盖挖逆作法深基坑施工关键技术研究

宋延涛

（中铁十五局集团第五工程有限公司 天津 300133）

1 引言

随着城市轨道交通工程的不断发展，越来越多的地下空间得到开发利用，深基坑、超深基坑（深度30 m以上）在新建地铁工程中不断出现，深基坑的设计与施工已成为城市轨道交通工程面临的重要研究课题之一［1］。盖挖逆作法具有结构变形小，安全系数高，对周围环境影响小，施工空间大的优点［2-4］，适用于地下深埋多层框架结构，被越来越多地运用到城市轨道交通工程。盖挖逆作法是先沿结构周围施工地下连续墙或钻孔桩等作为围护结构，然后在结构中间施工永久中柱，再从上而下依次同步进行土方开挖和结构施工的工法［5-7］。

2 工程概况

新建北京地铁16号线达官营站与既有7号线达官营站的换乘厅顶板覆土受城市规划用地及安全疏散口设置限制，同时邻近的国家话剧院对基坑变形控制要求较高，因此，换乘厅基坑设计为地下三层（局部四层）梯形框架结构，长约84 m，宽约21～44.4 m，采用盖挖逆作法施工，结构三层开挖深度28.7 m，局部四层开挖深度34.8 m。顶板以上明挖土方约10 300 m3，盖挖土方约56 600 m3。基坑剖面结构如图1所示。

基坑从上而下依次穿越杂填土、粉土填土、卵石圆砾、粉质黏土、卵石5、卵石7、砾岩及泥岩层。地下水位埋深18.2 m，水位标高26.1 m。

基坑盖挖逆作法施工顺序为：基坑围护桩→中柱桩基及钢管柱→顶板浅基坑土方开挖及支护，桩顶冠梁→施工顶板结构并回填覆土→依次施工负一、二、三、四层土方及结构。

图1 基坑结构剖面图

3 围护桩施工

由于基坑埋深较深，并且邻近新建车站及国家话剧院，因此在主体围护桩外侧设置一排加强桩，保证基坑结构稳定。基坑主体围护结构为173根φ1 000 mm钻孔桩，桩身间距1 600 mm，局部加密为1 400／1 500 mm，桩长32.0～44.5 m，钻孔桩在施工阶段兼作隔离桩。主桩外侧为φ600＠1 200 mm的加强桩，长度12 m，国家话剧院一侧加强桩为44根φ1 100＠1 500 mm月牙形人工挖孔桩，桩长7 m。围护结构设置如图2所示。

图2 基坑围护结构桩位平面图（单位：mm）

钻孔灌注桩应定位准确，避免后期结构施工因桩位侵限凿桩而影响围护结构稳定，桩位中心线的纵向和横向偏差≤50 mm，垂直度偏差≤50.3%。桩体混凝土浇筑高于设计标高100 mm，便于在桩顶冠梁施工前进行凿毛处理。

4 中柱施工

中柱作为基坑结构的主要受力点，其安全与稳定将涉及工程整体安全［8］。基坑中柱共计29根，平面排列成网格状，沿基坑纵、横向轴线设置多排，局部中心间距不等。底板下部为φ2 000 mm的灌注桩桩基，成孔深度约60 m，桩基设计为抗浮摩擦桩，使用C40 P12混凝土，在使用阶段作为抗拔桩，为了减小桩基沉降，在桩内预留注浆管，成桩后进行桩底和桩侧注浆。底板上部为φ900 mm钢管混凝土永久柱，钢管柱锚入桩基的有效长度为2 m，钢管柱内灌注C50微膨胀混凝土。

4.1 HPE工法原理

图3 HPE液压垂直插入机现场施工

钢管柱的最大有效长度为31.5m，采用HPE工法提高插入精度［9］。HPE工法基于二点定位原理，通过液压垂直插入机的两个液压垂直插入装置，在桩基混凝土浇筑至基坑底部标高后、混凝土初凝前，将底端封闭的钢管柱垂直插入桩基混凝土。HPE法液压垂直插入机如图3所示。

HPE工法施工步序为：钢管柱位置钻孔，局部灌注基础桩→使用套筒护壁，浇筑桩基混凝土，定位系统及基础与钢管柱的连接钢筋连接牢固→定位钢管柱→HPE液压插入机插入钢管柱，二次浇筑基础桩剩余混凝土，使钢管柱与基础桩结合牢固→下放钢筋笼，灌注柱内混凝土→细砂回填钢管柱与钻孔间的空隙→拔除套筒护壁。

4.2 钢管柱加工与组装

钢管柱的施工偏差主要包括钢管柱组装和吊装最大允许偏差，在分段加工制作、整体拼接吊装、一次性安装就位过程中，应高度关注垂直误差、标高误差和轴线位移偏差［10］。钢管柱的加工、组装与吊装的最大偏差如表1、表2所示。

表1 钢管柱加工与组装允许偏差

表2 钢管柱吊装允许偏差

4.3 钢管柱定位

桩基混凝土浇筑后，测量放线出桩位中心，在护壁钢套筒上标出十字线，复核桩位。将HPE液压插入机定位器的中心与基础桩中心定位在同一垂直线上，然后将HPE垂直插入机吊装就位，并根据定位器再次进行对中。吊装钢管柱入孔时人工测量复核柱体入孔垂直度，插入过程中测量柱体孔位对中情况，并通过垂直度控制仪进行实时监测。

4.4 钢管柱与梁、板节点连接

钢管柱作为结构主要的竖向支撑系统，其对于基坑自身的稳定，以及上部结构的协调变形起着至关重要的作用［11］。钢管柱通过预留节点与基坑板、梁进行连接，共同承受整个结构上部荷载。

（1）钢管柱与顶、底板连接

顶、底纵梁水平受力钢筋在钢管柱处断开锚固，同时在钢管柱1 000 mm范围内设置加强筋与加强梁，保证节点连接强度。钢管柱柱帽、柱脚构造如图4所示。

图4 钢管柱柱帽、柱脚构造

（2）钢管柱与中板纵梁连接

钢管柱与中板纵梁的连接节点位于中板纵梁之下，纵梁主筋在钢管柱处断开，上下层主筋分别与抗拉、抗剪钢板焊接。钢管柱与中板纵梁连接节点如图5所示。

图5 钢管柱与中板连接节点构造

工程以抗拉钢板和抗剪钢板作为结构梁钢筋笼与钢管柱的接合点，取代常规的钢筋结构环梁与结构梁主筋的铆接形式，相比于加工弯曲环形钢筋，这样的施工工艺加工省时且精度可控性高，在不影响钢管柱与结构梁连接关系的前提下，通过受力主筋与钢板的焊接，可以增强其与钢管柱的结合强度和刚度，改善抗拉、抗剪钢板的局部受力弱点。中板主筋与抗拉、抗剪钢板的焊接形式如图6所示。

图6 中板钢筋与抗拉／抗剪钢板节点连接大样

5 二衬结构施工

5.1 地模施工

基坑开挖至各层的设计高程后，及时进行基础承载力试验，并进行各纵梁基槽的开挖，采用50 mm厚C20混凝土垫层封闭基坑。纵梁模板采用砖砌体，在地模上铺设一层10 mm厚竹胶板，地模顶面标高提高15 mm作为预留沉降量［12］。

5.2 侧墙模板施工

侧墙结构使用组装式模板施工，面板为18 mm厚竹胶板，竖肋为几字梁，横肋为双拼 10槽钢，三角支撑采用 14及 10槽钢。间隔0.6 m在模板背后安装三角背撑支架，每安装5榀支架，用钩头螺栓将模板背楞、三角支架通过压梁槽钢连成一个整体。

5.3 预埋接驳器的保护

由于边墙与板的连接部位承受主要负弯矩，因此边墙必须与板同时施作，不留施工缝。对于包括侧墙夹层板及该部位在内的预埋钢筋接驳器接头，首先使用防水胶带包裹严密，将接驳器插入一层15 mm厚的泡沫塑料板，并将泡沫塑料板在模板端部顶靠牢固，直接浇筑在结构混凝土内部以保护接头（见图7）。当进行下一工序时，凿除表面混凝土，将泡沫塑料板揭开露出整个接驳器，减少凿除工作量，降低对接驳器的损坏。

图7 接驳器保护

5.4 结构防水施工

结构顶板使用0.8 mm厚的双层高分子增强复合卷材。卷材采用双层满粘法粘接，卷材与基层、卷材与卷材之间均使用配套的橡化沥青胶结料粘接，涂刷厚度≥1.5 mm。侧墙和底板均为1.5 mm厚的自粘胶膜防水卷材。施工缝为中埋式钢边止水带和全断面注浆管，并在施工缝表面涂刷两道水泥基渗透结晶防水材料。底板抗拔桩防水构造如图8所示。

图8 抗拔桩防水节点构造

6 结束语

盖挖逆作法可以有效减少对既有设施的影响，提高施工效率，加快施工进度。工程盖挖逆作基坑的顺利实施，技术要点主要有以下几个方面：

（1）围护桩的施工应保证成孔精度，避免后期结构施工造成侵限，中柱钢管柱采用HPE液压垂直插入机，可以有效保证钢管柱的插入精度。

（2）以钢管柱上抗拉、抗剪钢板作为结构纵梁水平受力与钢管柱的接合点，取代钢筋结构的环梁与结构梁主筋的铆接形式，可以有效缩短工时、增强与钢管柱的结合强度和刚度。

（3）对于边墙与中板腋角、侧墙夹层板部位的钢筋预埋接驳器，可以使用泡沫塑料板进行包裹保护，有效减少后续凿除施工对接驳器的损坏。

（4）盖挖逆作法在土方开挖结束后可以提供较大的作业面，便于侧墙防水施工。但应加强对顶板、底板抗拔桩节点的防水施工质量，避免后期出现结构渗漏。