软土逆作施工技术关键及对环境影响的探讨——以上海轨道交通R4线东安路站为背景.pdf

文章编号:167320836(2005)0420624203 软土逆作施工技术关键及对环境影响的探讨 以上海轨道交通r4线东安路站为背景 陈培泰 (上海市隧道工程轨道交通设计研究院,上海 200070) 摘 要:以轨道交通r4线东安路车站逆作法施工为背景,介绍了软土逆作法施工中,调 整支撑布置,采用全机械化挖土的方法,介绍了逆作法施工技术关键节点的处理方法,通过信 息化监测,探讨了逆作法施工对基坑周围环境的影响。 关键词:软土逆作法;全机械化挖土;支撑;环境 中图分类号:tu473. 2 文献标识码:a discussion on the key techniques of top - down method in soft soil and its effects on the surrounding chen pei2tai ( shanghai tunnel engineering auto2mechanical excavation; supporting; surrounding 1 工程概况 东安路车站坐落于零陵路,呈东西向穿越东安 路。车站外包总长214. 8m ,东西两端各设置端头 井,中间设有换乘段。车站除换乘段为三层外,其 余均为二层结构。标准段开挖深度14. 87m ,换乘 段开挖深度21. 64m。东西端头井开挖深度分别为 16.68m、16. 26m。基坑设计采用800mm厚地下连 续墙作为围护,标准段地连墙深27m ,端头井地连 墙深29m ,换乘段地连墙深38m。土体加固采用深 层搅拌桩,支撑体系采用609钢支撑,底板下的 1 200钻孔灌注桩深75m ,桩内的h400型钢作为 逆作法施工时结构荷载的支撑柱。 2 周边环境 车站周边环境复杂,东安路零陵路口的两幢高 层建筑的裙房已局部侵入施工用地范围,肿瘤医院 浅埋基础的放射治疗室距地连墙仅1. 2m ,其直线 加速器机房地下室底板距地下连续墙仅0. 64m ,根 据肿瘤医院提供的资料,其直线加速器的水平倾斜 度应不超过0. 4mm/ m ,即1/ 2 500(即差异沉降不得 超过8mm)。东端头井距在建的有机所大楼围护仅 0.5m ,西端头井与环保局大楼相距2m ,而且这2m 范围内有上下水管、 煤气管和高压电缆。 鉴于上述工程周边环境情况,施工方选择了在 东安路车站采用全逆作法施工,同时为保证进度和 安全,挖土采用机械化挖土。设计确定本工程基坑 保护等级为一级,要求墙顶水平位移 1 %h ,墙体 最大水平位移 1. 4 %h ,坑外最大地表沉降 1 %h (h 为基坑开挖深度)。 第1卷 第4期 2005年08月 地 下 空 间 与 工 程 学 报 chinese journal of underground space and engineering vol.1 aug.2005 收稿日期:2005204220 作者简介:陈培泰(19582 ) , 男,上海市人,高级工程师,主要从事软土隧道及地下工程施工技术工作。 3 地质情况 地基土自上而下为第 - 1层填土;第 - 1层褐 黄色粘土;第 - 2层灰黄色粉质粘土;第 层灰色 淤泥质粉质粘土;第 - 1层灰色淤泥质粘土;第 - 2层灰色淤泥质粉质粘土(粘砂互层 ) ; 第 - 1 - 1 层灰色粘土;第 - 1 - 2层灰色粉质粘土;第 - 3层 灰色粉质粘土;第 - 4层灰绿色粉质粘土;第 - 1 层灰绿粘质粉土;第 - 2层青灰色-草黄色粉细 砂。 基底位于 - 1淤泥质粘土层(标准段)- 1 - 1 粘土层及 - 1 - 2粉质粘土层中(换乘段 ) , 地下墙墙 趾位于 - 1 - 2及 - 3粉质粘土层中。 4 逆作法施工关键节点处理方法 4. 1 中间立柱 中间立柱是在逆作法施工期间,在底板尚未浇 筑之前与地下连续墙共同承受地下各层结构自重 和施工荷载的最主要的受力构件之一,亦是施工中 的一大难点。立柱按压弯构件计算,要求定位精度 高,允许最大偏心距为 30mm ,垂直度偏差 1/ 600。桩基采用钻孔灌注桩,钻深7080m至 - 2 持力层内,垂直度控制在1/ 4001/ 800之间,水下 混凝土灌注充盈系数为1. 071. 10。 h型钢柱长21m ,在顶中底板底部位置预留腰 孔,以便固定梁的牛腿剪力板块,在逆作结构板主 筋位置也预留腰孔,让板筋通过其接续,在柱底锚 固段内开有椭圆孔,以强化柱和桩的连接。钢柱依 托格构柱作其导向架置入,格构柱断面为450 450mm ,长16m ,上下四外侧有气囊,由斜传感器连 接电脑终端,通过对进出气量的控制调节格构柱的 垂直度在1 %。 浇入灌注桩的混凝土初凝前,沿导向格构柱垂 直插入h型钢柱,埋入混凝土2m以上锚固,准确 核对柱顶标高和轴线位置后,固定于孔口井字托梁 上,上部孔内回填素土。 基坑开挖后,钢柱的平面位移极小,垂直度良 好,高程位置符合使用范围。 4. 2 梁柱节点处理 (1)后浇楼板和底板梁的钢筋,穿越h型钢预 留腰孔,承受节点弯距。在顶板和中板底处的钢柱 上,螺栓固定的钢牛腿和底板内焊入的剪力键,可 以将剪力有效地传给钢柱和核心混凝土。 (2)当挖土到顶板底将出露的h型钢柱割除, 焊入带锚筋的封头钢板,顶板梁筋穿入锚筋内,浇 注混凝土完成梁与柱节点的处理。当后浇结构柱 的插筋从底板逐节升到顶板梁后,要分别进行下 一、 下二、 下三层的后浇注柱混凝土浇注,均从先期 板层上预留浇注孔,缓慢浇注混凝土,要防止梁柱 接头不密实影响剪力向支座的传递,对脱空缝隙进 行jg n建筑结构粘合剂填充。 4.3 调整支撑布置,逆作法施工采用全机械化挖土 4. 3. 1 调整支撑布置,全机械化挖土 (1)逆作法设计图纸中共有四道支撑,支撑的 垂直间距只有0. 9m至2m ,如果要在逆作法施工中 采用机械挖土,则支撑的垂直间距必须大于2. 8m。 经验算表明,改为三道支撑后,最大理论墙体位移 为27. 3mm ,能够满足周边环境保护要求。 (2)中板施工时于- 2. 7m设一道支撑,底板施 工时于- 7. 6m设一道支撑,顶板至第二道支撑的 净距变为2. 87m ,中板至第三道支撑的净距变为 3. 2m ,第三道支撑至底板垫层底的净距变为3. 12m ,能够满足机械挖土的要求。 4. 3. 2 土方开挖 设置首道支撑,在中部抽槽挖方,然后挖余土, 施工顶板时预留取土口。下挖中板和底板土方时, 仍然从取土口向下,逐层由岛心横向扩展,盆式挖 土到结构标高,再逐块挖去1 - 2m的裙边坡土,边 挖边及时架设第2 - 4道支撑。 取土口是逆作施工中的垂直运输通道,若设置 过多会削弱结构板的支撑作用同时增加顶板的渗 水机会,本工程在顶板上共设3个取土口 (4 8m) 。 4. 4 防水处理 (1)地墙幅间缝的防水采用十字钢板刚性接 头,先浇幅止水板宽150mm ,后浇幅为250mm ,用刷 壁器刷洗干净不附泥土才浇筑混凝土。 (2)车站顶板、 上翻梁及地墙上翻0. 5m内,用 湿克威防水材三度涂刷,厚2mm以上。再用油毡 和15cm厚素混凝土保护层组成,顶板未见有渗水。 (3)底板裂缝和诱导缝渗水处,均用聚氨酯多 次反复的注压后得以堵漏。 4. 5 地基加固技术 原设计采用深层搅拌桩进行坑内土体加固,按 基坑横向格栅布置(适用顺作法开挖)。逆作法施 工中,要先在取土口间挖掘先行通道,将横向跨中 两侧的加固土体挖取,起不到加固土体的超前支撑 作用。为此把土体加固形式改为裙边式布置,提高 5262005年第4期 陈培泰:软土逆作施工技术关键及对环境影响的探讨 基坑稳定性,又方便挖土施工,提高作业工效。 4. 6 钢支撑施加预应力 (1)及时完成支撑对控制基坑变形至关重要, 为减少墙体位移,安装时需施加预应力,弥补压应 力的损失,顺作法挖方上撑施加的预应力,通常是 设计轴力的7080 % ,本工程逆作法施工时,施加 的预应力是设计值的50 %左右。 (2)全逆作法产生的框架构筑物具有巨大的刚 性,能有效控制墙体受压变形,实测墙位移量小,垂 直沉降量小。 5 信息化施工,分析逆作法对周边环 境的影响 5. 1 围护墙体水平位移变化 (1)端头井及标准段的地连墙墙体最终水平位 移量经实测均小于设计控制要求。 (2)位移与挖深的最终比值,最小为0. 048 % , 最大为0. 205 % ,平均为0. 095 % ,挖深到顶板、 中 板和底板时,该比值均小于0. 4 %的设计要求。 (3)端头井内衬墙浇注后墙体位移基本趋于稳 定,但标准段顶板覆土后墙体仍有微小位移量,趋 于稳定时间较端头井长,可见有无内衬墙结构,对 位移的稳定有一定影响。 (4)当墙顶位移量是墙趾的12倍时,墙体的 位移量均处于89mm内,但当墙趾位移量是墙顶 的13倍时,墙体的位移量均处于1830mm内, 因此减少墙顶位移(把第一道支撑尽量提高)和加 固被动区提高被动土压力可以减小墙体的位移。 (5)当顶板、 中板和梁柱连系的刚性框架结构 形成后,具有巨大的抗衡能力以消除或减小墙体的 位移;加以搅拌桩加固坑底的阻力,得以有效控制 位移,揭示了一种时空效应现象。 5. 2 支撑轴力变化 (1)逆作法施工具有良好的刚度,没有使支撑 增加轴力,支撑体系处在安全可靠的状态中。 (2)端头井均以斜支撑施工,其3、4道的最大 支撑轴力平均为1 660kn左右,而标准段第3道的 最大支撑轴力平均只有800kn左右,支撑形式和部 位不同,轴力有明显的差异。 5. 3 逆作法施工对地表沉降的大致影响 沉降与挖深的最终比值平均为0. 139 % ,距坑 10m内的地表。当基坑挖深34m后,该比值均大 于最大值0. 2 %的要求,挖深增大到89m后,比 值反而减少到0. 2 %以下;说明近距离的地表变 形,在开始阶段发展较快,但趋于稳定的时间也较 快。地表沉降在主体结构完成、 顶板回填后,再延 续2个月,即可趋向收敛之中。 5. 4 类似工程监测数据比较 表1为类似工程监测数据的对比。可看出本 车站的支撑轴力、 墙体变形、 地表沉降等均较小,也 说明充分利用逆作法有可能使地墙入土深度缩小 的可能。 表1 类似工程监测数据的对比 table 1 comparison of the data of similar projects 车站名称东安路黄坡路新客站威宁路 墙体水平位移(mm)21.42990134.5 墙顶 沉降(mm)23.41835.8 位移(mm)518 支撑轴力(kn)1750178020802710 地表沉降(mm)35.72150121.8 煤气管沉降(mm)9.352.44.4 通信电缆沉降(mm)9.25.1331.4 支撑数 端头井(道)455 标准段(道)344 施工工法全逆作半逆作顺作顺作 6 结语 (1)采用逆作法建造了位于软土地基的东安路 地铁车站,首次把全机械化挖土引入到逆作法施 工,成功解决了以往逆作法施工中因为人工挖土而 导致施工进度缓慢的难题,使得逆作法的优点得到 充分发挥,也很好地体现和应用了 “时空效应” 的理 论。为今后逆作法的推广应用打下扎实的基础。 (2)监测表明在基坑正常施工条件下,围护结 构的水平变形,基本控制在1020mm内,浇三板 后支撑轴力有下降趋势,对周围环境变形影响较 小,随三板结构及回填的完成,所有监测对象的变 化基本趋向稳定。 (3)由取土口向下,逐层沿中轴线抽槽开挖坑 道,吊入支撑及时架设,支撑下层应有3m净空才 能实现全机械挖土,充分发挥时空效应。 (4)在软土层深基坑采用逆作法施工,能有效 减少围护墙体侧向变形引起坑外土体的沉降,对环 境保护的安全性显而易见,结构设计对支撑间距的 布置要突破传统思路,使全机械化操作得以在挖 土、 出土、 架设等方面具有综合优势。 (下转第650页) 626地 下 空 间 与 工 程 学 报 第1卷 地面沉降绝对值相对比较小,不均匀沉降更小,抽 水结束后,大部分沉降量可以回弹,不会对周边环 境产生危害性影响。 h-基坑开挖面标高 g1 -地下承压水水位标高 s6 -东泰路上水管 m6 -东泰路煤气管 d5 -东泰路电缆管 s17 -世纪大道上水管 j1 -世纪大道立交 j15 -银城东路立交 图7 基坑开挖降水过程中环境监测曲线图 fig.7 curve for environmental monitoring during lowering groundwater in excavation pit 参考文献: 1 建筑与市政降水工程技术规范(jg j/ t111 - 1998) s. 2 薛禹群.地下水动力学(第二版) m.北京:地质出版 社,1997. .9 3 瞿成松等.白龙港污水排放系统某浦东工作井降水工 程j .上海地质,2005(1