高层建筑深基坑地下室紧临地铁车站的施工变形控制摘 要:从设计、施工组织、监测等方面,对紧临地铁深基坑的施工采取了变形控制措施,保证了工程的安全顺利完成。关键词:高层建筑;地铁;深基坑;地下连续墙;变形控制;监测引言 随着城市建设的快速发展,大中城市轨道交通项目也纷纷上马,城市中心地铁线路的建设带动了沿线商业、住宅的聚集开发。很多高层商业楼盘紧临或结合地铁车站开发建设,对高层建筑深基坑地下室的施工提出了很高的变形控制要求,我公司所监理的新梅太古城工程就是其中之一。 新梅太古城工程位于上海市闸北区,是1幢地下3层、地上11层、总建筑面积约64 622m2的商业建筑,采用现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构。地基基础采用Φ850 mm钻孔灌注桩加筏板的基础形式,底板厚1. 5 m,基坑开挖深度为14. 85 m。该工程场地南侧为拟建地铁12号线曲阜路车站,西侧为在建地铁8号线曲阜路车站,车站部分设备用房与新梅太古城地下室合建,同时该基坑将利用8号线曲阜路车站东侧部分地下连续墙作为围护结构。新梅太古城基坑总占地面积约6 368 m2,围护结构总周长325 m,基本上呈方形。为了能按时交付8号线曲阜路车站设备用房,基坑分为东西两坑施工,先施工有地铁车站设备用房的西坑,待西坑浇注完地面层结构后开挖东坑。工程总平面布置图见图1。
由于该工程深基坑地下室紧临地铁8号线曲阜路车站开挖施工,同时还需利用曲阜路车站东侧部分地下连续墙作为围护结构,因此,对该深基坑地下室施工的变形控制以及对8号线车站的附加变形控制和保护是整个工程的重点。1 设计方面采取的措施1. 1 围护结构 根据该基坑工程的面积、开挖深度和周边地铁、建筑物及地下管线布置情况,基坑采用明挖顺作法施工方案。根据基坑抗倾覆与抗隆起稳定性、抗管涌稳定性、基坑变形以及造价经济合理的要求,确定基坑围护结构采用地下连续墙,此围护地下墙同时作为永久结构的地下室外墙。1. 1. 1 基坑围护结构的布置 在西坑开封路及曲阜路侧,采用800 mm厚地下连续墙、深度为30 m(基坑开挖深度14. 85 m),墙趾位于第⑤1~2层灰色粉质黏土层中。在北侧靠近地铁8号线区间隧道边的地下墙两侧,采用Φ650@ 450 mm三轴搅拌桩加固糟壁,在基坑开挖时还能增强止水效果,保护地铁区间隧道的安全。局部深坑边地下连续墙深度加深至34 m。地铁8号线曲阜路站侧利用该站东侧已建的部分地下连续墙,地铁端头井墙厚800 mm、墙深34 m,地铁标准段墙厚600 mm、墙深29 m,墙趾分别位于第⑤3层灰色粉质黏土夹黏质粉土层中及第⑤1~2层灰色粉质黏土层中。西坑南侧由于地下墙边为地铁出入口,竖向跨度较大,应主体设计单位的要求,西坑南侧地下墙做成T形槽以增加侧向刚度。 东坑开封路、文安路及曲阜路侧,采用800mm厚地下连续墙、深度为30 m(基坑开挖深度14. 85 m),墙趾位于第⑤1~2层灰色粉质黏土层中。局部深坑边地下连续墙深度加深至34 m。 东西坑间采用800 mm厚地下连续墙作为中隔墙,考虑因凿除的需要中隔墙两边垫层厚度加厚1 m,因此,中隔墙深度为33m,墙趾位于第⑤3层灰色粉质黏土夹黏质粉土层中。 该基坑须在地铁12号线曲阜路站施工前完成地面层以下结构工程,同时还要满足8号线曲阜路站设备用房完工节点的要求。1. 1. 2 支撑体系及立柱 基坑支撑体系采用竖向3道钢筋混凝土支撑,由于西坑呈长条形,支撑形式采用沿长边对撑、角部斜撑边布置;东坑大体呈方形,支撑形式采用中间对撑、角部斜撑布置,受力明确、整体性好,钢筋混凝土支撑抗压强度高、变形小、刚度大,对控制基坑侧向变形、保护周边地铁、建筑、管线及围护结构的整体稳定具有重要作用。基坑中部的对撑区域可加强为施工栈桥,结合4块较大的出土空间方便施工挖土及向外运输,以提高施工效率,同时也可降低施工造价。 钢筋混凝土支撑的具体布置情况如下: 第1道支撑中心标高为-2. 25 m,主撑截面为800mm×800mm,大主撑截面为1 000mm×800mm,连梁截面600mm×600mm,顶圈梁截面1 000 mm×900mm(曲阜路站侧地下墙顶圈梁截面为1 000mm×1 000 mm)。 第2道支撑中心标高为-7. 75 m,主撑截面为900mm×900mm,大主撑截面为1 000mm×900mm,连梁截面700mm×700mm,围檀截面为1 200 mm×1 000 mm。 第3道支撑中心标高为-11. 65 m,主撑截面为900mm×900mm,大主撑截面为1 000mm×900mm,连梁截面700mm×700mm,围檀截面为1 200 mm×1 000 mm。 为控制基坑变形,?；ぶ鼙呱枋?垫层作为底撑用,垫层厚度为300mm,采用C 30早强混凝土浇注。支撑立柱采用4L140 mm×14 mm型钢格构柱加Φ850 mm钻孔灌注桩,柱截面尺寸为508 mm×508 mm,插入钻孔桩3m,间距一般≯12m。支撑立柱桩设计时结合主体结构工程桩,桩位布置尽量利用工程桩作为立柱桩,以节省围护工程费用,降低工程造价。1. 1. 3 抗内土体加固 该工程西侧紧邻地铁8号线曲阜路站,为控制车站的侧向变形,在西坑坑底以下5 m范围内进行高压旋喷满堂加固,同时沿曲阜路站一侧在第2道支撑底至坑底范围内进行高压旋喷抽条加固,宽度为4 m,长度为10 m,间距为4 m,以有效地控制结构变形和土体扰动,?；?号线曲阜路站的安全。 为控制东坑基坑围护结构侧向变形,同时考虑到围护边较长,因此,沿坑边进行坑底以下4m范围高压旋喷裙边加固,宽度为6 m。 在电梯基坑和集水坑等局部深坑处,采用高压旋喷加固。 高压旋喷加固后,固体的28 d无侧限抗压强度必须>1. 2MPa。1. 2 地下室底板结构连接的处理 由于东西坑间采用地下连续墙作为中隔墙,东西坑底板的连接至关重要,既要考虑西坑施工变形控制的有效性,又要兼顾新梅太古城地下室的整体性。节点图设计如图2所示。2 施工技术方面采取的措施 (1)在新梅太古城地下墙与地铁8号线地下墙连接处,因原地铁8号线地下墙未留接口及地下墙鼓包680 mm而使该接口未闭合,对该连接处采取钻孔灌注桩结合高压旋喷桩加固处理,以起到抑制地下墙侧向变形和接缝渗漏水的作用。 (2)经与业主商定,地下室底板下垫层混凝土强度等级提高至C 35并掺加早强剂,设置单层双向Φ12@ 250 mm钢筋代替支撑,以减少基坑土体变形,并且便于第3道支撑提早拆除,争取工程进度。 (3)由于地下室外墙为二墙合一做法,且东坑开挖时西坑主体结构已完成,考虑到东坑支撑受力及外墙节点处理,特对西坑支撑进行适当调整(见图3)。 (4)为解决东坑地下室结构梁板施工时换撑对西坑已建好的结构的影响,并有利于围护中隔墙的拆除,经与设计院沟通,地下1~2层横穿中隔墙的梁在西坑施工时,在合适位置梁钢筋预留钢筋连接器,在东坑梁板混凝土浇注时一起浇注,相连的楼板不浇注。3 施工组织方面采取的措施 在新梅太古城深基坑地下室施工时,结合现场的实际情况,主要采取了以下几项措施,确保了对基坑变形的控制。 (1)严格按围护设计要求对坑内土体进行加固。 (2)该工程基坑内的土层属饱和软土,含水量高,良好的降水措施有利于土方开挖,也有利于控制基坑的变形。基坑土方开挖前,采用真空深井泵结合轻型井点降水,真空深井泵每150~200 m2左右设一眼井,待底板浇注完毕且达到设计强度后拆除;轻型井点每层土体按需布置。 (3)增加土方开挖设备及运输车辆,提供临时堆土场,采用二次驳运, 24 h不间断地由基坑北面向南面挖土;在支撑混凝土中掺加早强剂;按满足基坑土方开挖的“时空效应”原理,增加劳动力,加快混凝土支撑的施工进度,严格实行分块限时开挖,满足开挖及支撑的要求。 (4)在西坑最后一层土方开挖时,设计要求分4块依次进行,并且底板也分4块施工?？悸堑绞┕ぷ橹弊急冈黾油谕辽璞负褪┕と嗽?而且基坑狭长,经与各方协商,采取一次挖土到位、底板整体施工。 (5)基坑开挖委托第三方检测机构实施全过程的信息化施工监测,严格监控邻近地铁和重要管线侧围护结构的变形情况和渗漏情况,如发现围护结构变形超过控制值,及时采取控制基坑变形的措施。 (6)支撑拆除时,采取分段割断吊出基坑外由人工破碎,以加快地下室结构的施工进度,减少基坑变形。4 施工效果分析 根据设计和规范的规定,该地下室基坑施工的主要监测项目及报警警戒值见表1。 西坑基坑土方于2006年10月12日开挖, 11月7日最后一层开挖, 11月19日基坑土方开挖全部完成, 11月30西坑底板混凝土浇注结束。 西坑基坑2006年11月9日的施工监测报表显示,墙体测斜数据的7个监测点中有两个点超过报警值,最大值分别为21. 96mm和21. 40mm。施工、监理单位接到通知后立即启动应急预案,基坑周边禁止重物堆载,挖出的土方及时清运,加快支撑的施工进度,在混凝土中掺加早强剂,同时加强施工监测,严格信息化施工管理。在各单位的密切配合下,西坑底板于11月30日顺利浇注完毕。西坑基坑12月3日的施工监测数据见表2。 表2的数据表明,该工程西坑基坑的施工变形控制基本在合理的范围内。 东坑基坑施工于2007年3月1日土方开挖,6月28日底板混凝土浇注完成,基坑变形均在可控范围内,对周边环境的影响有限。
由于该工程深基坑地下室紧临地铁8号线曲阜路车站开挖施工,同时还需利用曲阜路车站东侧部分地下连续墙作为围护结构,因此,对该深基坑地下室施工的变形控制以及对8号线车站的附加变形控制和保护是整个工程的重点。1 设计方面采取的措施1. 1 围护结构 根据该基坑工程的面积、开挖深度和周边地铁、建筑物及地下管线布置情况,基坑采用明挖顺作法施工方案。根据基坑抗倾覆与抗隆起稳定性、抗管涌稳定性、基坑变形以及造价经济合理的要求,确定基坑围护结构采用地下连续墙,此围护地下墙同时作为永久结构的地下室外墙。1. 1. 1 基坑围护结构的布置 在西坑开封路及曲阜路侧,采用800 mm厚地下连续墙、深度为30 m(基坑开挖深度14. 85 m),墙趾位于第⑤1~2层灰色粉质黏土层中。在北侧靠近地铁8号线区间隧道边的地下墙两侧,采用Φ650@ 450 mm三轴搅拌桩加固糟壁,在基坑开挖时还能增强止水效果,保护地铁区间隧道的安全。局部深坑边地下连续墙深度加深至34 m。地铁8号线曲阜路站侧利用该站东侧已建的部分地下连续墙,地铁端头井墙厚800 mm、墙深34 m,地铁标准段墙厚600 mm、墙深29 m,墙趾分别位于第⑤3层灰色粉质黏土夹黏质粉土层中及第⑤1~2层灰色粉质黏土层中。西坑南侧由于地下墙边为地铁出入口,竖向跨度较大,应主体设计单位的要求,西坑南侧地下墙做成T形槽以增加侧向刚度。 东坑开封路、文安路及曲阜路侧,采用800mm厚地下连续墙、深度为30 m(基坑开挖深度14. 85 m),墙趾位于第⑤1~2层灰色粉质黏土层中。局部深坑边地下连续墙深度加深至34 m。 东西坑间采用800 mm厚地下连续墙作为中隔墙,考虑因凿除的需要中隔墙两边垫层厚度加厚1 m,因此,中隔墙深度为33m,墙趾位于第⑤3层灰色粉质黏土夹黏质粉土层中。 该基坑须在地铁12号线曲阜路站施工前完成地面层以下结构工程,同时还要满足8号线曲阜路站设备用房完工节点的要求。1. 1. 2 支撑体系及立柱 基坑支撑体系采用竖向3道钢筋混凝土支撑,由于西坑呈长条形,支撑形式采用沿长边对撑、角部斜撑边布置;东坑大体呈方形,支撑形式采用中间对撑、角部斜撑布置,受力明确、整体性好,钢筋混凝土支撑抗压强度高、变形小、刚度大,对控制基坑侧向变形、保护周边地铁、建筑、管线及围护结构的整体稳定具有重要作用。基坑中部的对撑区域可加强为施工栈桥,结合4块较大的出土空间方便施工挖土及向外运输,以提高施工效率,同时也可降低施工造价。 钢筋混凝土支撑的具体布置情况如下: 第1道支撑中心标高为-2. 25 m,主撑截面为800mm×800mm,大主撑截面为1 000mm×800mm,连梁截面600mm×600mm,顶圈梁截面1 000 mm×900mm(曲阜路站侧地下墙顶圈梁截面为1 000mm×1 000 mm)。 第2道支撑中心标高为-7. 75 m,主撑截面为900mm×900mm,大主撑截面为1 000mm×900mm,连梁截面700mm×700mm,围檀截面为1 200 mm×1 000 mm。 第3道支撑中心标高为-11. 65 m,主撑截面为900mm×900mm,大主撑截面为1 000mm×900mm,连梁截面700mm×700mm,围檀截面为1 200 mm×1 000 mm。 为控制基坑变形,?；ぶ鼙呱枋?垫层作为底撑用,垫层厚度为300mm,采用C 30早强混凝土浇注。支撑立柱采用4L140 mm×14 mm型钢格构柱加Φ850 mm钻孔灌注桩,柱截面尺寸为508 mm×508 mm,插入钻孔桩3m,间距一般≯12m。支撑立柱桩设计时结合主体结构工程桩,桩位布置尽量利用工程桩作为立柱桩,以节省围护工程费用,降低工程造价。1. 1. 3 抗内土体加固 该工程西侧紧邻地铁8号线曲阜路站,为控制车站的侧向变形,在西坑坑底以下5 m范围内进行高压旋喷满堂加固,同时沿曲阜路站一侧在第2道支撑底至坑底范围内进行高压旋喷抽条加固,宽度为4 m,长度为10 m,间距为4 m,以有效地控制结构变形和土体扰动,?；?号线曲阜路站的安全。 为控制东坑基坑围护结构侧向变形,同时考虑到围护边较长,因此,沿坑边进行坑底以下4m范围高压旋喷裙边加固,宽度为6 m。 在电梯基坑和集水坑等局部深坑处,采用高压旋喷加固。 高压旋喷加固后,固体的28 d无侧限抗压强度必须>1. 2MPa。1. 2 地下室底板结构连接的处理 由于东西坑间采用地下连续墙作为中隔墙,东西坑底板的连接至关重要,既要考虑西坑施工变形控制的有效性,又要兼顾新梅太古城地下室的整体性。节点图设计如图2所示。2 施工技术方面采取的措施 (1)在新梅太古城地下墙与地铁8号线地下墙连接处,因原地铁8号线地下墙未留接口及地下墙鼓包680 mm而使该接口未闭合,对该连接处采取钻孔灌注桩结合高压旋喷桩加固处理,以起到抑制地下墙侧向变形和接缝渗漏水的作用。 (2)经与业主商定,地下室底板下垫层混凝土强度等级提高至C 35并掺加早强剂,设置单层双向Φ12@ 250 mm钢筋代替支撑,以减少基坑土体变形,并且便于第3道支撑提早拆除,争取工程进度。 (3)由于地下室外墙为二墙合一做法,且东坑开挖时西坑主体结构已完成,考虑到东坑支撑受力及外墙节点处理,特对西坑支撑进行适当调整(见图3)。 (4)为解决东坑地下室结构梁板施工时换撑对西坑已建好的结构的影响,并有利于围护中隔墙的拆除,经与设计院沟通,地下1~2层横穿中隔墙的梁在西坑施工时,在合适位置梁钢筋预留钢筋连接器,在东坑梁板混凝土浇注时一起浇注,相连的楼板不浇注。3 施工组织方面采取的措施 在新梅太古城深基坑地下室施工时,结合现场的实际情况,主要采取了以下几项措施,确保了对基坑变形的控制。 (1)严格按围护设计要求对坑内土体进行加固。 (2)该工程基坑内的土层属饱和软土,含水量高,良好的降水措施有利于土方开挖,也有利于控制基坑的变形。基坑土方开挖前,采用真空深井泵结合轻型井点降水,真空深井泵每150~200 m2左右设一眼井,待底板浇注完毕且达到设计强度后拆除;轻型井点每层土体按需布置。 (3)增加土方开挖设备及运输车辆,提供临时堆土场,采用二次驳运, 24 h不间断地由基坑北面向南面挖土;在支撑混凝土中掺加早强剂;按满足基坑土方开挖的“时空效应”原理,增加劳动力,加快混凝土支撑的施工进度,严格实行分块限时开挖,满足开挖及支撑的要求。 (4)在西坑最后一层土方开挖时,设计要求分4块依次进行,并且底板也分4块施工?？悸堑绞┕ぷ橹弊急冈黾油谕辽璞负褪┕と嗽?而且基坑狭长,经与各方协商,采取一次挖土到位、底板整体施工。 (5)基坑开挖委托第三方检测机构实施全过程的信息化施工监测,严格监控邻近地铁和重要管线侧围护结构的变形情况和渗漏情况,如发现围护结构变形超过控制值,及时采取控制基坑变形的措施。 (6)支撑拆除时,采取分段割断吊出基坑外由人工破碎,以加快地下室结构的施工进度,减少基坑变形。4 施工效果分析 根据设计和规范的规定,该地下室基坑施工的主要监测项目及报警警戒值见表1。 西坑基坑土方于2006年10月12日开挖, 11月7日最后一层开挖, 11月19日基坑土方开挖全部完成, 11月30西坑底板混凝土浇注结束。 西坑基坑2006年11月9日的施工监测报表显示,墙体测斜数据的7个监测点中有两个点超过报警值,最大值分别为21. 96mm和21. 40mm。施工、监理单位接到通知后立即启动应急预案,基坑周边禁止重物堆载,挖出的土方及时清运,加快支撑的施工进度,在混凝土中掺加早强剂,同时加强施工监测,严格信息化施工管理。在各单位的密切配合下,西坑底板于11月30日顺利浇注完毕。西坑基坑12月3日的施工监测数据见表2。 表2的数据表明,该工程西坑基坑的施工变形控制基本在合理的范围内。 东坑基坑施工于2007年3月1日土方开挖,6月28日底板混凝土浇注完成,基坑变形均在可控范围内,对周边环境的影响有限。
