鐵路車站改造工程深基坑支護(hù)及頂板無(wú)縫施工技術(shù)

鐵路車站改造工程深基坑支護(hù)及頂板無(wú)縫施工技術(shù)

1站前中心廣場(chǎng)項(xiàng)目鐵路站北廣場(chǎng)綜合交通中心項(xiàng)目（見(jiàn)圖1）是2008年上海世博會(huì)的重要工程之一和2010年上海世博會(huì)的配套項(xiàng)目。工程?hào)|臨大統(tǒng)路,西至上海長(zhǎng)途客運(yùn)總站,南至鐵路上海站,北至中興路,總占地面積約12萬(wàn)m2。北廣場(chǎng)綜合交通樞紐整體工程由4個(gè)子工程組成:路局區(qū)域的改造改建工程、站前中心廣場(chǎng)的建設(shè)工程、公交樞紐點(diǎn)的建設(shè)工程和周邊配套路網(wǎng)的建設(shè)工程。建成的站前中心廣場(chǎng)占地面積約3.9萬(wàn)m2,設(shè)計(jì)為地下2層結(jié)構(gòu),其中地下1層為人行換乘通道、出租車上下客區(qū)域;地下2層為社會(huì)車輛停車庫(kù)、設(shè)備用房等。這樣可實(shí)現(xiàn)火車、軌交、長(zhǎng)途客運(yùn)、出租車、公交車等的“零換乘”。新建成的北站屋總建筑面積為1.5萬(wàn)m2,是原站屋的3倍。規(guī)劃的公交樞紐(共10條公交線路)位于廣場(chǎng)東西兩側(cè),建成后將采用東進(jìn)東出、西進(jìn)西出的交通組織方式。大統(tǒng)路、中興路、恒豐北路等8條周邊道路的改建工程現(xiàn)已基本完成。貫穿南北廣場(chǎng)的大統(tǒng)路地道北延伸工程7月底前已完工。經(jīng)過(guò)改造,原先狹窄的中興路成為一條雙向8車道的站前交通大動(dòng)脈。2基坑工程現(xiàn)狀(1)鐵路上海站北廣場(chǎng)地區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)條件,給基坑安全帶來(lái)隱患。區(qū)域內(nèi)自然地面以下2m范圍內(nèi)都是經(jīng)反復(fù)改造后留下的雜填土,雜填土以下有厚度達(dá)13m的(2)3層灰色砂質(zhì)粉土,基坑開(kāi)挖深度范圍以(2)3灰色砂質(zhì)粉土為主,而且還有眾多原有建筑物留下的障礙物,如:原有建筑物的樁基、地下室混凝土板墻結(jié)構(gòu)、廢棄的地下掩體等。給工程的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、樁基等施工質(zhì)量和進(jìn)度帶來(lái)較大的影響。(2)周邊環(huán)境復(fù)雜,基坑工程變形控制要求高。鐵路上海站北廣場(chǎng)綜合交通樞紐工程的主體工程基坑占地面積為3.5萬(wàn)m2,開(kāi)挖深度11.8m?；泳嚯x運(yùn)營(yíng)中的軌交1號(hào)線及區(qū)間隧道、軌交3號(hào)線和4號(hào)線間的最小距離僅為7.5m?；游鱾?cè)和北側(cè)為孔家木橋路和中興路,市政道路下管線眾多;在距離基坑3.5m以外還有北廣場(chǎng)大酒店、中祥賓館2幢高層。由此可見(jiàn),基地周邊環(huán)境復(fù)雜,主體工程基坑保護(hù)要求很高。(3)基地可利用的施工場(chǎng)地有限。因主體工程基坑面積較大,地下室邊界基本撐足周邊現(xiàn)存建(構(gòu))筑物的退界范圍。基地東側(cè)為軌道交通1號(hào)線車站及區(qū)間隧道,南側(cè)為軌交3號(hào)和4號(hào)線車站及區(qū)間軌道。從變形控制、保護(hù)周邊環(huán)境角度出發(fā),應(yīng)限制東南兩側(cè)施工階段的施工荷載,并不應(yīng)作為施工場(chǎng)地。西側(cè)則鄰近上海長(zhǎng)途客運(yùn)總站,僅存的空間也難以滿足施工期間的場(chǎng)地需要。根據(jù)基地的實(shí)際情況,基坑施工期間的主要出土流向?yàn)楸眰?cè)除北廣場(chǎng)大酒店及中祥賓館以外的區(qū)域。另外,在該基坑施工的同時(shí),周邊道路也在進(jìn)行改造,使原本就不大的施工區(qū)域更顯局促。(4)工程工期緊。根據(jù)工程的總體進(jìn)度安排,北廣場(chǎng)綜合交通樞紐需在世博會(huì)之前全部改造完成。北廣場(chǎng)地下空間改造期間,客流將全部集中到南廣場(chǎng),導(dǎo)致南廣場(chǎng)的客流量及壓力陡增,正常運(yùn)營(yíng)期間尚可承受,至春運(yùn)期間將無(wú)法容納如此大的客流量。2009年1月14日春運(yùn)開(kāi)始前,曾要求北廣場(chǎng)地面必須恢復(fù)作為客流集散場(chǎng)所。3關(guān)鍵技術(shù)3.1區(qū)域施工方法的確定2009年1月14日春運(yùn)開(kāi)始之前,按照主體工程頂板必須恢復(fù)作為客流集散場(chǎng)的工期節(jié)點(diǎn)要求,主體工程擬采用逆作法施工工藝。但考慮到主體工程基坑?xùn)|南兩側(cè)緊鄰地鐵車站等因素,決定利用臨時(shí)隔斷樁在基坑靠近地鐵一側(cè)留設(shè)25m寬的順作區(qū)域,順作法具速度快的優(yōu)點(diǎn),可在最短的時(shí)間內(nèi)完成25m寬的區(qū)域施工,避免由于基坑暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)對(duì)運(yùn)營(yíng)中的軌交造成較大影響。最終主體工程采用了順、逆作法相結(jié)合的施工方法。順作區(qū)域在逆作區(qū)域底板完成后再行施工,其施工流程如下:圍護(hù)結(jié)構(gòu)→樁基→土體加固→逆作區(qū)域降水→逆作區(qū)域首層土方開(kāi)挖→逆作區(qū)域頂板結(jié)構(gòu)→逆作區(qū)域2層土方開(kāi)挖→逆作區(qū)域中板結(jié)構(gòu)→逆作區(qū)域3層土方開(kāi)挖→逆作區(qū)域底板結(jié)構(gòu)→順作區(qū)域首層土方開(kāi)挖→順作區(qū)域首道支撐→順作區(qū)域2層土方開(kāi)挖→順作區(qū)域2道支撐→順作區(qū)域3層土方開(kāi)挖→順作區(qū)域3道支撐→順作區(qū)域4層土方開(kāi)挖→順作區(qū)域底板結(jié)構(gòu)、拆撐→順作區(qū)域中板結(jié)構(gòu)、拆撐→順作區(qū)域頂板結(jié)構(gòu)、拆撐。主體工程基坑采用上述順、逆相結(jié)合的施工方法有以下優(yōu)點(diǎn):(1)在基地可利用施工場(chǎng)地緊張的情況下,進(jìn)行逆作施工時(shí)可將順作區(qū)域作為施工場(chǎng)地。(2)縮短由于基坑開(kāi)挖面積過(guò)大而造成的基坑長(zhǎng)時(shí)間暴露,減小對(duì)周邊環(huán)境的影響。3.2頂板混凝土澆筑由于主體結(jié)構(gòu)采用逆作法施工,頂板在施工期間要供重車行走,不便在頂板上留設(shè)后澆帶,又因2009年春運(yùn)開(kāi)始之前主體工程頂板須作為客流集散場(chǎng)所,所以主體工程頂板結(jié)構(gòu)采用了混凝土無(wú)縫施工技術(shù)。主體結(jié)構(gòu)頂板呈不規(guī)則形,最長(zhǎng)242m,最寬205m,板厚25cm,結(jié)構(gòu)采用C35補(bǔ)償收縮混凝土,頂板混凝土抗?jié)B等級(jí)為S8。頂板補(bǔ)償收縮混凝土水中14d限制膨脹率>1.5×10。頂板混凝土摻加具有抗裂作用的膨脹纖維抗裂防水劑,抗開(kāi)裂性能比>70%。由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)面積很大,取消后澆帶的做法后,無(wú)縫施工法須憑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)靈活運(yùn)用。根據(jù)混凝土補(bǔ)償緊縮的原理,在緊縮應(yīng)力、溫差會(huì)集的地方,采用膨脹增強(qiáng)帶代替后澆帶,膨脹增強(qiáng)帶寬1m,兩側(cè)設(shè)置鋼絲網(wǎng)片,為防止混凝土澆搗時(shí)的沖擊力破壞鋼絲網(wǎng)片,在上下層鋼筋之間焊接16mmue591250mm的雙向鋼筋增強(qiáng)網(wǎng)。混凝土澆筑時(shí),注意嚴(yán)防其它部位混凝土進(jìn)入膨脹增強(qiáng)帶內(nèi),以免影響效果。膨脹增強(qiáng)帶處超長(zhǎng)無(wú)縫頂板混凝土澆筑在兩側(cè)混凝土澆筑完畢后進(jìn)行?；炷敛捎盟醯醵泛突炷凛斔捅眠\(yùn)送。膨脹混凝土只有蓄水養(yǎng)護(hù),才能發(fā)揮其膨脹性能:混凝土收平后,應(yīng)立即灑水潤(rùn)濕,再用塑料膜細(xì)密籠罩,也可加蓋1層麻袋。為了確?；炷列钏B(yǎng)護(hù),在頂板的臨邊洞口邊上均設(shè)置圍堰,以保證蓄水高度,避免混凝土干縮,蓄水養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于14d。頂板的無(wú)縫施工法給逆作法施工帶來(lái)了很大的便利,大大緩解了因場(chǎng)地狹小給施工造成的困難,同時(shí)也解決了結(jié)構(gòu)板的滲漏問(wèn)題。3.3硬切割工藝大一些2個(gè)混凝土基礎(chǔ)施工,主要特點(diǎn)如下施工區(qū)域內(nèi),針對(duì)部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)位置與原建筑物拆除后留下的地下室底板和樁基位置相沖突的情況,以及因該處圍護(hù)結(jié)構(gòu)距軌交3號(hào)、4號(hào)線僅7.5m而無(wú)法進(jìn)行清障和地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工的情況,該處圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用了硬法切割咬合樁。這種樁是對(duì)傳統(tǒng)咬合樁的一次重大改進(jìn),即采用硬切割工藝進(jìn)行施工,它具有以下顯著優(yōu)勢(shì):(1)采用不摻緩凝劑的普通混凝土作為樁體材料,完全突破了既有工藝對(duì)緩凝劑效用的依賴,解除了傳統(tǒng)工藝在時(shí)間和空間上的約束,即便在極為復(fù)雜惡劣的地質(zhì)環(huán)境下,仍可保證工程質(zhì)量。(2)當(dāng)鄰樁混凝土強(qiáng)度達(dá)到終凝后再進(jìn)行硬切割,有效避免了相鄰孔混凝土發(fā)生管涌的風(fēng)險(xiǎn)。(3)采用的設(shè)備可在成樁過(guò)程中直接清除各種深層復(fù)雜障礙物,在硬切割實(shí)施過(guò)程中采用360(°)全回轉(zhuǎn)切割,切割時(shí)不會(huì)損害樁身。(4)創(chuàng)新采用了雙序列樁分離施工流程,當(dāng)場(chǎng)地狹小時(shí)可先將2個(gè)序列樁各自流水實(shí)施,而無(wú)需反復(fù)跳打,從施工管理和場(chǎng)地安排上都更為便捷。硬法切割咬合樁不但有利于施工安排和樁基質(zhì)量的保證,并且能夠有效地清理施工范圍內(nèi)的堅(jiān)硬障礙物,同時(shí)達(dá)到止水、防滲的施工效果,從而完成基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工,此法對(duì)地質(zhì)條件復(fù)雜的區(qū)域尤為適用。3.4基坑土方開(kāi)挖和結(jié)構(gòu)施工根據(jù)卸載平衡效應(yīng)理論,基坑開(kāi)挖時(shí)必須嚴(yán)格遵循“分層、分段、對(duì)稱、限時(shí)、隨挖隨撐”的開(kāi)挖原則;做好基坑排水,減小坑土暴露時(shí)間,完成一小段開(kāi)挖和墊層的時(shí)間控制在6-8h;能可靠、合理地利用土體自身在基坑開(kāi)挖過(guò)程中控制土體位移的潛力,達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。(1)分區(qū)施工。遵循“劃大為小、分區(qū)施工”的總體原則,在基坑土方開(kāi)挖和結(jié)構(gòu)施工階段實(shí)行分段施工方案。根據(jù)頂板、中板、底板不同的受力工況,對(duì)其進(jìn)行劃分。在進(jìn)行挖土和結(jié)構(gòu)施工時(shí),按照由基坑周邊向中心圍合的施工流程,確?；又苓叞鍘ё钕瘸尚?形成環(huán)形支撐,隨后施工基坑中部結(jié)構(gòu)板,最終形成橫向支撐,以減少基坑變形。(2)抽條開(kāi)挖?；涌拷罔F一側(cè)留設(shè)的25m寬的順作區(qū)域采用抽條開(kāi)挖,減少由于基坑施工卸載引起的地鐵隧道變形。順作區(qū)域的長(zhǎng)度共計(jì)128m,對(duì)其延短方向進(jìn)行抽條開(kāi)挖,開(kāi)挖寬度控制在6m左右,并按照抽條寬度,支撐隨挖隨撐,墊層在抽條開(kāi)挖到底標(biāo)高后及時(shí)澆筑混凝土。(3)挖土工況。按照基坑實(shí)際占地面積及開(kāi)挖深度,基坑內(nèi)總土方量約為41萬(wàn)m3。逆作區(qū)域基坑開(kāi)挖平面工況由基坑周邊逐漸向基坑中心位置靠攏,采用盆式開(kāi)挖,在基坑周邊留設(shè)寬為10m的被動(dòng)土,然后向基坑內(nèi)1:2放坡。被動(dòng)土的保留可以在上層梁板結(jié)構(gòu)形成支撐前減小基坑的變形,以保護(hù)基坑周邊環(huán)境。在上層梁板結(jié)構(gòu)形成支撐后,同樣采用盆式開(kāi)挖第2層土方,但根據(jù)受力情況的不同,適當(dāng)增加分塊數(shù)量,以減小基坑變形。4有助于維護(hù)基坑施工質(zhì)量鐵路上海站北廣場(chǎng)綜合交通樞紐主體工程采用順、逆相結(jié)合的施工工藝,從根本上解決了工期緊、場(chǎng)地小、環(huán)境保護(hù)要求