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上海市轨道交通M8线工程鞍山新村站附属结构基坑呈不规则多边形,基坑为二级保护,采用SMW水泥土搅拌桩围护。在基坑开挖施工中,将原设计的部分支撑改为抛撑,提高了基坑开挖安全系数,有效地控制了基抗变形。
一、工程概况
上海市轨道交通M8线工程鞍山新村站附属结构,主要用途为车站设备管理用房,包括3号出入口、风井及人防通道,其紧邻已施工完毕的主体车站南侧,位于原车站的5#~20#轴,全长117m,宽度8.8~34.5m不等,平面面积约2200m2,呈不规则多边形状;开挖深度为6.45~8.55m,基坑土方量约为18000m3。基坑为二级保护。
按设计要求,附属结构基坑采用SMW水泥土搅拌桩围护,并采用2~3道钢支撑明挖顺筑施工地下一层结构。按规划要求,在此基础上拟建6层商务楼,以配合地面开发需要。
附属结构的最西端与邻近6层居民楼相距仅8.5m,南端相距工地临时变电站约6m,东端距离控江路36孔通信光缆约2m。由于基坑紧临控江路人行道,控江路北侧有高压架空线,所以开挖时只能利用原车站顶板上的便道进行单边施工,由此给施工带来诸多不便;而基坑开挖又将直接关系到周边居民的正常生活及邻近的管线,因此必须确保基坑开挖的绝对安全。
深度6.45m的基坑设2道钢支撑,深度8.55m的基坑设3道钢支撑;由钢支撑、钢围檩和格构柱等组成支撑体系,支撑为φ580钢支撑,围檩为组合型钢。
二、地质条件
土层性质见表1。
三、基坑开挖施工
基坑开挖的土层主要是②3a层的灰色粘质粉土夹淤泥质粉质粘土,由于地下水位高,该土层湿度为饱和,呈流塑状态,井点降水虽能排除土体的游离水,但要排除结合水较为困难,因此土体一经扰动就会造成水土离析,对基坑开挖极其不利。
1.施工方案
(1)支撑体系
附属结构基坑钢支撑按设计要求均采用φ580钢支撑,第1道钢支撑架设在顶圈梁上,第2、3道钢支撑采用双榀400×400H型钢作为围檩(变更设计后采用60#双榀工字钢);在支撑跨度较大处设置钢联系梁,采用3道单榀400×400工字钢,联系梁施工与钢支撑同步施工,以确保支撑及时和体系完整。
(2)开挖流程
由西向东沿纵坡方向逐层、逐段开挖,纵坡比始终保持在1∶2.5(雨天适当放置到1∶3),一层挖尽后及时架设钢支撑并施加预应力,待钢支撑达到设计要求的预应力后再开挖下层,一般应连续作业,不允许停顿。
(3)支撑轴力及预应力
设计轴力及施加的预应力见表2,按设计要求可作相应调整。
表2支撑设计轴力及施加的预应力值
2.施工要求
(1)设置2道支撑的部分基坑,当底板达到设计强度后,拆除第2道支撑;当顶板达到设计强度后,再拆除第1道支撑;
(2)设置3道支撑的部分基坑,当底板达到设计强度后,拆除第3道支撑;当顶板达到设计强度后,拆除第1、2道支撑;
(3)预应力分别按设计轴力60%、80%、90%的应力施加(见表2);
(4)基坑内设10个井点降水井。开挖前必须提前20d进行预降水,降水后基坑内水位应在坑底以下1m;根据开挖深度,做到按需降水,随挖随降,保证基坑开挖需要。
3.施工措施
(1)运用时空效应
在软土地基基坑开挖过程中,科学地利用土体自身控制位移的潜力,尽量减少每步开挖无支撑的暴露时间,解决基坑的位移和变形。为减少开挖过程中的土体扰动范围,最大限度减少坑周边土体位移量和差异位移量,在临近坑底时,使用小型挖掘机结合人工修土方式,分块、对称、平衡地开挖;加强对支撑体系轴力和墙体测斜管的观测,及时调整开挖进度及作业面,从而保证地表沉降及墙体水平位移变化值均在允许范围内。挖至坑底后分段挖土、修土,及时浇注素混凝土垫层,俗称"随挖随浇",并适当提高垫层混凝土强度等级,控制基坑变形。
(2)特殊情况处理
在发现DW17(17.5m深度)测斜变形值短时间内达到20mm以上时,为确保基坑的安全,立即对原有的支撑体系进行加固,在部分夹角过大的斜撑增设槽钢斜撑,同时对钢围檩对接处进行补强焊接,并向基坑内回填300余吨黄砂,防止坑底土体隆起,进一步增加基坑的安全系数,同时调整总体开挖流程,改为由东向西依次进行,并在变形异常处增设2个测斜监测点,加强观察。
经过一阶段的跟踪监测,基坑围护基本处于稳定状态,为了确保基坑开挖在接近坑底时,避免再次引起过大的变形,在与设计和监理协商后,采取了以下几项措施:
①结构底板混凝土浇筑由东向西依次进行,在17#轴西1.5m增设1条施工缝,并在底板上设置5根抛撑,对原有的第3道5根水平斜撑进行换撑。
②同时调整施工段Ⅰ、Ⅱ侧墙混凝土浇注流程,第1次浇筑高度至第2道支撑底(约3.0m),并且每隔5m设置1道200mm厚混凝土剪力墙,在其达到强度要求后,拆除第2道钢支撑。
③在拆除支撑的同时,加强对围护水平位移的监测工作,缩短各工序之间的衔接时间,使结构施工与支撑拆除有条不紊地进行。
④最后一段墙身与顶板一起浇筑。
四、小结
1.在施工段Ⅰ(17#~20#轴范围)采用抛撑结构体系,虽较原设计支撑体系的施工进度慢,还增加了部分支撑的租赁费用,并且内部结构施工也较为繁琐,但提高了安全系数,有效地控制变形,确保了周边建筑物和控江路地下管线的安全,详见表3的监测数据。
表3监测数据汇总表
2.由于设计要求第2道支撑需在顶板封顶之后方可拆除,为此将延长施工周期,后经调整侧墙混凝土浇注流程,优化设计支撑体系,避免设置支撑预留孔,提高了侧墙混凝土整体外观质量,由此节省了支撑及起重设备租赁等费用近10余万元。
3.围护采用SMW水泥土搅拌桩,侧墙内衬为600mm厚的现浇钢筋混凝土,在两者之间加设1层塑料薄膜,可以减少水泥土对混凝土早期水化热及收缩的影响,与以往类似工程相比,墙面裂缝明显减少,从而节省了堵漏费用。
4.以往地下工程的衬墙混凝土养护采用带模养护或施涂养护液,由此增加了材料使用费,并且带来模板周转不便等困难。本次施工采用PVC管(按一定间隔钻孔)接上地面水源,安置于衬墙顶部,对墙身进行24h不间断喷淋养护,确保抗渗混凝土达到强制性标准14d养护要求;同时,避免高温季节对地下工程施工带来诸多不利因素,并节约了间接费用支出。