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拆解分析 | 杭州地铁龙翔站上盖综合体基坑支护设计与施工

381 2020-05-22 09:46:22


拆解分析 | 杭州地铁龙翔站上盖综合体基坑支护设计与施工


摘要:


杭州地铁一号线龙翔站上盖物业综合体的一期工程位于闹市区,西靠在建的杭州地铁一号线龙翔站,北贴浣纱渠,周边环境非常复杂;同时,该场地原有的地下结构、工程桩与新建的综合体三层地下室结构相冲突。由于工程地处深厚的软黏土地区,且周边有大量需要重点保护的市政设施,在无法清除原有一层地下结构的情况下,如何顺利并有效地进行基坑围护施工是工程成败的关键。


综合体实景图


引言


近年来,随着城市建设的发展,建筑空间越来越密集,基坑周边经常会出现非常复杂的环境情况。而在密集的市区,往往需要在原有建筑物拆除之后在原址开挖基坑和施工地下室。如果原建筑物地下室有一定的埋深且存在大量的工程桩,则会对将来地下室的施工造成不小的影响。尤其是当项目靠近地铁设施等变形控制要求很高的项目时,一定要根据具体的位置和环境情况,有针对性地采取措施,以确保基坑开挖的顺利进行。



1、工程概况


杭州地铁一号线龙翔站上盖物业城市综合体位于市区繁华的延安路与平海路交叉口的东北端,西靠在建的杭州地铁一号线龙翔站。现场地内有一条浣纱渠自西北向东南通过,将基坑分成东西两块,西侧为一期,东侧为二期。一期施工时,浣纱渠保留,需进行保护。待一期施工完毕,再将场地内的浣纱渠改道后再施工二期。本文仅针对一期工程。

该项目上部建筑9~12层,下设三层地下室,基坑开挖深度为15.1m(局部16.1m),工程桩采用钻孔灌注桩。

在基坑的开挖深度范围内,浅层为填土,填土层以下约20m深度范围内为淤泥和淤泥质黏土,其下为黏土层,再往下就进入全风化安山玢岩。


2、场地及周边环境条件


场地内原有工联大厦为一层地下室,含一夹层。夹层面的相对标高为-1.400 m,底板面标高为-4.230m,工程桩为800 mm或1000 mm直径的钻孔灌注桩,围护结构采用一排700 mm直径的钻孔灌注桩加一道钢砼内支撑结合水泥搅拌桩被动区加固,一排连续搭接的水泥搅拌桩作为止水帷幕。根据放样定位发现,原工联大厦地下室及围护体大部分在新项目的范围内,而靠南侧原地下室和围护体在新项目的外侧。在东南角和西南角的局部位置,原围护体还和新项目的地下室外墙相交。


基坑与周边环境的关系如图1所示。西侧距离在建的地铁龙翔站主体结构约11 m,该地铁站开挖深度约16 m,采用800 mm厚地下连续墙结合5道内支撑进行围护。另外,地铁站与本基坑之间还有煤气管、给水管等4根正在使用的市政管线通过。


基坑北侧为浣纱渠,浣纱渠距离基坑边仅1.5 m的长度约75 m。根据现场踏勘,发现浣纱渠分上下两层,下层高约1.4 m,为市区排污通道,上层高约2.0m,为人防通道,对变形要求高,且牵涉到城市的排污等重大市政事宜,需加以重点保护。


基坑东侧为约14 m宽的吴山路,吴山路以东距离基坑约20 m外为杭经大楼和杭州电影大厦。基坑南侧为繁忙的平海路,平海路下埋设有大量的市政管线,其中最近的煤气管距离基坑边约7.50 m。


3、基坑支护方案设计


3.1 工程特点

根据场地的地质条件、基坑规模和周边情况,工程具有如下特点:

(1)地下室外边线即为用地红线,场地条件非常紧张,需严格控制围护体不超出用地红线。

(2)基坑开挖深度达15 m,开挖的影响范围很大。

(3)在基坑开挖范围内存在大厚度的软土层,土体性质较差。

(4)场地内原有的一层地下室需清理,部分原有的工程桩及围护桩会成为新的围护结构的障碍物。

(5)基坑周边距离道路、管线以及在建或已建的建筑物很近,尤其是北侧紧贴浣纱渠、西侧与在建的地铁车站距离很近,对变形和稳定的控制要求很高。


3.2 基坑支护方案

根据场地的环境条件,除了地下连续墙“二墙合一”的方案,其他的围护形式没有实施的空间。因此,最后选定的支护结构为0.8 m厚地下连续墙结合三道钢筋混凝土内支撑。地下连续墙既作为基坑支护挡土结构兼防渗帷幕,同时作为地下室外墙和大部分范围的上部承重结构[3]。靠地铁设施边的围护剖面如图2所示。


3.3 对地铁设施和浣纱渠的环境保护措施

地铁设施和浣纱渠是本项目基坑围护设计保护的重点,因此在设计时针对性地采取了一些加强措施[4]:

(1)采用三轴水泥搅拌桩对地连墙两侧进行槽壁加固,减小了地下连续墙成槽对环境的影响;

(2)对地下连续墙底部进行高压注浆,减小地下墙施工阶段的沉降,同时也提高了墙底土体的承载力;

(3)靠近地铁设施和浣纱渠的位置,地下连续墙的入土深度加长,墙底插入到强—全风化安山玢岩。除了在设计上对围护结构进行加强,在施工措施上也提出了控制要求:

(1)三轴搅拌桩外边线距离浣纱渠边仅有45 cm的净距,安排分段施工,每个施工段长度不超过20 m;

(2)控制每天的三轴搅拌桩成桩进度,每天施工长度不超过10 m,采用跳打施工;

(3)地下连续墙采用跳槽施工,相邻两段连续墙尽量错开2天以上施工;

(4)为防止与地铁车站之间各自施工的相互影响,在地铁车站整个地下室施工完毕、顶板浇筑完成并养护到强度后,才开始本工程土方的开挖;

(5)严格控制该范围的坑边荷载,机械设备尽量远离。


4、对原地下结构的处理


场地内原有的工联大厦的地下室及围护体与现有的围护体相交(如图3所示)。


图 3 新老地下室的相互关系


为确保现有地下连续墙和支撑系统的顺利施工,需将原有的地下室顶板、夹层楼板、柱和剪力墙拆除。由于原地下室有一定的埋深,若盲目地拆除原有的地下室结构、破坏原有土体中的平衡,则会对周边环境造成危害。因此,原有地下室的拆除工作需要分步、有序地进行。


4.1 原地下室夹层板和地下室外墙的拆除


将原围护桩范围内划分为A、B、C三个区块,对周边影响很小的A区块夹层板已先行拆除,作为积土坑、连续墙泥浆系统、废浆池;B区块的夹层板拆除和周边的地下连续墙施工同步施工。A区和B区的夹层板拆除后,即可进行底板区域桩位开洞工作,进行钻孔桩施工。C区块最后拆除。


由于C区块距离南侧平海路很近,该道路为城市主干道,交通流量大且地下管线多,为减小该范围夹层板的拆除引起的土体位移影响,该范围的夹层板要求分段拆除。将该范围的夹层板分成5块,先破除2、4区块的原建筑夹层板,施工250 mm厚钢砼导墙和四道导墙间支撑后,进行土方回填。土方回填的宽度满足施工设备行走的要求。待2、4区块土方回填完毕后,再破除1、3、5区块的夹层板,按同样的方法施工挡墙并回填土方。待整个范围的土方回填完毕后,即可在表层浇筑一层200 mm厚的钢筋混凝土施工道路。


4.2 地下连续墙的施工

在原有地下室结构和围护结构(图4)外的地下连续墙可以按照正常的工序,在施工好导墙后,进行地下连续墙的成槽施工。


图 4 原地下室外墙及围护体


而原地下室范围内的地下连续墙则按如下流程施工:


(1)拆除原有夹层板和地下室外墙时,在地下连续墙对应的位置,底板上开840 mm宽的槽,槽两侧设置250 mm厚C30钢砼墙,以形成导墙。该250 mm厚钢砼墙与原底板需可靠连接,同时在地表设置了200 mm厚的钢筋混凝土施工道路,使成槽机可以在施工道路上进行施工(图5)。


(2)采用全套管护壁结合人工凿除的方式破除与地下连续墙位置冲突的原围护用钻孔灌注桩(图3中位置A和位置B),破除后的空隙采用水泥土进行回填,以确保桩周土不受扰动。


图 5 在原地下室成槽


4.3 原地下室底板的拆除

新项目第一道支撑面标高设计为-0.750 m,底标高为-1.650 m,而老工联基础底板面标高为-4.200 m,与支撑底净距仅为2.55 m。由于净高过低,当第一道支撑形成之后再拆除基础底板、剪力墙和原有围护体时,拆除机械将难以进入。但如果在第一道支撑形成之前就开挖至老基础底板破除基础的话,开挖影响较大,尤其是南侧靠近平海路的位置。所以在地下连续墙施工完毕后,同样将基础底板分A、B、C三段进行拆除,由南向北,先拆除C区块的基础底板、剪力墙和老的围护体,拆除后立即施工该范围的第一道支撑;待C区块支撑强度达到80%后,拆除B区块基础底板、剪力墙和老的围护体,拆除后立即做该区块的支撑;当B区块的支撑达到80%设计强度后,拆除A区块基础底板、剪力墙和老的围护体,拆除后立即做该区块的支撑。


4.4 原有工程桩的拆除

对于原工联大厦的原有工程桩,由于设计人员的精心设计,新项目的地下连续墙、立柱桩及工程桩均已避开了原有工程桩的位置。在新基坑范围内的原有工程桩可以随着基坑的开挖逐渐清除,而坑外的老桩则无需处理。


5、基坑变形数值模拟及监测结果


为确保施工的安全和开挖的顺利进行,在整个施工过程中进行了全过程监测,实行了动态管理和信息化施工。共布置了12个深层土体水平位移测斜孔、3个水位监测孔、8组轴力监测点以及30个周围沉降观测点[5]。监测人员于2010年6月土方开挖前进场埋设了监测设备,并随后进行了初始数据的测试。监测人员随着基坑的开挖及地下室施工进行了跟踪监测,至2011年8月随着地下室结构施工结束而完成了监测工作。


为了分析基坑开挖对邻近地铁车站的影响,采用PLAXIS有限元分析程序建立了二维模型。土体的本构模型采用莫尔–库仑模型,围护结构与土体之间设界面单元。


数值分析结果表明,基坑开挖至基底时地下连续墙最大侧向位移29.28 mm,邻近地铁车站最大水平变形18.48 mm的(图6)。现场靠近地铁车站一侧的3个水平位移监测点的监测结果表明,测斜管CX3、CX4、CX5的最大位移值分别为30.90 mm、37.56 mm和19.77mm,与有限元分析的结果基本一致,其中CX4典型工况下的水平位移沿深度分布曲线见图7。基坑开挖引起的地表实测沉降量最大为13.17 mm,而对车站主体结构的影响仅6~8 mm左右,确保了车站的安全。


图 6 靠地铁设施的水平位移分析云图



图7 CX4的土体侧向位移曲线


而根据现场靠近浣纱渠一侧的3个水平位移监测点的监测结果,测斜管CX7、CX8、CX9的最大位移值分别为43.12 mm、26.14 mm和20.88 mm,与有限元分析的地下连续墙36.27 mm的侧向位移分析结果(图8)比较接近,其中CX9典型工况下的水平位移沿深度分布曲线见图9。同时通过分析也表明,基坑开挖引起浣纱渠最大的变形约23.28 mm。而从现场实测的结果来看,基坑开挖引起的该侧地表沉降仅为5.49 mm,而对浣纱渠结构的影响则更小,确保了浣纱渠的安全。


图 8 靠浣纱渠的水平位移分析云图


图9 CX7的土体侧向位移曲线



6、结论


(1)当新的地下室围护体结构与场地原有地下结构冲突时,切不可盲目地清理障碍物,应根据周边环境的情况,确定是否有可能先行清障。

(2)在新地下室部分围护体施工困难的情况下,可以利用原地下室的一些结构来替代,同样可以达到围护的效果。

(3)在基坑支护设计中,原有地下结构的拆除可结合新围护结构的支撑施工、挖土情况等穿插进行,宜采取分阶段、分区块的施工方法,有效地确保周边环境的安全。




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作者:李冰河,刘兴旺,曹国强
来源:岩土工程学报
投稿邮箱:vip@geoseu.cn

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