与地铁车站共墙的建筑深基坑施工技术

与地铁车站共墙的建筑深基坑施工技术_许干先,方刚_建筑施工_建筑中文网旭汇大厦工程基坑周边环境复杂,且与已营运的地铁车站共墙。施工采用了"时空效应"分块、分层开挖和水泥土搅拌桩加固土体等方法,并充分发挥"信息化指导"的作用,顺利完成了深基坑施工,有效地保护了周边环境安全,确保了地铁的正常运营。

旭汇大厦工程基坑周边环境复杂,且与已营运的地铁车站共墙。施工采用了"时空效应"分块、分层开挖和水泥土搅拌桩加固土体等方法,并充分发挥"信息化指导"的作用,顺利完成了深基坑施工,有效地保护了周边环境安全,确保了地铁的正常运营。

1工程概况

旭汇大厦工程位于上海市闸北区长安路和梅园路交汇处,地铁1号线汉中路车站正上方,该工程分为A、B、C三个区。A区地上26层、地下1层,地下建筑面积为3700m2,裙房底板厚度1200mm,基础挖深为6.25m;主楼底板厚度2400mm,基础挖深为7.45m(电梯深坑局部挖深达10.55m)。A区原工程桩及围护墙体已于1996年施工完成。B区为已建5层框架结构,其地下部分为已投入运营的地铁一号线汉中路车站。C区为原已建1层框架结构(拟建5层)。本工程属停工复建的“烂尾楼”工程(图1)。

基坑施工影响范围内涉及土层自上而下主要有:①层杂填土,②层褐黄～灰色粉性土,③层土缺失,④层灰色淤泥质土。根据勘察期间实测,地下水属潜水类型,水位埋深在0.60～1.20m之间。

2施工特点与难点

本工程A区已于1996年将工程桩、围护排桩、止水帷幕大部分施工完毕。原围护桩为φ600@700mm的钻孔灌注桩,桩顶相对标高为-1.50m,桩底相对标高为-13.30m,桩外侧采用φ500mm旋喷桩作止水帷幕。原围护设计的围护桩桩径及插入深度不能满足现行规范和标准的要求,场地土质又较差,围护设计需进一步优化,以满足现行规范及保证周边环境安全的要求。

A区基坑北侧的围护墙体主要利用汉中路地铁车站原施工的地下连续墙,因此,钢筋混凝土支撑也就直接撑在地下连续墙上,与运行中的汉中路地铁车站共墙(见图2、3)。但这里有一个前提,必须保证地铁1号线的正常运营以及汉中路地铁车站的安全。

基地东、西、北三面紧邻道路,南靠外国语实验学校及老式砖混结构的6层居民住宅,西侧现有建筑围墙紧邻恒通路,恒通路以西为地铁汉中路车站出入口、青年活动中心高层建筑及一停车场。2栋6层住宅紧邻基坑边,距基坑约3m左右,其基础为条型基础,埋深为-2.20m。外国语学校距离基坑约7m左右。

基坑北侧东端原地铁端头井位置的围护桩,由于在汉中路地铁车站及1号线地铁隧道施工中,地面下埋有较大障碍物,导致围护桩施工无法完成而未封闭,在本次复工准备工作中对缺桩部位进行表层开挖及雷达探测显示缺桩部位情况,如图4所示。

3主要施工关键技术

3.1地铁隧道边地下障碍物探测及围护封闭施工

使用地质雷达与低应变动测的探测方法,结合现场开挖验证,对隧道边围护桩缺桩部位的桩位进行探测,发现在地表下土体内含有较大杂填物,埋深较深,缺5根围护桩未施工。

由于围护桩未封闭部位地下障碍物埋深较深,范围较大,为了确保地铁隧道的安全,采取将地下结构向基坑内退3m的措施,其地下障碍物埋深约在4～6m,清障采用土体固结、分段开挖、注重“时空效应”,开挖清障一段回填一段,并在夜间23:00～凌晨4:00施工,施工过程中加强对地铁隧道的跟踪监测。

围护封闭采用SMW工法桩,桩径φ850mm,内插H700×300×13×24型钢,插入深度18m,为了减小对地铁隧道的影响,插入的型钢永久保留。

3.2基坑围护体加固、改造施工

基坑平面形式整体约呈不规则的三角形,因周边围护桩于1996年施工完成,不满足现行规范的要求,且周边环境复杂,需要对基坑进行被动土体的加固。

在基坑内四周围护桩边均采用水泥土搅拌桩进行被动土体加固,并插入第④层土层以满足抗渗流的需要。同时对落深部位亦采用水泥土搅拌桩进行加固。在紧邻民房一侧及地铁车站一侧的被动土体则采用水泥掺量20%的三轴搅拌桩进行加固,围护排桩与水泥土搅拌桩加固体之间采用高压旋喷桩进行填充加固。在长安路一侧主楼落深部位因距坑边较近,在基坑内侧增设一排围护排桩,以满足基坑整体抗滑移要求(图5)。

原设计围护支撑体系采用周边混凝土桁架支撑,局部对地铁地下连续墙集中力较大,可能会对地铁产生不良影响,优化设计后改为满堂井字型混凝土支撑。因场地狭小,在长安路一侧布置一座钢筋混凝土栈桥。作为挖土车辆和材料运输车辆以及地下室施工阶段施工机械的停靠点,并与混凝土支撑结合,形成了一个较为完整的体系(图6)。

3.3基坑降水施工

根据底板埋深及周边环境情况,基坑降水采用深井与轻型井点相结合的降水方法。基坑内设置4套轻型井点,每套60m左右,井管长约8m左右,间距1500mm;4口深井,底标高-16.45m,滤管长2000mm,沉淀管长1000mm,长度约15m。

3.4挖土及底板施工技术

根据基坑保护等级确定土方开挖及底板施工顺序,保护等级低的先施工,保护等级高的后施工。考虑到本基坑周边环境复杂,采取由中间向四周、分块、分层开挖,及时分块浇捣混凝土垫层及底板。根据后浇带及施工缝将底板分成6块。施工挖土流程按:中间区域挖土浇注临时垫层(Ⅰ区、Ⅱ区由北向南)→长安路一侧挖土浇注垫层及周遍底板(Ⅲ区、Ⅳ区由南向北)→民房一侧挖土浇注垫层及周遍底板(Ⅴ区、Ⅵ区由南向北)→中间落深区域挖土浇注垫层及底板(Ⅰ区包括电梯井深坑)(图7)。

3.4.1中间区域施工

中间区域Ⅰ区第一次土方开挖至-6.25m并及时满浇200厚C20混凝土临时垫层,垫层浇捣后基础大底板暂不施工,作为其它区域施工的临时堆场。Ⅱ区土方开挖,由北向南进行分层开挖,并及时浇捣混凝土垫层及后浇带外围底板混凝土。

3.4.2长安路一侧施工

长安路一侧(±0.00m～-6.25、-7.45m)土方开挖,由南向北进行,分层分皮按阶梯式(坡度1∶1.2～1∶1.5)放坡接力挖土,用2台0.4m3的挖机入基坑,2台1m3挖机接力挖土装车。浇捣混凝土垫层及后浇带外围底板混凝土。

3.4.3民房一侧施工

民房侧(±0.00m～-6.25m、-7.45m)土方开挖,由南向北进行,分层分皮按阶梯式(坡度1∶1.2～1.5)放坡接力挖土,用2台0.4m3的挖机入基坑,2台1m3挖机接力挖土装车。浇捣混凝土垫层及后浇带外围底板混凝土。

3.4.4中间区域第二次施工

中间区域Ⅰ区第二次(-6.25m～-7.45m、-9.378m、-10.9m)土方开挖。本次土方开挖前其东西两侧的底板已形成,对车站的变形起到一定的控制作用。将原浇捣200厚C20混凝土垫层破碎后,采用小挖机入坑由西向东驳土,由1台加长臂挖机停在钢筋混凝土平台上挖土装车外运。此次土方开挖地铁3#出入口及电梯井深坑同时施工。浇捣混凝土垫层及中间全部底板混凝土。

3.4.5换撑施工

底板全部完成后利用底板及墙板加厚进行换撑。

3.5周边环境的保护技术

3.5.1对地铁的保护

基坑北侧原端头井处有5根围护桩未施工原围护桩离开地铁隧道仅1.66m,因地下障碍物较多且埋置较深,经多次钻探发现在原位封闭无法进行,经研究后向基坑内退3m,并采用SMW工法桩进行围护封闭,在SMW工法桩与原围护桩之间采用压密注浆进行土体固结。

紧邻地铁边的被动土体加固,因上部结构外挑,搅拌桩机无法施工,采用高压旋喷桩代替三轴搅拌桩进行加固,且注浆压力控制在15MPa以下,同时在地铁停运后(23:00至凌晨4:00)施工,并采取先1、4、7再2、5、8的跳打方案,减小对地铁的影响。

严格控制降水施工和降水深度,以防降水引起的区域性沉降,危及周围环境安全;挖土顺序:中间区域先挖至-6.25m及时浇捣混凝土垫层作临时支撑,待周边裙房底板形成后,再开挖至设计标高;并委托地铁监护单位,对地铁进行监测,采用信息化指导施工。

支撑拆除采用对地铁影响最小的人工拆除的方法进行,拆除顺序采用间隔拆除支撑节点的方法,使支撑应力逐步释放。

3.5.2对居民楼、教学楼的保护

基坑边的2栋民居为6层混合结构,为早期的砖混结构,本身基础差,结构老化,且在地铁1号线及地铁站的建设过程中受到不同程度的损害,房屋内平顶、楼梯、墙面、阳台都存在不同程度的裂缝。因此,委托房屋质量检测站进行检测并根据检测报告以及我方现场踏勘,首先形成分析报告,并成立现场协调小组,施工过程中对房屋进行变形观测及调整挖土施工方案。对基坑内被动土体的加固采用三轴搅拌桩进行加固,采用间隔分段跳跃桩位施工,控制施工速度以减少其对民房的影响。