輕軌車站深基坑施工技術(shù)

1、輕軌車站深基坑施工技術(shù)1 工程概況明珠線寶興路站和控制中心工程座落于上海市虹口區(qū)內(nèi)，基地占地面積為13876平方米。基地東為規(guī)劃中的海倫支路，西為寶山路，南為寶興路，北為海倫西路，場地內(nèi)有河道俞涇浦橫穿。建筑以車站功能為主，并由辦公和控制中心組成，主體建筑高度23.95米。車站與控制中心均設(shè)兩層地下室，地下室層高為5.1米和3.8米。車站建筑呈長方形，總長度150米，寬24.2 米；位于車站東側(cè)的控制中心，平面呈倒三角形，長度為60米，寬度為30米。車站和控制中心基礎(chǔ)采用柱下聯(lián)合承臺，車站采用Æ800鉆孔灌注樁，樁長60米，承臺厚度2200，基礎(chǔ)梁截面尺寸為1200X2200，底板厚

2、800；控制中心采用Æ700鉆孔灌注樁，樁長56米，承臺厚度1500，基礎(chǔ)梁截面尺寸為850X1500，底板厚600。本工程的基坑面積為5420m2，K0.00相當(dāng)于絕對標(biāo)高+4.35m。主樓與控制中心之間設(shè)有沉降縫（抗震縫）脫開。開挖深度分為：主樓底板底-10.00m，承臺底-11.40m；裙房底板標(biāo)高-9.80m，承臺底-10.60m?；娱_挖的總方量約60000m3。2 周圍環(huán)境和地質(zhì)條件圖1 車站周圍環(huán)境圖基地周圍無地下管線，已施工完畢的明珠線橋梁沿南北向橫穿基地。西側(cè)為兩幢二十六層高層和一幢七層辦公樓，最近距離基坑為8米，北側(cè)緊挨河道俞涇浦，在河邊明珠線橋墩已完成，橋墩基礎(chǔ)

3、埋深5米，距基坑8米。東側(cè)為橫浜橋小學(xué)，學(xué)校教學(xué)樓為三層磚混結(jié)構(gòu)，外墻局部已有裂縫，最近處距基坑12米。南側(cè)距基坑6米有已完成的明珠線橋墩，橋墩基礎(chǔ)埋深3米?；觾?nèi)四個已完成的明珠線橋墩，埋深14米，明珠線橋梁從基坑上方飛越而過，橋梁底標(biāo)高5.75米?；又車h(huán)境平面見圖1。在深基坑施工如何保護明珠線橋墩和橋梁是本工程最大的難題。根據(jù)提供的地質(zhì)資料，基坑淺層土由填土，1粉質(zhì)粘土，2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，3砂質(zhì)粉土，以及層淤泥質(zhì)粘土組成。表層填土由雜填土及各類建筑物基礎(chǔ)及地下設(shè)施組成，最厚達3.3米，該層開挖后坑壁穩(wěn)定性很差，褐黃色1層粉質(zhì)粘土較薄，且局部尖滅，2層灰黃灰色粉土不規(guī)則分布，局部地段夾淤

4、泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，土質(zhì)不均勻，3層砂質(zhì)粉土在810米深度夾厚度不等之粉砂，層淤泥質(zhì)粘土夾極薄層粉砂及有機物。土的重度和抗剪強度指標(biāo)如下，c、j值均為固結(jié)快剪峰值。土層層底埋深（m）g（kN/m3）j（o）C（kPa）填土1.481粉質(zhì)粘土2.8019.12012.92淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土4.8818.221.411.43砂質(zhì)粉土12.0318.427.95.7淤泥質(zhì)粘土18.8317.213.615.72砂質(zhì)粉土32.7118.325.74.3根據(jù)土工試驗及工程地質(zhì)剖面圖分析：3層砂質(zhì)粉土顆粒組成中粘粒含量一般均小于10%，土的不均勻系數(shù)小于5，孔隙比大于0.75，含水量大于30%，層厚大于25厘米，該

5、層土在地下水滲流條件下，易發(fā)生坍塌及流砂現(xiàn)象，對圍護和降水提出了很高要求。3 圍護方案3-1 擋土墻結(jié)構(gòu)體系車站：兩層地下室，承臺厚度2200mm，底板厚度800mm，墊層厚200mm，基坑開挖深度為11.35米。沿軸線L軸側(cè)8-17軸設(shè)置棧橋，棧橋處采用Æ9501100鉆孔灌注樁為擋土墻，非棧橋處采用Æ9001050鉆孔灌注樁為擋土墻，樁入土深度為22.8米，樁端進入2層3.97米。控制中心：兩層地下室，承臺厚度1400mm，底板厚度600mm，墊層厚200mm，基坑開挖深度為10.55米。采用Æ8501000鉆孔灌注樁為擋土墻，樁入土深度為21.0米，樁端進入

6、2層2.17米。根據(jù)工程樁試樁施工結(jié)果，地面以下6-12m擴徑很大，一般擴徑從設(shè)計樁徑800mm擴至1300mm，而擴徑會對圍護灌注樁和攪拌樁的成樁質(zhì)量產(chǎn)生嚴重影響。圍護灌注樁施工時采用了套打措施，即先施工水泥土攪拌樁（水泥摻量為7%），待水泥土攪拌樁有一定強度后（一般57天），再施工圍護灌注樁，以確保圍護灌注樁的施工質(zhì)量。圖2 典型圍護結(jié)構(gòu)剖面圖防滲采用雙頭攪拌成型的水泥土攪拌樁，入土深度為18米，水泥摻入比東、南、西側(cè)為12%，沿河道側(cè)為13%，典型圍護結(jié)構(gòu)剖面見圖2。3-2 坑底地基加固為增加坑底土體抗力，以減小擋土墻位移，從而減小對周圍建筑物的影響，減小對相鄰環(huán)境和建筑物的影響，局部進

7、行水泥土攪拌樁地基加固，加固體系呈格柵型布置。加固寬度為5.2米，深度為坑底下4米，水泥摻入比為13%?？拥字翗?biāo)高-7.75米范圍內(nèi)土層采用7%水泥摻入比進行加固。3-3 支撐結(jié)構(gòu)體系本工程基坑面積較大，支撐方案采用角撐加邊桁架、中間為對撐的鋼筋混凝土支撐體系，混凝土等級均為C30。采用二道支撐：第一道支撐中心位置為自然地面以下1.35米，局部設(shè)置混凝土棧橋板，圈梁800X1200，角撐、對撐800X900，連桿800X800；第二道支撐中心位置為自然地面以下7.35 米，圍檁800X1400，角撐、對撐800X1000，連桿800X800。由于基坑西側(cè)距離紅線不足3米，沒有施工機械可行駛的道

8、路，因而在第一道鋼筋混凝土支撐上設(shè)計了車行棧橋和施工時臨時裝卸、堆載的場地，供挖土機和運土卡車施工作業(yè)，同時兼作鋼筋、模板施工過程的工作空間。棧橋和支撐合二為一，既有提高第一道支撐剛度的一面，但也有增加支撐平面上的荷載，并對整個結(jié)構(gòu)產(chǎn)生動荷效應(yīng)不利的一面。鋼筋混凝土棧橋板厚度200，內(nèi)配雙層雙向F14100鋼筋網(wǎng)片。3-4 立柱支撐體系的垂直支承采用格構(gòu)式型鋼立柱，截面尺寸為490X490（4XL140X14）共53根，立柱樁采用Æ850鉆孔灌注樁，長度為坑底下25米，型鋼立柱插入灌注樁3米。4鄰近基坑的橋墩保護技術(shù)本工程由于施工場地內(nèi)動遷和與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)等問題，使工程進度受到了影響

9、。為完成1999年底明珠線全線貫通的節(jié)點目標(biāo)，工程指揮部決定先行施工輕軌橋梁，再施工車站結(jié)構(gòu)。車站南側(cè)的橋墩，承臺底標(biāo)高為-3m，距車站基坑邊約為6米。車站北側(cè)的橋墩，承臺底標(biāo)高為-5m，距車站基坑邊約為8米。當(dāng)車站深基坑開挖時，橋墩和支承其上的預(yù)應(yīng)力箱梁結(jié)構(gòu)均已完成。經(jīng)過技術(shù)和經(jīng)濟綜合分析比較，決定采取以下保護措施來確保深基坑施工期間橋墩位移不超過設(shè)計限值：(1) 近坑外橋墩處在車站基坑圍護外側(cè)加打樹根樁。(2) 在鄰近橋墩的基坑內(nèi)側(cè)進行坑底水泥土攪拌樁加固。(3) 在橋梁承臺周圍降水卸載。(4) 在樹根樁與坑外橋梁承臺之間增設(shè)注漿管，根據(jù)深基坑施工期間的實測橋墩位移隨時進行跟蹤注漿，以控制

10、橋墩的水平位移。5 深基坑施工技術(shù)5-1 圍護樁套打施工技術(shù)通過分析地質(zhì)報告和工程樁試樁測試數(shù)據(jù)，本工程場地范圍內(nèi)從自然地面以下6米至12米為砂質(zhì)粉土，在該土層中施工鉆孔灌注樁時，由于土壁穩(wěn)定性差，鉆孔灌注樁成樁后擴徑現(xiàn)象十分嚴重，為保證基坑圍護質(zhì)量，圍護樁成樁采用了套打施工技術(shù)。要確保圍護鉆孔灌注樁套打施工技術(shù)的成功，一要科學(xué)、合理的確定水泥土攪拌樁的水泥摻入比，二要掌握好水泥土攪拌樁與鉆孔灌注樁施工的時間間隔。建筑地基處理技術(shù)規(guī)范（JGJ79-91）規(guī)定：深層攪拌法處理軟土的固化劑的摻入量宜為被加固土重的7%15%，根據(jù)設(shè)計要求和以往施工經(jīng)驗，用于套打的水泥土攪拌樁的水泥摻入比為7%。在水

11、泥土攪拌樁成樁后57天（最遲不超過12天）即開始施工圍護鉆孔灌注樁，此時已成樁的水泥土攪拌樁的強度已發(fā)展至設(shè)計強度的50%左右，圍護鉆孔灌注樁施工時鉆頭阻力相對較小，成孔容易，對圍護鉆孔灌注樁的成樁垂直度也較易控制，并且，圍護鉆孔灌注樁施工時對已成樁的水泥土攪拌樁的擾動較小，又能使兩種樁嚙合緊密，從而提高了基坑圍護的抗?jié)B能力。在止水?dāng)嚢铇杜c圍護鉆孔灌注樁間的空隙中進行壓密注漿的做法也可取消。5-2 深基坑土方開挖施工技術(shù)本工程基坑挖深平均為-9.9米，車站部分的承臺和基礎(chǔ)梁挖深-11.4米，控制中心的承臺和基礎(chǔ)梁挖深-10.6米，土方開挖總方量為60000m3。由于土方開挖過程中需穿插施工二道

12、鋼筋混凝土支撐，考慮到土方開挖的時間和空間效應(yīng)問題，開挖方式和順序選擇了“分層、分段和先撐后挖”的施工原則。第一層土方為由自然地面到第一道支撐底，開挖深度約為1.60m，土方量約6000m3。土方開挖時配備四臺斗容量為1m3的挖機。挖機停在自然地面作業(yè)。運土車輛停在挖機后面裝土外運，出土方向為南北兩側(cè)出土口。挖土流向：從控制中心由基坑中部向東面倒退挖掘；車站分南北二區(qū)，由中部向南北兩側(cè)倒退挖掘。待第一道支撐達到設(shè)計允許強度后，可進行第二層土方開挖。第二層土方由第一道支撐底開挖至第二道支撐底，開挖深度約為5.80m，土方量約35000m3。由于第一支撐上設(shè)計了棧橋，可使運土汽車直接下到第一道支撐

13、面標(biāo)高。第二層土方開挖配備5臺斗容量為1m3的挖機，挖機停放在第一道支撐面標(biāo)高處作業(yè)。挖機可直接挖到第二道支撐面標(biāo)高處。挖土流向以G軸為界，兩臺挖機由G軸向東倒退開挖。另三臺由G軸向西倒退開挖，然后逐漸向南北兩側(cè)開挖。（G軸為主樓與裙房分界線）。為增加出土口，在基坑?xùn)|邊用草袋堆出二個斜道，并鋪設(shè)走道板，使汽車能從斜坡上直接開入基坑，運土車輛下到基坑內(nèi)由挖機后面裝土外運?？刂浦行耐练接尚露殉龅男钡肋\出基坑，車站土方由棧橋運出基坑。待第二道支撐達到設(shè)計允許強度后，可進行第三層土方開挖。第三層土方由第二道支撐底開挖至基礎(chǔ)承臺底。其中基礎(chǔ)底板面標(biāo)高以上為大開挖，以下部分為開挖溝槽。開挖深度約為3.5m

14、，土方量約為15000m3。第三層土方開挖配備5臺斗容量為0.4m3的挖機和4臺斗容量為0.14m3的挖機配合作業(yè)。大挖機停在第二道支撐面標(biāo)高處作業(yè)。小挖機則鉆入第二道支撐下開挖溝槽。第三層土方開挖設(shè)五個取土口，四個出土口在棧橋上。由四臺大挖機垂直取土；另一個出土口在基坑?xùn)|南邊，由一臺大挖機垂直取土。運土車輛停在棧橋上和基坑邊，由大挖機取土裝車外運。機械挖至基底標(biāo)高上200mm處，改由人工修整至設(shè)計標(biāo)高，確?；淄馏w不被擾動。為防止基坑南北兩端已完成的橋墩發(fā)生過大的位移和沉降，挖土?xí)r先開挖基坑中部的土體，南、北兩端第二道支撐以下暫時留土，充分利用時空效應(yīng)，減少基坑變形。在基坑大面積土方施工將近

15、結(jié)束時，集中力量將南、北兩端的留土清除，并迅速澆筑素混凝土墊層。5-3 鋼筋混凝土支撐施工技術(shù)本工程共設(shè)二道支撐，支撐為現(xiàn)澆筑鋼筋混凝土形式。支撐布置平面形式為邊桁架，結(jié)合桁架式對撐。整個基坑留三個較大的空間，有利于土方開挖。支撐及圍檁的高度為800900，圍檁寬12001400，支撐寬9001000，連桿斷面為800x800。支撐底模采用道渣鋪設(shè)，水泥砂漿抹面，上鋪油毛氈，油毛氈用間距1米的鋼釘敲入墊層內(nèi)固定。側(cè)模采用組合式鋼模板拼裝，用48鋼管，結(jié)合木方固定。圍檁、支撐及棧橋鋼筋由工廠加工成型，現(xiàn)場綁扎。棧橋板鋼筋與支撐鋼筋一起現(xiàn)場綁扎。支撐制作以分段施工為原則，根據(jù)挖土進度，盡快形成小范

16、圍的受力體系。支撐砼采用商品砼，設(shè)計標(biāo)號C30，澆搗時，由商品砼輸送車送料，現(xiàn)場用砼泵車結(jié)合布料管布料澆筑，機械振搗，澆水養(yǎng)護。圍檁、支撐、棧橋一次澆搗成型。5-4 深井真空復(fù)合降水技術(shù)本工程土方開挖將挖去3層的大部分以上土，局部深坑將挖去3層的全部及部分第層土。由于第3層土的含水率高，滲透系數(shù)大，很容易造成流沙現(xiàn)象和塌方，坑內(nèi)土體的含水率和降水效果的好壞直接關(guān)系到基坑開挖和基礎(chǔ)施工是否能否順利進行及對周邊環(huán)境的保護。綜合本工程的各類情況，降水方案采用深井真空復(fù)合降水。深井的平面布置，深井的間距在1520m左右，每口深井的降水面積控制在300平方米左右，深井布置盡可能靠近支撐或立柱，便于操作管

17、理和深井的固定和保護，方便挖土。本工程共設(shè)深井18口，觀測井2口，共計20口。圖3 深井剖面布置圖深井的剖面布置見圖3，深井的開孔直徑為Æ650，井壁管采用Æ273鋼板卷管，濾水管亦采用Æ273鋼板纏絲濾管。深井的面標(biāo)高在支撐面以上0.45米，即相對標(biāo)高-0.60米，深井的底標(biāo)高，控制中心和車站部分分別為-16米和-17米，深井的總長度分別為15.50米和16.50米，底部為長1米的沉砂管；濾管分二道設(shè)置，上道為4米，其余部分為井壁管。井管外均勻回填濾料，濾料為優(yōu)質(zhì)中粗砂，井口1米處用粘土封口，便于抽真空。觀察井的規(guī)格同車站部分深井，但濾管只設(shè)下面一道，前期可作降

18、水井用，挖土開始后停止抽水，進行觀測水位。真空負壓、深井降水原理：每口深井配備深井泵一臺，每三口深井為一組，配備真空泵一臺，真空泵不斷抽氣，使井孔周圍的土體形成一定的真空度，土內(nèi)間隙水在大氣壓及土體壓力作用下由高壓向低壓流動，流入井管內(nèi)，然后由深井泵抽出，在離深井較遠的地方由于真空度較差，則主要靠水的重力作用向井管流動，真空泵抽氣要連續(xù)不斷，深井泵抽水則不連續(xù)進行，有水則抽，斷水則停，開始抽水時，由于地下水位高，進水快，出水時間長，則間隔時間短，每隔半小時抽一次，以后則逐漸延長時間間隔，減小抽水次數(shù)。6 信息化施工技術(shù)基坑施工期間在周邊環(huán)境和基坑本體上設(shè)置各種監(jiān)測點，組成監(jiān)測體系。監(jiān)測的主要內(nèi)容有：周邊建筑物的沉降和位移監(jiān)測，鄰近基坑的橋墩位移和沉降觀測，圍護樁壓頂梁沉降和平面位移監(jiān)測，圍護鉆孔灌注樁樁體變形測量，立柱沉降及位移監(jiān)測，坑內(nèi)外地下水位觀測，支撐軸力監(jiān)測，小學(xué)裂縫寬度觀測。本工程基坑內(nèi)外共布置了134個各種監(jiān)測點，監(jiān)測工作主要分圍護施工、基坑挖土和支撐施工、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工三個階段進行。在各個階段，根