蓋挖逆作法深基坑施工關(guān)鍵技術(shù)研究

宋延濤

（中鐵十五局集團第五工程有限公司 天津 300133）

1 引言

隨著城市軌道交通工程的不斷發(fā)展，越來越多的地下空間得到開發(fā)利用，深基坑、超深基坑（深度30 m以上）在新建地鐵工程中不斷出現(xiàn)，深基坑的設計與施工已成為城市軌道交通工程面臨的重要研究課題之一［1］。蓋挖逆作法具有結(jié)構(gòu)變形小，安全系數(shù)高，對周圍環(huán)境影響小，施工空間大的優(yōu)點［2-4］，適用于地下深埋多層框架結(jié)構(gòu)，被越來越多地運用到城市軌道交通工程。蓋挖逆作法是先沿結(jié)構(gòu)周圍施工地下連續(xù)墻或鉆孔樁等作為圍護結(jié)構(gòu)，然后在結(jié)構(gòu)中間施工永久中柱，再從上而下依次同步進行土方開挖和結(jié)構(gòu)施工的工法［5-7］。

2 工程概況

新建北京地鐵16號線達官營站與既有7號線達官營站的換乘廳頂板覆土受城市規(guī)劃用地及安全疏散口設置限制，同時鄰近的國家話劇院對基坑變形控制要求較高，因此，換乘廳基坑設計為地下三層（局部四層）梯形框架結(jié)構(gòu)，長約84 m，寬約21～44.4 m，采用蓋挖逆作法施工，結(jié)構(gòu)三層開挖深度28.7 m，局部四層開挖深度34.8 m。頂板以上明挖土方約10 300 m3，蓋挖土方約56 600 m3?；悠拭娼Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

基坑從上而下依次穿越雜填土、粉土填土、卵石圓礫、粉質(zhì)黏土、卵石5、卵石7、礫巖及泥巖層。地下水位埋深18.2 m，水位標高26.1 m。

基坑蓋挖逆作法施工順序為：基坑圍護樁→中柱樁基及鋼管柱→頂板淺基坑土方開挖及支護，樁頂冠梁→施工頂板結(jié)構(gòu)并回填覆土→依次施工負一、二、三、四層土方及結(jié)構(gòu)。

圖1 基坑結(jié)構(gòu)剖面圖

3 圍護樁施工

由于基坑埋深較深，并且鄰近新建車站及國家話劇院，因此在主體圍護樁外側(cè)設置一排加強樁，保證基坑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定?；又黧w圍護結(jié)構(gòu)為173根φ1 000 mm鉆孔樁，樁身間距1 600 mm，局部加密為1 400／1 500 mm，樁長32.0～44.5 m，鉆孔樁在施工階段兼作隔離樁。主樁外側(cè)為φ600＠1 200 mm的加強樁，長度12 m，國家話劇院一側(cè)加強樁為44根φ1 100＠1 500 mm月牙形人工挖孔樁，樁長7 m。圍護結(jié)構(gòu)設置如圖2所示。

圖2 基坑圍護結(jié)構(gòu)樁位平面圖（單位：mm）

鉆孔灌注樁應定位準確，避免后期結(jié)構(gòu)施工因樁位侵限鑿樁而影響圍護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，樁位中心線的縱向和橫向偏差≤50 mm，垂直度偏差≤50.3%。樁體混凝土澆筑高于設計標高100 mm，便于在樁頂冠梁施工前進行鑿毛處理。

4 中柱施工

中柱作為基坑結(jié)構(gòu)的主要受力點，其安全與穩(wěn)定將涉及工程整體安全［8］。基坑中柱共計29根，平面排列成網(wǎng)格狀，沿基坑縱、橫向軸線設置多排，局部中心間距不等。底板下部為φ2 000 mm的灌注樁樁基，成孔深度約60 m，樁基設計為抗浮摩擦樁，使用C40 P12混凝土，在使用階段作為抗拔樁，為了減小樁基沉降，在樁內(nèi)預留注漿管，成樁后進行樁底和樁側(cè)注漿。底板上部為φ900 mm鋼管混凝土永久柱，鋼管柱錨入樁基的有效長度為2 m，鋼管柱內(nèi)灌注C50微膨脹混凝土。

4.1 HPE工法原理

圖3 HPE液壓垂直插入機現(xiàn)場施工

鋼管柱的最大有效長度為31.5m，采用HPE工法提高插入精度［9］。HPE工法基于二點定位原理，通過液壓垂直插入機的兩個液壓垂直插入裝置，在樁基混凝土澆筑至基坑底部標高后、混凝土初凝前，將底端封閉的鋼管柱垂直插入樁基混凝土。HPE法液壓垂直插入機如圖3所示。

HPE工法施工步序為：鋼管柱位置鉆孔，局部灌注基礎樁→使用套筒護壁，澆筑樁基混凝土，定位系統(tǒng)及基礎與鋼管柱的連接鋼筋連接牢固→定位鋼管柱→HPE液壓插入機插入鋼管柱，二次澆筑基礎樁剩余混凝土，使鋼管柱與基礎樁結(jié)合牢固→下放鋼筋籠，灌注柱內(nèi)混凝土→細砂回填鋼管柱與鉆孔間的空隙→拔除套筒護壁。

4.2 鋼管柱加工與組裝

鋼管柱的施工偏差主要包括鋼管柱組裝和吊裝最大允許偏差，在分段加工制作、整體拼接吊裝、一次性安裝就位過程中，應高度關(guān)注垂直誤差、標高誤差和軸線位移偏差［10］。鋼管柱的加工、組裝與吊裝的最大偏差如表1、表2所示。

表1 鋼管柱加工與組裝允許偏差

表2 鋼管柱吊裝允許偏差

4.3 鋼管柱定位

樁基混凝土澆筑后，測量放線出樁位中心，在護壁鋼套筒上標出十字線，復核樁位。將HPE液壓插入機定位器的中心與基礎樁中心定位在同一垂直線上，然后將HPE垂直插入機吊裝就位，并根據(jù)定位器再次進行對中。吊裝鋼管柱入孔時人工測量復核柱體入孔垂直度，插入過程中測量柱體孔位對中情況，并通過垂直度控制儀進行實時監(jiān)測。

4.4 鋼管柱與梁、板節(jié)點連接

鋼管柱作為結(jié)構(gòu)主要的豎向支撐系統(tǒng)，其對于基坑自身的穩(wěn)定，以及上部結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)變形起著至關(guān)重要的作用［11］。鋼管柱通過預留節(jié)點與基坑板、梁進行連接，共同承受整個結(jié)構(gòu)上部荷載。

（1）鋼管柱與頂、底板連接

頂、底縱梁水平受力鋼筋在鋼管柱處斷開錨固，同時在鋼管柱1 000 mm范圍內(nèi)設置加強筋與加強梁，保證節(jié)點連接強度。鋼管柱柱帽、柱腳構(gòu)造如圖4所示。

圖4 鋼管柱柱帽、柱腳構(gòu)造

（2）鋼管柱與中板縱梁連接

鋼管柱與中板縱梁的連接節(jié)點位于中板縱梁之下，縱梁主筋在鋼管柱處斷開，上下層主筋分別與抗拉、抗剪鋼板焊接。鋼管柱與中板縱梁連接節(jié)點如圖5所示。

圖5 鋼管柱與中板連接節(jié)點構(gòu)造

工程以抗拉鋼板和抗剪鋼板作為結(jié)構(gòu)梁鋼筋籠與鋼管柱的接合點，取代常規(guī)的鋼筋結(jié)構(gòu)環(huán)梁與結(jié)構(gòu)梁主筋的鉚接形式，相比于加工彎曲環(huán)形鋼筋，這樣的施工工藝加工省時且精度可控性高，在不影響鋼管柱與結(jié)構(gòu)梁連接關(guān)系的前提下，通過受力主筋與鋼板的焊接，可以增強其與鋼管柱的結(jié)合強度和剛度，改善抗拉、抗剪鋼板的局部受力弱點。中板主筋與抗拉、抗剪鋼板的焊接形式如圖6所示。

圖6 中板鋼筋與抗拉／抗剪鋼板節(jié)點連接大樣

5 二襯結(jié)構(gòu)施工

5.1 地模施工

基坑開挖至各層的設計高程后，及時進行基礎承載力試驗，并進行各縱梁基槽的開挖，采用50 mm厚C20混凝土墊層封閉基坑。縱梁模板采用磚砌體，在地模上鋪設一層10 mm厚竹膠板，地模頂面標高提高15 mm作為預留沉降量［12］。

5.2 側(cè)墻模板施工

側(cè)墻結(jié)構(gòu)使用組裝式模板施工，面板為18 mm厚竹膠板，豎肋為幾字梁，橫肋為雙拼 10槽鋼，三角支撐采用 14及 10槽鋼。間隔0.6 m在模板背后安裝三角背撐支架，每安裝5榀支架，用鉤頭螺栓將模板背楞、三角支架通過壓梁槽鋼連成一個整體。

5.3 預埋接駁器的保護

由于邊墻與板的連接部位承受主要負彎矩，因此邊墻必須與板同時施作，不留施工縫。對于包括側(cè)墻夾層板及該部位在內(nèi)的預埋鋼筋接駁器接頭，首先使用防水膠帶包裹嚴密，將接駁器插入一層15 mm厚的泡沫塑料板，并將泡沫塑料板在模板端部頂靠牢固，直接澆筑在結(jié)構(gòu)混凝土內(nèi)部以保護接頭（見圖7）。當進行下一工序時，鑿除表面混凝土，將泡沫塑料板揭開露出整個接駁器，減少鑿除工作量，降低對接駁器的損壞。

圖7 接駁器保護

5.4 結(jié)構(gòu)防水施工

結(jié)構(gòu)頂板使用0.8 mm厚的雙層高分子增強復合卷材。卷材采用雙層滿粘法粘接，卷材與基層、卷材與卷材之間均使用配套的橡化瀝青膠結(jié)料粘接，涂刷厚度≥1.5 mm。側(cè)墻和底板均為1.5 mm厚的自粘膠膜防水卷材。施工縫為中埋式鋼邊止水帶和全斷面注漿管，并在施工縫表面涂刷兩道水泥基滲透結(jié)晶防水材料。底板抗拔樁防水構(gòu)造如圖8所示。

圖8 抗拔樁防水節(jié)點構(gòu)造

6 結(jié)束語

蓋挖逆作法可以有效減少對既有設施的影響，提高施工效率，加快施工進度。工程蓋挖逆作基坑的順利實施，技術(shù)要點主要有以下幾個方面：

（1）圍護樁的施工應保證成孔精度，避免后期結(jié)構(gòu)施工造成侵限，中柱鋼管柱采用HPE液壓垂直插入機，可以有效保證鋼管柱的插入精度。

（2）以鋼管柱上抗拉、抗剪鋼板作為結(jié)構(gòu)縱梁水平受力與鋼管柱的接合點，取代鋼筋結(jié)構(gòu)的環(huán)梁與結(jié)構(gòu)梁主筋的鉚接形式，可以有效縮短工時、增強與鋼管柱的結(jié)合強度和剛度。

（3）對于邊墻與中板腋角、側(cè)墻夾層板部位的鋼筋預埋接駁器，可以使用泡沫塑料板進行包裹保護，有效減少后續(xù)鑿除施工對接駁器的損壞。

（4）蓋挖逆作法在土方開挖結(jié)束后可以提供較大的作業(yè)面，便于側(cè)墻防水施工。但應加強對頂板、底板抗拔樁節(jié)點的防水施工質(zhì)量，避免后期出現(xiàn)結(jié)構(gòu)滲漏。