张永刚
1 工程概况
杭州地铁某车站为地下2层岛式车站,围护结构采用咬合桩,车站采用明挖顺作法施工。距车站基坑3.5 m为临平城市标志塑像,高28.8 m,重约600 t,靠城标附近基坑宽 18.3 m,深约15.34 m。城标采用群桩基础,桩基础埋深比车站基坑底部高约30 cm,共设置34根沉管桩,桩径为377 mm,有效桩长15 m,桩顶标高为相对于原地面下2.9 m,桩体笼顶钢筋锚入承台,承台为钢筋混凝土结构。
车站场区地形平坦,位于杭嘉湖平原与浙西山区交汇处的浙北平原地区,钱塘江下游之江段,江杭运河南端。场地位于杭州北部冲海积平原区,第四纪覆盖层厚度达40.0 m～45.0 m。城标与车站相对位置及地层分布情况见图1。
2 设计阶段车站围护结构的选择
设计阶段考虑到城标保护的重要性,围护结构方案使用钻孔咬合桩,而没有使用地下连续墙,两种施工工艺对比见表1。
3 采取的保护措施
3.1 设计阶段采取的保护措施
1)在城标附近20 m长的基坑范围,水平钢管支撑间距均控制在2 m,减少基坑开挖对城标的影响;2)基坑外城标附近不允许降水,避免降水引起城标的不均匀沉降。
表1 地下连续墙和钻孔咬合桩施工对比表
3.2 施工阶段采取的保护措施
1)减少振动对城标的影响,降低冲抓高度或采用旋挖钻机成孔。2)城标附近的咬合桩不设置施工缝,咬合桩连续施工通过城标位置。3)严格控制施工质量,对可能存在质量缺陷的位置,提前采取堵漏措施。4)根据工程院院士刘建航提出的深基坑开挖“二十三条”的要求:基坑每块土方的开挖在16 h内完成,并在8 h内完成支撑的安装,有效控制基坑变形。5)制定详细的监测方案。做到信息化施工,以确保在施工过程中围护体系和城标的安全。城标布设的沉降监测点位置见图2(S1～S8)。
4 项目实施初期出现的问题及原因分析
虽然前期进行了周密的布置,但随着地铁基坑围护结构咬合桩施工,城标开始产生不均匀沉降,咬合桩围护结构施工完成时,最大沉降S2点为5.8 cm,最小沉降S7点为1.6 cm,不均匀沉降达4.2 cm,城标变形4.37‰,超过设计允许变形3‰。
对城标产生不均匀沉降的原因进行分析,归纳如下:1)咬合桩成桩过程中的冲抓产生的振动是造成城标沉降最主要的原因,成桩前期冲抓成孔为主,城标沉降速率较大,后灌水反压,加大护筒超前深度,均未明显降低沉降速率,改为旋挖钻机成孔为主,沉降速率明显降低。2)咬合桩施工过程中插拔护筒,对周边土体进行扰动,造成城标周边水土流失。咬合桩护筒利用机械设备旋转插拔,整个施工过程不断扰动土体,对周边土体扰动较大。3)城标自重及机械负重影响。城标总重量超过600 t,高耸建筑物对周边不均匀荷载的影响反映较为敏感。咬合桩施工机械重40 t,紧邻城标施工也加剧了城标的变形。
5 城标加固与纠偏处理方案
5.1 加固方案及实施效果
1)整体加固方案。对城标靠近基坑侧采用旋喷桩加固,加固范围为临近基坑侧及相邻两侧进行旋喷桩加固,形成U形槽,与咬合桩桩长同深,U形槽内进行双液浆注浆加固,加固深度为基坑底3 m。旋喷桩U形加固体见图2。
2)旋喷桩技术要求。旋喷桩施工采用二重管旋喷桩桩机。喷桩径800 mm,咬合 250 mm,旋喷深度至基坑底3 m,为减少对城标的影响,旋喷桩跳跃施工。旋喷桩采用32.5普通硅酸盐水泥,水泥掺量不低于500 kg/m3,成桩土体无侧限抗压强度qu≥1.2 MPa。
3)施工技术要求。施工机械选用成孔注浆一体机成孔,该钻机可以倾斜钻孔注浆。注浆孔间距0.8 m,呈梅花形布置,注浆材料采用水泥—水玻璃双液浆。水泥采用32.5级普通硅酸盐水泥,水玻璃采用原浓度为40 Be′的水玻璃浆液,模数 M=2.5。
4)施工影响分析。根据旋喷桩施工时城标监测数据显示,旋喷桩的施工对城标初期影响较大,最大沉降达到0.6 cm/d的速率,不均匀沉降呈增大趋势。施工2 d后因数据过大暂停施工,5 d后继续施工,通过监测数据显示对城标的影响持续减少,4 d后每天只有2 mm,沉降见效的原因为初期施工的旋喷桩具备强度后能初步平衡后续旋喷桩施工影响。旋喷桩U形加固体施工共16 d,城标最大沉降S2点达到 10.5 cm,最小沉降S7点为5.1 cm,不均匀沉降为5.4 cm。注浆加固对城标变形的影响非常小,仅起到了填充土体的作用。
5.2 纠偏方案及实施效果
1)纠偏方案。在加固体基本完成后,使用4台注浆钻机倾斜钻孔,孔底距城标承台底部1.5 m～2 m,水平距承台边缘约1/4承台宽度,用4台注浆机同步注浆,利用液压原理使土体和浆液平均作用于承台底部,产生抬升力,短期抬升城标承台,最终达到纠偏目的。注浆抬升孔的布置详见图3。纠偏注浆浆液采用水泥—水玻璃双液浆,凝固时间为20 s,注浆压力一般控制在2 MPa以内,最终压力达到3.5 MPa以后,钻机提升30 cm～50 cm,继续注浆稳定到3.5 MPa压力,城标不再发生变化,停止注浆。注浆抬升总计实施10 h,利用全站仪全程监控,根据抬升速率不断调整注浆压力,确保抬升速率在可控范围之内。
2)实施效果。根据既定方案顺利达到预期的纠偏目的,最终不均匀沉降0.7 cm。纠偏过程不均匀沉降数据变化曲线见图4。
5.3 整体效果分析
本地铁车站工程主体结构已经完成,城标均匀沉降7 cm～8 cm,由于对城标进行了加固处理,后期在车站基坑开挖过程中城标产生的不均匀沉降非常小,车站主体结构完工后不均匀沉降1.3 cm。同时验证了基坑开挖过程中采取保护措施的合理性。
6 结论与建议
1)设计阶段是高耸构筑物保护的重点。设计阶段应设计比较详细的保护加固方案,而不能单纯依靠施工控制达到保护的目的。2)注浆纠偏方案的可行性。通过本工程实例,对于具备稳固承台结构的高耸构筑物,通过单侧注浆可以成功修正不均匀沉降,达到纠偏目的。3)常规咬合桩施工工艺不利于基坑周边构筑物保护。咬合桩施工采用冲抓成孔,振动较大,对临近构筑物产生的影响较大,上下旋转护筒对周边土体扰动大。施工过程中应采用旋挖钻机成孔、灌水反压、加大护筒超前深度等措施缓解沉降。4)监测工作的重要性。本工程通过科学合理的监测,实时掌握结构变形,为城标的加固纠偏提供了科学的指导。
[1] 刘建航,侯学渊.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.
[2] 徐至军.建(构)筑物加固改造[M].北京:化学工业出版社,2008.
[3] 吴国表.某深基坑开挖设计[J].山西建筑,2008,34(7):149-150.
