gòu)、住宅樓（根據(jù)房屋監(jiān)測，已有不均勻沉降），對基坑開挖變形要求嚴(yán)格。

3 基坑施工過程中的難點(diǎn)攻關(guān)

3.1 基坑棧橋布置

3.1.1 基坑圍護(hù)概況

本工程基坑南北向最長處193 m，東西向最寬處213 m?；娱_挖總面積約37 340 m2，周邊長816 m。1、2、3區(qū)基坑大面積實(shí)際挖深為13.35～13.85 m，局部落深底板挖深為14.45 m，落低承臺(tái)部位挖深為14.05 m；與規(guī)劃軌交17號(hào)線之地下連通道4區(qū)實(shí)際挖深約為5.82 m，落低承臺(tái)部位挖深為6.32 m。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)均采用兩墻合一或復(fù)合式地下連續(xù)墻。整個(gè)基坑支撐平面布置采用邊桁架結(jié)合對撐形式，1區(qū)設(shè)置3道鋼筋混凝土支撐，2區(qū)和3區(qū)頭道為混凝土支撐，2～4道支撐采用φ609 mm×16 mm鋼管支撐（自補(bǔ)償軸力鋼支撐系統(tǒng)），共計(jì)153根。

3.1.2 棧橋布置

設(shè)置棧橋需滿足各基坑各施工階段的施工要求，包括拆除支撐階段及地下結(jié)構(gòu)回筑階段。且在施工期間，保障各種施工車輛進(jìn)出場地順暢，避免在施工階段造成車輛擁堵的情況[1-4]。

針對以上情況，經(jīng)過討論、比較，分析工況后最后完成以下棧橋平面布置，2、3區(qū)小基坑施工期間需要1-1區(qū)、1-3區(qū)保留北側(cè)一跨棧橋作為施工通道，在2、3區(qū)施工頂板時(shí)分別拆除對應(yīng)1-1區(qū)、1-3區(qū)的保留棧橋并施工頂板（圖2）。

圖2 棧橋平面布置

基坑開挖順序?yàn)椋?-1區(qū)施工至B1層結(jié)構(gòu)，同時(shí)開挖1-3區(qū)和2-1區(qū)；2-1區(qū)底板完成后開挖2-2區(qū)；1-3區(qū)施工至B1層結(jié)構(gòu)，開挖3-1區(qū)；3-1區(qū)底板完成后開挖3-2區(qū)；1-3區(qū)施工至底板，同時(shí)開挖1-2區(qū)和1-4區(qū)。

3.1.3 實(shí)施效果

該棧橋設(shè)置方案完全能滿足各基坑地下結(jié)構(gòu)施工，尤其是2、3區(qū)小坑的施工，且在施工過程中未出現(xiàn)施工車輛擁堵現(xiàn)象，保證了施工的正常進(jìn)行。

3.2 基坑圍護(hù)工程中鋼支撐軸力自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)的應(yīng)用

3.2.1 鋼支撐軸力自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)

基坑與地鐵車站相鄰，施工對基坑變形控制要求極其嚴(yán)格，圍護(hù)側(cè)墻的變形位移量需控制在12 mm內(nèi)。為有效地控制緊鄰地鐵一側(cè)基坑圍護(hù)變形，該區(qū)基坑鋼支撐系統(tǒng)均采用自適應(yīng)液壓伺服基坑位移變形控制系統(tǒng)（圖3）。

圖3 工程中鋼支撐的應(yīng)用

3.2.2 設(shè)計(jì)軸力要求

2區(qū)基坑分為2-1、2-2區(qū)，面積分別為750 m2、1 000 m2；3區(qū)基坑分為3-1、3-2區(qū)，面積分別為1 050 m2、615 m2，2區(qū)、3區(qū)開挖深度都為13.90 m。

2區(qū)和3區(qū)的每根φ609 mm×16 mm鋼支撐端部加一個(gè)壓力量程達(dá)3 000 kN，并且自帶回鎖功能的油壓泵作為軸力補(bǔ)償裝置，以始終保持設(shè)計(jì)院要求的額定軸力值來控制鄰近地鐵站結(jié)構(gòu)處的圍護(hù)變形量，保證地鐵的運(yùn)行安全，并達(dá)到地鐵監(jiān)護(hù)單位的變形要求。第2～4道鋼支撐預(yù)加軸力分別為1 600、1 800、1 800 kN。

3.2.3 自適應(yīng)支撐系統(tǒng)設(shè)備安裝調(diào)試

1）材料要求：基坑土方開挖前，施工現(xiàn)場應(yīng)準(zhǔn)備好充足的鋼管支撐、鋼圍檁等材料。鋼管支撐、鋼圍檁等材料進(jìn)場后嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求及有關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)對鋼管、鋼圍檁材料質(zhì)量認(rèn)真檢查，嚴(yán)防不合格支撐材料投入使用。鋼管支撐采用φ609 mm、壁厚16 mm的A3鋼管焊接制作，端頭采用φ750 mm鋼法蘭盤連接。中間管鋼法蘭盤厚度25 mm，兩端頂墻管鋼法蘭盤厚度30 mm。鋼楔子材質(zhì)為錳鋼，厚度分別為2、4、6、8、10 cm。高強(qiáng)螺栓采用M30六角頭高強(qiáng)螺栓，螺桿長度10 cm。

2）鋼支撐預(yù)拼裝：在基坑開挖過程中，為加快鋼支撐形成速度，減少基坑無支撐暴露時(shí)間，在土體開挖之前，預(yù)先對即將施工的鋼管支撐進(jìn)行拼裝，采用整根支撐安裝的方法（為便于支撐安裝，預(yù)拼支撐略短于實(shí)際長度15 cm左右）。

3）測量及鋼支撐定位：挖土完成后，立即組織專職人員按設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行測量放線和支撐定位工作，要求支撐定位允許水平位置偏差為3 cm，高度偏差為2 cm。

4）鑿露支撐牛腿位置地下連續(xù)墻鋼筋，焊設(shè)支撐牛腿（圖4）。

圖4 支撐牛腿與地下連續(xù)墻連接節(jié)點(diǎn)

5）吊裝就位：鋼圍檁施工完成后，安排鋼支撐吊裝就位?，F(xiàn)場采用50 t履帶吊，在鋼支撐兩端系安全纜風(fēng)繩，在專職指揮及牽引下平穩(wěn)吊裝就位，防止吊裝過程中鋼管支撐因晃動(dòng)而出現(xiàn)吊裝安全事故（圖5）。

圖5 鋼管支撐安裝方法及節(jié)點(diǎn)示意

6）施加預(yù)應(yīng)力：鋼管支撐安裝完成后，按設(shè)計(jì)要求對鋼支撐施加預(yù)應(yīng)力，加快形成圍護(hù)支撐體系，防止基坑較大位移變形量的產(chǎn)生，同時(shí)確保施工安全。

7）鋼管支撐軸力復(fù)加：當(dāng)圍護(hù)墻體位移變形量超過設(shè)計(jì)規(guī)范警戒值時(shí)，與設(shè)計(jì)確認(rèn)進(jìn)行適量復(fù)加軸力，以加強(qiáng)對圍護(hù)墻的變形量控制。鋼管支撐預(yù)應(yīng)力復(fù)加的依據(jù)為以監(jiān)測反饋信息為主，人工檢查為輔的雙控形式。監(jiān)測數(shù)據(jù)可準(zhǔn)確地掌握鋼支撐軸力數(shù)據(jù)的變化以及圍護(hù)墻的變形數(shù)據(jù)，監(jiān)測信息的反饋是決定復(fù)加支撐軸力的主要依據(jù)。人工檢查主要檢查鋼支撐活絡(luò)頭的緊固情況。采用敲擊法確定未安裝軸力監(jiān)測鋼管支撐活絡(luò)頭的塞鐵部位，根據(jù)其松緊情況決定是否復(fù)加支撐軸力。復(fù)加支撐軸力前，應(yīng)在復(fù)加支撐軸力的位置預(yù)先搭設(shè)腳手架。

8）圍護(hù)結(jié)構(gòu)縫隙塞填：鋼支撐端頭部位與圍護(hù)墻接觸部位一般難以做到平整均勻受力，在該部位產(chǎn)生的縫隙處可以采用細(xì)石混凝土或速凝水泥進(jìn)行塞填（圖6）。

圖6 工程中鋼管支撐節(jié)點(diǎn)

3.2.4 自適應(yīng)液壓伺服系統(tǒng)的應(yīng)用成果

選取了位于軌交9號(hào)線七寶站2-1區(qū)的QX16測斜點(diǎn)、QD22墻頂垂直位移、QD19墻頂水平位移等主要監(jiān)測點(diǎn)（圖7）。

圖7 2-1區(qū)基坑監(jiān)測點(diǎn)平面布置

2-1區(qū)第2層土方開挖日期為5月25日，底板澆筑結(jié)束日期為7月3日，通過各道支撐主要完成節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)匯總?cè)缦拢ū?）：

表1 2-1區(qū)監(jiān)測數(shù)據(jù)

截至底板澆搗完畢：測孔QX16（基坑北側(cè)）累計(jì)量為9.08 mm，未達(dá)到報(bào)警值；累計(jì)量最小點(diǎn)測孔QX22（基坑北側(cè)）累計(jì)量為7.28 mm；地表點(diǎn)DM04-1（基坑北側(cè)）累計(jì)量為－7.83 mm，未達(dá)到報(bào)警值；ZL6-1（第1道）測值為1 009 kN，未達(dá)到報(bào)警值；墻頂沉降QD22（基坑北側(cè)）累計(jì)量為5.87 mm，未達(dá)到報(bào)警值；墻頂水平位移QD22（基坑北側(cè)）累計(jì)量為0.2 mm，未達(dá)到報(bào)警值；水位孔SW07（基坑北側(cè)）累計(jì)量為－38.4 cm，未達(dá)到報(bào)警值。

4 結(jié)語

通過本次對狹小施工場地超大面積深基坑施工及周邊保護(hù)的研究，研究小組得出了以下成果：

1）對狹小施工場地超大面積深基坑的棧橋設(shè)置有了一定認(rèn)識(shí)，積累了一些經(jīng)驗(yàn)，可為今后類似工程提供借鑒。

2）在鋼支撐自適應(yīng)液壓伺服系統(tǒng)應(yīng)用中[5-8]，通過本項(xiàng)目研究實(shí)施，得到以下幾點(diǎn)成果：

① 可以有效地控制基坑圍護(hù)的側(cè)向變形，整個(gè)基坑施工過程中最大變形值為9.08 mm，滿足了地鐵車站保護(hù)指標(biāo)不超過12 mm要求。

② 與以往傳統(tǒng)的鋼管支撐體系相比較，自適應(yīng)液壓伺服基坑位移變形控制系統(tǒng)可以明顯地降低基坑圍護(hù)的最大變形速率。

③ 自適應(yīng)液壓伺服變形控制系統(tǒng)在安裝完成后3 d左右，基坑圍護(hù)的變形基本趨于穩(wěn)定，變形速率基本消失。

④ 與以往普通鋼支撐相比，該系統(tǒng)局部軸力會(huì)出現(xiàn)較大情況，建議在支撐的受力點(diǎn)部位適當(dāng)加強(qiáng)。

自適應(yīng)液壓伺服基坑位移變形控制系統(tǒng)成功應(yīng)用于七寶鎮(zhèn)53#地塊新建商業(yè)項(xiàng)目深基坑工程中，有效地控制了運(yùn)營中地鐵的變形位移，保障了軌道交通的運(yùn)營安全。同時(shí)，也取得了顯著的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。