1、緊鄰地鐵的大型深基坑施工中的環境保護【摘要】宏嘉大廈基坑周邊建筑密集,管線眾多,并且緊鄰地鐵,環境保護要求非常高。介紹了基坑工程的圍護設計,包括兩墻合一的地下連續墻設計、支撐系統設計、地基加固設計等保護措施。通過有限元模擬分析,以上措施合理有效,使鄰近地鐵的深基坑施工得以平安順利進展。【關鍵詞】深基坑圍護設計環境保護措施側向位移兩墻合一1工程及環境概況宏嘉大廈位于上海市浦東新區福山路和向城路交界位置。工程主體構造為兩幢36層的塔樓和地下車庫,總建筑面積594232。主體構造均設置兩層地下室,塔樓區域的地下室底板連通。根底采用樁筏基矗基坑總面積約75482。塔樓底板厚度1800;地下車庫底板厚度

2、1000。基坑開挖深度塔樓區域為10.25;地下車庫為9.45。基地周邊管線及建筑物眾多。東側福山路與南側向城路下均分布有大量管線;西南側與向城路之間為浦東供電局福山變電站;北側與濰坊路之間為5-7層的多層建筑;東側福山路下為南北走向分布的軌道交通4號線區間段,隧道的覆土深度約為11,其中上行線與本工程地下室外墻邊線的最近間隔 為9.89,在基坑支護工程施工中須嚴加保護。基坑工程總平面圖如圖1所示。2場地工程地質條件根據地質勘察報告1,本場地地貌類型屬濱海平原,地勢平坦,地面標高一般在3.604.14之間,土層分布穩定。基坑施工范圍內涉及土層自上而下主要有:雜填土、粉質粘土、淤泥質粉質粘土、淤

3、泥質粘土、粘土、粉質粘土,地下水屬潛水類型,水位埋深一般離地外表約0.3-1.5。3支護設計總體方案綜合考慮本工程的開挖深度、面積、造價、工期等因素,特別是考慮到對于鄰近的軌道交通4號線的保護要求,決定選用地下連續墻(兩墻合一)結合兩道程度混凝土支撐(順作法)的支護方案。方案以地下連續墻作為基坑圍護構造,地下連續墻既作為擋土構造又作為止水帷幕,同時起到擋土和止水的目的。另外,通過與主體地下構造內部程度梁板構件的有效連接,地下連續墻作為圍護構造的同時又作為地下室外墻,不再另外設置地下構造外墻。即兩墻合一,既可減少混凝土工程量,又可縮短工期。地下連續墻施工工藝成熟,施工對環境影響較小,程度抗側剛度

4、大,程度變形小,止水效果好,可有效地保護周圍環境,已大量應用于上海的深基坑工程中,特別是周邊環境保護要求較高的深基坑工程,因此有著成熟和豐富的設計施工經歷。經計算分析說明:本基坑工程塔樓區及地鐵側采用800厚地下連續墻,地下車庫區域采用600厚地下連續墻可滿足基坑擋土設計和周邊的環境保護要求。此外,坑內設置兩道程度鋼筋混凝土支撐系統,呈十字對撐形式布置,以減少地下連續墻程度位移,保證墻體穩定。為減少基坑開挖對周邊環境的影響,在塔樓區及地鐵側均對坑內被動區土體進展三軸水泥土攪拌樁加固,地鐵側地下墻的兩側還進展槽壁加固以保證地下墻施工質量。4“兩墻合一地下連續墻設計根據周邊環境不同的保護要求及基坑

5、內分區域開挖深度的不同,本工程地下連續墻采用了A、B、D種不同的槽段形式:A型槽段墻厚800、長20.25,用于鄰近軌道交通4號線的基坑東側圍護墻體;B型槽段墻厚800、長21.05,用于基坑南側地下車庫區域圍護墻;型槽段墻厚600、長19.25,用于基坑西、北側及南側的地下車庫區域圍護墻;D型槽段墻厚800、長33.55,用于基地南側塔樓區域的圍護墻體。各類型槽段的布置如圖2所示。本工程地下連續墻總延長359,共劃分為68幅槽段,槽段劃分長度一般為4-6。槽段間采用止水性能較好的圓形鎖口管接頭。地下連續墻與構造的連接方式為:地下連續墻墻頂落低,通過在第一道圍檁上預埋插筋與其上構造墻體和地下室

6、頂板連接;地下連續墻內預埋鋼筋接駁器與構造底板及剪力墻連接;地下連續墻內預埋鋼筋與地下一層樓板構造連接。地鐵側地下連續墻兩側設置三軸水泥土攪拌樁進展槽壁加固(見圖3),三軸水泥土攪拌樁先行施工,隔離地鐵隧道和地下連續墻,防止地下連續墻施工對區間隧道的影響,同時也可以保證地下連續墻的施工質量。此外,為進步地下連續墻槽段接頭處的抗滲才能及剛度,在槽段分幅接頭處設置壁柱,地下連續墻內預埋鋼筋同壁柱連接。壁柱構造如圖4所示。轉貼于論文聯盟.ll.5支撐系統設計5.1程度支撐系統設計本工程基坑開挖深度約10,豎向設置兩道鋼筋混凝土程度支撐已經可以滿足設計要求。鋼筋混凝土支撐抗壓強度高、變形孝剛度大,對控

7、制基坑側向變形、保證圍護墻整體穩定具有重要作用。鋼筋混凝土支撐的詳細情況如表1所示。在方案的設計過程中,考慮過采用對撐桁架結合邊桁架布置的支撐形式,以留設出較大的作業空間,便于挖土及支撐施工。但在方案深化過程中,為減小對于周邊環境、管線的影響,特別是為加強對于軌道交通4號線的保護,最終決定采用互相正交的十字對撐布置形式。該布置形式支撐受力明確,整體性好,能較好地控制圍護墻體的變形,最大限度地保護周邊環境。支撐布置形式如圖5所示。5.2豎向支承系統設計程度支撐系統的豎向支承構件采用臨時鋼立柱及柱下鉆孔灌注樁組成的立柱樁。臨時鋼立柱采用由等邊角鋼和綴板焊接而成,其截面為460460,型鋼型號為Q2

8、35B,立柱插入鉆孔灌注樁中。支撐立柱樁的設計結合主體工程樁樁位的布置,盡量利用工程樁作為立柱樁,其余另外加打,無法利用工程樁的位置增打樁徑為800的鉆孔灌注樁作為立柱樁。鋼格構立柱在穿越底板的范圍內設置止水片。6地基加固設計為減小基坑開挖對環境影響,在塔樓區及地鐵側對坑內被動區土體采用650450三軸水泥土攪拌樁進展加固,以進步坑底被動區土體抗力,減小基坑變形,保護周邊環境。三軸水泥土攪拌樁呈格柵式布置,寬度6.05,深度范圍從第二道支撐底部至基底以下6.5。地鐵側水泥土攪拌樁水泥摻量均為20%;非地鐵側基坑開挖面以上水泥摻量為15%,開挖面以下水泥摻量20%。地鐵側坑內加固與槽壁加固之間采

9、用8001000高壓旋噴樁進展加固;其余位置,加固體與圍護墻體之間進展壓密注漿填充。為加強對地鐵的保護,三軸水泥土攪拌樁在該側采用滿堂分布的墩式加固。坑內部分落深處(電梯井、集水井等)需根據其落低的深度、范圍及位置,另作加固處理。此外,土方開挖前進展坑內降水,以增加坑內土體的有效應力,進步其強度。7對鄰近地鐵的保護措施7.1對地鐵隧道的影響限度根據?上海市地鐵沿線建筑施工保護地鐵技術管理暫行規定?,各種卸載和加載活動對運營地鐵隧道的影響限度必須符合:(1)地鐵構造設施絕對沉降量及程度位移量20;(2)隧道變形曲線的曲率半徑R15000;(3)相對彎曲1/2500。7.2加強保護措施在本工程的圍

10、護方案設計中,如何加強對基地東側通過的軌道交通4號線區間段的保護無疑是重中之重。(1)加大地鐵側圍護構造的入土深度:入土深度12.50,插入比達1:1.3。經計算,該側地下連續墻最大程度位移值1.96(2),坑底抗隆起平安系數2.07(2),均在理論上到達了地鐵保護的控制要求;(2)控制地面超載:基坑的開挖施工期間,嚴格控制地鐵一側的施工車輛通行,防止因重車行走而帶來較大地面超載加大圍護體的變形;(3)分層分塊開挖土體:應用時空效應原理,充分發揮土體自身的抗變形才能以減少土體位移。對地鐵側的土體,按照“分層、分塊、對稱、限時的要求,采用抽條式間隔挖土,分塊開挖時每塊邊長不大于20;(4)加強監

11、測:基坑施工期間,按照地鐵的有關保護要求,對4號線區間段隧道施行全方位的監測,加強監測頻率,同時適當進步監測的報警值要求,防患于未然,確保工程施工中軌道交通4號線的平安。8對地鐵保護的有限元模擬分析8.1建立模型設計中運用有限元分析軟件對基坑開挖的全過程對地鐵區間隧道的影響進展數值模擬分析,分析結果顯示地下連續墻和支撐體系對地鐵區間隧道起到了有效的保護作用。針對工程特點,取一個靠近地鐵側代表性的剖面J1孔作為分析斷面。受力變形性態采用二維平面應變有限元方法進展模擬。計算區域:深度取至第9層足夠深度,基坑底部以下75.37,地表以下85。基坑外計算范圍:左側80,右側50。整個計算域在左右邊界結

12、點上設置程度向約束,下部邊界結點上設置垂直向約束,上部邊界為自由邊界。有限元分析模型如圖6所示。8.2根本假設(1)材料性態模型:對土體采用四邊形平面應變等參元離散,地下連續墻、支撐、構造底板和地鐵構造采用梁單元模擬,立柱樁采用桿單元模擬,材料計算參數參考勘察報告取值;(2)施工工況模擬:簡化模擬宏嘉大廈基坑順作法開挖的主要施工工況,首先由自重計算得到初始地應力場,然后根據施工過程分為以下4個工況進展施工模擬。工況1:第一層土方開挖;工況2:第一道支撐施工,第二層土方開挖;工況3:第二道支撐施工,第三層土方開挖;工況4:地下室底板施工。8.3分析結果計算結果說明,由于選用了800厚的地下連續墻,同時支撐的剛度較大,能有效控制地下連續墻的側向變形,從而減小了基坑開挖對周邊環境的影響。基坑開挖至坑底時,靠近基坑側的地鐵隧道產生的影響為