复杂环境中的狭长基坑支撑设计及挖土逆作法施工技术*

2015-09-17 09:48
建筑施工 2015年6期
关键词:挖机挖土牛腿

上海建工一建集团有限公司 上海 200120

1 工程概况

上海陆家嘴中心区Z4-2地块公共绿地综合改造工程基坑面积约11 160 m2,①区挖深18.9 m、②区挖深15 m。基坑外形呈L形,其中靠上海中心一侧的②区东西向长115 m、南北向宽25.2 m。

基地东侧及北侧为上海环球金融中心大厦,环球中心基坑距离本工程基坑10~15 m;西侧及南侧为银城中路地下通道,通道基坑距离本工程基坑8~25 m。基坑西侧、南侧围墙外侧分布有电力、上水、燃气、信息等多条地下管线。且靠上海中心一侧基坑需先进行上海中心地下通道工作井施工,暂无法正式施工[1,2]。

2 工程难点

1)本工程周边环境复杂,银城中路地下通道及环球中心地下连续墙最近距离8 m。围墙外侧地下管线众多。

2)基坑标高6.4 m处加设混凝土水平支撑后,地下室最后层土方开挖净高2.7 m。

3)②区挖土口设置较少,土方坑内驳运距离较长。

3 原设计支撑方案

本工程②区第1道及第2道支撑均利用B0层结构楼板(+4.8 m标高)及B1层结构楼板(-2.6 m标高)作为水平支撑,在-6.4 m标高处增加了1道钢筋混凝土水平支撑。

4 支撑方案的优化

4.1 首层栈桥方案调整

1)原栈桥设计:为满足现场交通组织的需要,在第1道支撑上设置钢筋混凝土栈桥板,栈桥平面布置见图1。栈桥设置在一边将造成坑内土方需驳运2根轴线,驳运距离较长,且原栈桥方案中栈桥宽6.8 m,无法满足挖机与土方运输车辆同时工作的道路宽度要求。

图1 ②区栈桥平面布置示意

2)调整方案:拟将首道支撑上的栈桥移至中间轴线,调整后栈桥位置见图2。考虑到栈桥移位后,栈桥跨度加大,原栈桥区域截面尺寸为800 mm×800 mm的支撑梁截面需加大至800 mm×1 100 mm。栈桥调整后,土方驳运距离为6~7 m,栈桥通行宽度增加至10 m。

4.2 基坑标高-6.4 m处临时支撑优化

1)原支撑设计:基础底板垫层底标高为-9.7 m,临时支撑中心标高为-6.4 m,临时支撑至基础底板土方开挖净高仅2.9 m,无法采用常规挖机进行开挖,影响挖土效率。

图2 ②区栈桥调整后平面布置示意

2)优化原因:②区基坑北侧距离环球金融中心基坑8~10 m,环球基坑地下4层,埋深17.85 m,2个基坑之间均为环球施工时回填土方,土体侧向应力较小;南侧距离已建成的银城中路下立交25.3 m,埋深-9.07~-9.74 m,土体侧向应力计算时可适当减小。考虑到原钢筋混凝土支撑将造成挖土速度过慢,底板形成时间较长,不利于基坑周边围护墙体的变形控制。

3)优化方案:取消-6.4 m标高处临时钢筋混凝土支撑,采用在-3.3 m结构楼板下设置斜向牛腿加腋取代临时支撑。每根框架梁底均设置1个斜向牛腿加腋,牛腿长度2 m、宽度0.6 m,牛腿下端锚固连接至地下连续墙一侧环梁内,上端锚固连接至-3.3 m结构框架梁内,加腋部分在后续施工过程中进行凿除。斜向牛腿加腋做法如图3所示。调整后-3.3 m结构主梁底标高为-4.5 m,最后一层土方开挖净高为5.2 m,可以满足普通PC110挖机3.5 m的操作高度要求,并可提高最后层土方的开挖速度,以确保基础底板尽快形成,减小坑底土的暴露时间,从而有效地控制基坑变形。

图3 斜向牛腿加腋做法示意

5 挖土施工技术

5.1 施工原则

1)狭长基坑开挖拟参照地铁基坑开挖的施工要求,严格按照时空效应的理论,分层、分段进行开挖,并遵循“随撑随挖、分层开挖、严禁超挖”的原则。

2)每层土方开挖前,必须进行充分的预降水,确保地下水位降至当前开挖面以下1 m;第2层以下土方开挖前,支撑或代替支撑的框架混凝土强度需达到设计强度后方可进行开挖。

3)每层土方应分段进行开挖,做到随挖随撑。每段开挖长度不超过30 m,每段开挖完成后,必须在12 h内浇筑垫层混凝土。

4)土方开挖采用逆作法施工技术,设Q1~Q6共6个取土口,每个取土口对角线长度均大于10 m,以便长臂挖机进行取土。

5.2 施工技术方案

1)施工区域划分:考虑到基坑较为狭长,周边环境复杂,为控制基坑变形,将②区划分为4个施工区域,分区情况见图4。

图4 ②区施工区域划分示意

2)施工流程:Ⅰ段→Ⅱ段→Ⅲ段→Ⅳ段。

3)首层土方开挖:从自然地坪(+4.00 m)开挖至+2.55 m(B0层结构板底2 m标高),采用2台PC200挖机从Ⅰ段向Ⅳ段方向进行大开挖,并搭设高1.8 m短支排架依次施工B0层结构。

4)第2层土方开挖:从+2.55 m开挖至-1.50 m(B1层夹层结构板底2 m标高),在栈桥上布置2台PC330挖机负责取土,另在坑内布置6台PC110挖机负责土方坑内驳运。

5)第3层土方开挖:从-1.50 m开挖至-5.50 m(B1层结构板底2 m标高),在栈桥上布置2台长臂挖机负责取土,另在坑内布置6台PC110挖机负责土方坑内驳运。

6)第4层土方开挖:从-5.50 m开挖至-9.70 m(基础垫层底标高),在栈桥上布置2台抓斗负责取土,另在坑内布置6台PC110挖机负责土方坑内驳运及收底。

6 结语

基础底板完成混凝土浇筑时,基坑变形、周边管线位移、建(构)筑物沉降均在有效控制范围之内,满足设计及相关主管单位的控制要求。施工过程中,在确保基坑变形控制及周边环境安全的前提下,通过对狭长基坑逆作法支撑方案的优化、调整及挖土方案的合理选择,成功地提高了逆作法土方开挖的施工速率,很好地解决了逆作法挖土净高不足的施工难题,为同类型工程提供了借鉴[3,4]。

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