轻轨车站深基坑施工技术

1、轻轨车站深基坑施工技术1 工程概况明珠线宝兴路站和控制中心工程座落于上海市虹口区内，基地占地面积为13876平方米。基地东为规划中的海伦支路，西为宝山路，南为宝兴路，北为海伦西路，场地内有河道俞泾浦横穿。建筑以车站功能为主，并由办公和控制中心组成，主体建筑高度23.95米。车站与控制中心均设两层地下室，地下室层高为5.1米和3.8米。车站建筑呈长方形，总长度150米，宽24.2 米；位于车站东侧的控制中心，平面呈倒三角形，长度为60米，宽度为30米。车站和控制中心基础采用柱下联合承台，车站采用Æ800钻孔灌注桩，桩长60米，承台厚度2200，基础梁截面尺寸为1200X2200，底板厚

2、800；控制中心采用Æ700钻孔灌注桩，桩长56米，承台厚度1500，基础梁截面尺寸为850X1500，底板厚600。本工程的基坑面积为5420m2，K0.00相当于绝对标高+4.35m。主楼与控制中心之间设有沉降缝（抗震缝）脱开。开挖深度分为：主楼底板底-10.00m，承台底-11.40m；裙房底板标高-9.80m，承台底-10.60m。基坑开挖的总方量约60000m3。2 周围环境和地质条件图1 车站周围环境图基地周围无地下管线，已施工完毕的明珠线桥梁沿南北向横穿基地。西侧为两幢二十六层高层和一幢七层办公楼，最近距离基坑为8米，北侧紧挨河道俞泾浦，在河边明珠线桥墩已完成，桥墩基础

3、埋深5米，距基坑8米。东侧为横浜桥小学，学校教学楼为三层砖混结构，外墙局部已有裂缝，最近处距基坑12米。南侧距基坑6米有已完成的明珠线桥墩，桥墩基础埋深3米。基坑内四个已完成的明珠线桥墩，埋深14米，明珠线桥梁从基坑上方飞越而过，桥梁底标高5.75米。基坑周围环境平面见图1。在深基坑施工如何保护明珠线桥墩和桥梁是本工程最大的难题。根据提供的地质资料，基坑浅层土由填土，1粉质粘土，2淤泥质粉质粘土，3砂质粉土，以及层淤泥质粘土组成。表层填土由杂填土及各类建筑物基础及地下设施组成，最厚达3.3米，该层开挖后坑壁稳定性很差，褐黄色1层粉质粘土较薄，且局部尖灭，2层灰黄灰色粉土不规则分布，局部地段夹淤

4、泥质粉质粘土，土质不均匀，3层砂质粉土在810米深度夹厚度不等之粉砂，层淤泥质粘土夹极薄层粉砂及有机物。土的重度和抗剪强度指标如下，c、j值均为固结快剪峰值。土层层底埋深（m）g（kN/m3）j（o）C（kPa）填土1.481粉质粘土2.8019.12012.92淤泥质粉质粘土4.8818.221.411.43砂质粉土12.0318.427.95.7淤泥质粘土18.8317.213.615.72砂质粉土32.7118.325.74.3根据土工试验及工程地质剖面图分析：3层砂质粉土颗粒组成中粘粒含量一般均小于10%，土的不均匀系数小于5，孔隙比大于0.75，含水量大于30%，层厚大于25厘米，该

5、层土在地下水渗流条件下，易发生坍塌及流砂现象，对围护和降水提出了很高要求。3 围护方案3-1 挡土墙结构体系车站：两层地下室，承台厚度2200mm，底板厚度800mm，垫层厚200mm，基坑开挖深度为11.35米。沿轴线L轴侧8-17轴设置栈桥，栈桥处采用Æ9501100钻孔灌注桩为挡土墙，非栈桥处采用Æ9001050钻孔灌注桩为挡土墙，桩入土深度为22.8米，桩端进入2层3.97米。控制中心：两层地下室，承台厚度1400mm，底板厚度600mm，垫层厚200mm，基坑开挖深度为10.55米。采用Æ8501000钻孔灌注桩为挡土墙，桩入土深度为21.0米，桩端进入

6、2层2.17米。根据工程桩试桩施工结果，地面以下6-12m扩径很大，一般扩径从设计桩径800mm扩至1300mm，而扩径会对围护灌注桩和搅拌桩的成桩质量产生严重影响。围护灌注桩施工时采用了套打措施，即先施工水泥土搅拌桩（水泥掺量为7%），待水泥土搅拌桩有一定强度后（一般57天），再施工围护灌注桩，以确保围护灌注桩的施工质量。图2 典型围护结构剖面图防渗采用双头搅拌成型的水泥土搅拌桩，入土深度为18米，水泥掺入比东、南、西侧为12%，沿河道侧为13%，典型围护结构剖面见图2。3-2 坑底地基加固为增加坑底土体抗力，以减小挡土墙位移，从而减小对周围建筑物的影响，减小对相邻环境和建筑物的影响，局部进

7、行水泥土搅拌桩地基加固，加固体系呈格栅型布置。加固宽度为5.2米，深度为坑底下4米，水泥掺入比为13%。坑底至标高-7.75米范围内土层采用7%水泥掺入比进行加固。3-3 支撑结构体系本工程基坑面积较大，支撑方案采用角撑加边桁架、中间为对撑的钢筋混凝土支撑体系，混凝土等级均为C30。采用二道支撑：第一道支撑中心位置为自然地面以下1.35米，局部设置混凝土栈桥板，圈梁800X1200，角撑、对撑800X900，连杆800X800；第二道支撑中心位置为自然地面以下7.35 米，围檩800X1400，角撑、对撑800X1000，连杆800X800。由于基坑西侧距离红线不足3米，没有施工机械可行驶的道

8、路，因而在第一道钢筋混凝土支撑上设计了车行栈桥和施工时临时装卸、堆载的场地，供挖土机和运土卡车施工作业，同时兼作钢筋、模板施工过程的工作空间。栈桥和支撑合二为一，既有提高第一道支撑刚度的一面，但也有增加支撑平面上的荷载，并对整个结构产生动荷效应不利的一面。钢筋混凝土栈桥板厚度200，内配双层双向F14100钢筋网片。3-4 立柱支撑体系的垂直支承采用格构式型钢立柱，截面尺寸为490X490（4XL140X14）共53根，立柱桩采用Æ850钻孔灌注桩，长度为坑底下25米，型钢立柱插入灌注桩3米。4邻近基坑的桥墩保护技术本工程由于施工场地内动迁和与周围环境协调等问题，使工程进度受到了影响

9、。为完成1999年底明珠线全线贯通的节点目标，工程指挥部决定先行施工轻轨桥梁，再施工车站结构。车站南侧的桥墩，承台底标高为-3m，距车站基坑边约为6米。车站北侧的桥墩，承台底标高为-5m，距车站基坑边约为8米。当车站深基坑开挖时，桥墩和支承其上的预应力箱梁结构均已完成。经过技术和经济综合分析比较，决定采取以下保护措施来确保深基坑施工期间桥墩位移不超过设计限值：(1) 近坑外桥墩处在车站基坑围护外侧加打树根桩。(2) 在邻近桥墩的基坑内侧进行坑底水泥土搅拌桩加固。(3) 在桥梁承台周围降水卸载。(4) 在树根桩与坑外桥梁承台之间增设注浆管，根据深基坑施工期间的实测桥墩位移随时进行跟踪注浆，以控制

10、桥墩的水平位移。5 深基坑施工技术5-1 围护桩套打施工技术通过分析地质报告和工程桩试桩测试数据，本工程场地范围内从自然地面以下6米至12米为砂质粉土，在该土层中施工钻孔灌注桩时，由于土壁稳定性差，钻孔灌注桩成桩后扩径现象十分严重，为保证基坑围护质量，围护桩成桩采用了套打施工技术。要确保围护钻孔灌注桩套打施工技术的成功，一要科学、合理的确定水泥土搅拌桩的水泥掺入比，二要掌握好水泥土搅拌桩与钻孔灌注桩施工的时间间隔。建筑地基处理技术规范（JGJ79-91）规定：深层搅拌法处理软土的固化剂的掺入量宜为被加固土重的7%15%，根据设计要求和以往施工经验，用于套打的水泥土搅拌桩的水泥掺入比为7%。在水

11、泥土搅拌桩成桩后57天（最迟不超过12天）即开始施工围护钻孔灌注桩，此时已成桩的水泥土搅拌桩的强度已发展至设计强度的50%左右，围护钻孔灌注桩施工时钻头阻力相对较小，成孔容易，对围护钻孔灌注桩的成桩垂直度也较易控制，并且，围护钻孔灌注桩施工时对已成桩的水泥土搅拌桩的扰动较小，又能使两种桩啮合紧密，从而提高了基坑围护的抗渗能力。在止水搅拌桩与围护钻孔灌注桩间的空隙中进行压密注浆的做法也可取消。5-2 深基坑土方开挖施工技术本工程基坑挖深平均为-9.9米，车站部分的承台和基础梁挖深-11.4米，控制中心的承台和基础梁挖深-10.6米，土方开挖总方量为60000m3。由于土方开挖过程中需穿插施工二道

12、钢筋混凝土支撑，考虑到土方开挖的时间和空间效应问题，开挖方式和顺序选择了“分层、分段和先撑后挖”的施工原则。第一层土方为由自然地面到第一道支撑底，开挖深度约为1.60m，土方量约6000m3。土方开挖时配备四台斗容量为1m3的挖机。挖机停在自然地面作业。运土车辆停在挖机后面装土外运，出土方向为南北两侧出土口。挖土流向：从控制中心由基坑中部向东面倒退挖掘；车站分南北二区，由中部向南北两侧倒退挖掘。待第一道支撑达到设计允许强度后，可进行第二层土方开挖。第二层土方由第一道支撑底开挖至第二道支撑底，开挖深度约为5.80m，土方量约35000m3。由于第一支撑上设计了栈桥，可使运土汽车直接下到第一道支撑

13、面标高。第二层土方开挖配备5台斗容量为1m3的挖机，挖机停放在第一道支撑面标高处作业。挖机可直接挖到第二道支撑面标高处。挖土流向以G轴为界，两台挖机由G轴向东倒退开挖。另三台由G轴向西倒退开挖，然后逐渐向南北两侧开挖。（G轴为主楼与裙房分界线）。为增加出土口，在基坑东边用草袋堆出二个斜道，并铺设走道板，使汽车能从斜坡上直接开入基坑，运土车辆下到基坑内由挖机后面装土外运。控制中心土方由新堆出的斜道运出基坑，车站土方由栈桥运出基坑。待第二道支撑达到设计允许强度后，可进行第三层土方开挖。第三层土方由第二道支撑底开挖至基础承台底。其中基础底板面标高以上为大开挖，以下部分为开挖沟槽。开挖深度约为3.5m

14、，土方量约为15000m3。第三层土方开挖配备5台斗容量为0.4m3的挖机和4台斗容量为0.14m3的挖机配合作业。大挖机停在第二道支撑面标高处作业。小挖机则钻入第二道支撑下开挖沟槽。第三层土方开挖设五个取土口，四个出土口在栈桥上。由四台大挖机垂直取土；另一个出土口在基坑东南边，由一台大挖机垂直取土。运土车辆停在栈桥上和基坑边，由大挖机取土装车外运。机械挖至基底标高上200mm处，改由人工修整至设计标高，确保基底土体不被扰动。为防止基坑南北两端已完成的桥墩发生过大的位移和沉降，挖土时先开挖基坑中部的土体，南、北两端第二道支撑以下暂时留土，充分利用时空效应，减少基坑变形。在基坑大面积土方施工将近

15、结束时，集中力量将南、北两端的留土清除，并迅速浇筑素混凝土垫层。5-3 钢筋混凝土支撑施工技术本工程共设二道支撑，支撑为现浇筑钢筋混凝土形式。支撑布置平面形式为边桁架，结合桁架式对撑。整个基坑留三个较大的空间，有利于土方开挖。支撑及围檩的高度为800900，围檩宽12001400，支撑宽9001000，连杆断面为800x800。支撑底模采用道渣铺设，水泥砂浆抹面，上铺油毛毡，油毛毡用间距1米的钢钉敲入垫层内固定。侧模采用组合式钢模板拼装，用48钢管，结合木方固定。围檩、支撑及栈桥钢筋由工厂加工成型，现场绑扎。栈桥板钢筋与支撑钢筋一起现场绑扎。支撑制作以分段施工为原则，根据挖土进度，尽快形成小范

16、围的受力体系。支撑砼采用商品砼，设计标号C30，浇捣时，由商品砼输送车送料，现场用砼泵车结合布料管布料浇筑，机械振捣，浇水养护。围檩、支撑、栈桥一次浇捣成型。5-4 深井真空复合降水技术本工程土方开挖将挖去3层的大部分以上土，局部深坑将挖去3层的全部及部分第层土。由于第3层土的含水率高，渗透系数大，很容易造成流沙现象和塌方，坑内土体的含水率和降水效果的好坏直接关系到基坑开挖和基础施工是否能否顺利进行及对周边环境的保护。综合本工程的各类情况，降水方案采用深井真空复合降水。深井的平面布置，深井的间距在1520m左右，每口深井的降水面积控制在300平方米左右，深井布置尽可能靠近支撑或立柱，便于操作管

17、理和深井的固定和保护，方便挖土。本工程共设深井18口，观测井2口，共计20口。图3 深井剖面布置图深井的剖面布置见图3，深井的开孔直径为Æ650，井壁管采用Æ273钢板卷管，滤水管亦采用Æ273钢板缠丝滤管。深井的面标高在支撑面以上0.45米，即相对标高-0.60米，深井的底标高，控制中心和车站部分分别为-16米和-17米，深井的总长度分别为15.50米和16.50米，底部为长1米的沉砂管；滤管分二道设置，上道为4米，其余部分为井壁管。井管外均匀回填滤料，滤料为优质中粗砂，井口1米处用粘土封口，便于抽真空。观察井的规格同车站部分深井，但滤管只设下面一道，前期可作降

18、水井用，挖土开始后停止抽水，进行观测水位。真空负压、深井降水原理：每口深井配备深井泵一台，每三口深井为一组，配备真空泵一台，真空泵不断抽气，使井孔周围的土体形成一定的真空度，土内间隙水在大气压及土体压力作用下由高压向低压流动，流入井管内，然后由深井泵抽出，在离深井较远的地方由于真空度较差，则主要靠水的重力作用向井管流动，真空泵抽气要连续不断，深井泵抽水则不连续进行，有水则抽，断水则停，开始抽水时，由于地下水位高，进水快，出水时间长，则间隔时间短，每隔半小时抽一次，以后则逐渐延长时间间隔，减小抽水次数。6 信息化施工技术基坑施工期间在周边环境和基坑本体上设置各种监测点，组成监测体系。监测的主要内容有：周边建筑物的沉降和位移监测，邻近基坑的桥墩位移和沉降观测，围护桩压顶梁沉降和平面位移监测，围护钻孔灌注桩桩体变形测量，立柱沉降及位移监测，坑内外地下水位观测，支撑轴力监测，小学裂缝宽度观测。本工程基坑内外共布置了134个各种监测点，监测工作主要分围护施工、基坑挖土和支撑施工、基础结构施工三个阶段进行。在各个阶段，根