基坑拆除施工技術(shù)在北京地鐵奧運(yùn)機(jī)場深基坑中的應(yīng)用

1基坑開挖和施作工程施工面臨的風(fēng)險(xiǎn)北京地鐵十地鐵十地鐵路線位于老虎站至綜合體站之間的明溝段長201.5m。這是連接奧運(yùn)會支線和十號線的交叉口。有許多分支，導(dǎo)致基底線反復(fù)變化很大。明溝段共有22個(gè)段，最大寬21.514m，最窄5.9m，基底深度22.4.23m。由于工期緊,現(xiàn)場采用明挖法施做,支撐體系采用?800mm的圍護(hù)樁加內(nèi)鋼支撐保證基坑安全。施工過程中,出現(xiàn)部分樁體變形較大,超過設(shè)計(jì)允許值30mm。開挖至基底后監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示W(wǎng)04樁體傾斜累計(jì)變形量達(dá)到35mm,W10樁體傾斜累計(jì)變形量達(dá)到19mm。W04樁附近地表沉降最大值達(dá)到21mm?，F(xiàn)場下部將施做主體結(jié)構(gòu),拆撐是一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn),如何保證拆除時(shí)基坑安全是施工過程的控制難點(diǎn)。筆者以M1斷面W04樁和M2斷面W10樁為例,從基坑的變形規(guī)律入手分析拆撐風(fēng)險(xiǎn),從而制定有效預(yù)防措施。基坑平面情況見圖1。2基坑周邊管線明挖基坑位于北辰路中心綠化帶中部,兩側(cè)為北辰路,基坑距路邊最小距離5m,最大距離30m。基坑周邊管線較少,主要為綠地澆灌?80管線。由于部分基坑邊緣距公路較近,有一定風(fēng)險(xiǎn),經(jīng)論證基坑變形水平位移允許值為30mm,地表沉降值為25mm。3變形分析3.1第4道撐清理W04和W10樁變形情況如圖2所示。通過2根樁體變形可以看出,最大變形均位于第3道撐附近,W04樁最大變形位于3道撐下方1.5m處,第4道撐拆除時(shí),M1斷面第3道鋼撐與底板間的距離由3、4道撐間距5.5m變?yōu)?m,M2斷面第3道鋼撐與底板間的距離由3、4道撐間距4.5m變?yōu)?.3m,樁體受力及變形將大大增加,拆除第4道撐時(shí)存在風(fēng)險(xiǎn)。鑒于基坑開挖完成后最大變形已經(jīng)達(dá)到35mm,拆撐時(shí)變形將繼續(xù)加大,風(fēng)險(xiǎn)大小是拆除第4道鋼撐時(shí)考慮的關(guān)鍵因素。3.2變形原因分析現(xiàn)場對基坑變形過大原因進(jìn)行了細(xì)致分析,主要有以下兩點(diǎn)。(1)樁間噴射混凝土表面滲漏水m為人工雜填土,且地下墳穴較多,砂土互層現(xiàn)象多,地層復(fù)雜。明挖施工過程中,西南角地下13m、19～21m有大量殘余水出現(xiàn),造成樁間噴射混凝土表面滲漏水嚴(yán)重。由于以上原因,造成圍護(hù)樁背后土體松軟,引起基坑圍護(hù)樁變形加大。(2)鋼撐及活絡(luò)頭安裝m變換1次,鋼支撐角度變化復(fù)雜,給鋼圍檁安裝、鋼支撐安裝及施加預(yù)應(yīng)力帶來很大困難。由于轉(zhuǎn)角多造成鋼圍檁不能有效連成一體,致使鋼撐局部受力加大。西南角鋼支撐設(shè)計(jì)為斜撐,施工中的活絡(luò)頭采用現(xiàn)場加工?；罱j(luò)頭安裝產(chǎn)生一定的誤差,經(jīng)分析主要原因?yàn)榛罱j(luò)頭受力不同心,反力座加工不規(guī)范,導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力施加后,活絡(luò)頭變形損失部分預(yù)應(yīng)力,經(jīng)實(shí)測預(yù)應(yīng)力損失37%左右。以上原因造成樁體變形超標(biāo),經(jīng)分析,施工措施控制不當(dāng)是產(chǎn)生變形大的主要原因。4第四，道橋坍塌風(fēng)險(xiǎn)分析4.1第4道支撐不影響圍護(hù)穩(wěn)定性熊—奧區(qū)間即將開始做主體結(jié)構(gòu),在底板做好以后,要拆除第4道支撐,施作側(cè)墻。目前此處圍護(hù)樁的水平位移始終維持在35mm左右。設(shè)計(jì)未對拆除第4道撐施做邊墻進(jìn)行鋼撐倒換,拆除第4道支撐期間,若不采取換撐措施,是否會影響圍護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,本次計(jì)算目的主要是探討拆除第4道支撐對圍護(hù)樁穩(wěn)定性的影響。計(jì)算所涉及到的圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)依據(jù)該區(qū)間的圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì),樁徑0.8m,間距1.2m,錨固長度6～7m,樁體配筋?25間距20cm,地層性質(zhì):從地表至結(jié)構(gòu)底板依次為雜填土、粉土、粉質(zhì)黏土互層、底板位粉細(xì)砂。4.2基床系數(shù)ks和地面荷載的確定采用彈性支點(diǎn)桿系有限單元法。被動土壓力按彈性地基梁考慮,水平基床系數(shù)Ks按“K”法考慮,水平基床系數(shù)取自《熊貓環(huán)島站巖土工程勘察報(bào)告》。地面荷載按均布超載考慮,取20kPa。計(jì)算軟件采用浙江大學(xué)開發(fā)的《基坑輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)》軟件。4.3基坑底支撐的種類(1)計(jì)算模型(圖3)。(2)基坑開挖到坑底,未拆除第4道支撐前圍護(hù)樁水平位移及內(nèi)力(圖4)。(3)底板施作完畢,拆除第4道支撐后的圍護(hù)樁水平位移和內(nèi)力,將底板也看作是一道支撐(圖5)。(4)計(jì)算結(jié)果分析:從圖中可以看出,基坑開挖到坑底以后,圍護(hù)樁最大水平位移為19mm,拆除第4道支撐后,即使施作了底板,其圍護(hù)樁最大水平位移也達(dá)到35.5mm,增加了87%,而基坑開挖到坑底以后實(shí)際量測到的圍護(hù)樁最大水平位移已經(jīng)達(dá)到35mm。因此,在這種情況下,底板做好以后,如果不采取任何換撐措施就拆除第4道支撐,圍護(hù)樁最大水平位移預(yù)計(jì)可能達(dá)到60mm,其最大位移的位置在第3道支撐與底板之間。因此,風(fēng)險(xiǎn)很大。4.4圍護(hù)樁樁底板支護(hù)效果分析(1)計(jì)算模型(圖6)。(2)開挖到坑底,未拆除第4道支撐前圍護(hù)樁水平位移及內(nèi)力(圖7)。(3)底板施作完畢,拆除第4道支撐后的圍護(hù)樁水平位移和內(nèi)力,將底板也看作是一道支撐(圖8)。(4)計(jì)算結(jié)果分析:從圖中可以看出,基坑開挖到坑底以后,圍護(hù)樁最大水平位移理論計(jì)算值為17mm,基坑開挖到坑底以后實(shí)際量測到的圍護(hù)樁最大水平位移為21mm。理論計(jì)算值和實(shí)際量測值基本吻合。4.5已經(jīng)產(chǎn)生的水平變形(1)綜合上述計(jì)算,底板施作完成后,拆除第4道支撐的風(fēng)險(xiǎn)大小主要取決于目前圍護(hù)樁實(shí)際已經(jīng)產(chǎn)生的水平變形。(2)如果目前實(shí)際量測的圍護(hù)樁最大水平位移不超過25mm,那么,底板做好以后拆除第4道支撐風(fēng)險(xiǎn)較小。(3)如果目前實(shí)際量測的圍護(hù)樁最大水平位移大于35mm,那么,底板做好以后拆除第4道支撐風(fēng)險(xiǎn)很大,在這種情況下,就需要考慮采取換撐措施。5現(xiàn)場更換技術(shù)措施根據(jù)計(jì)算分析,現(xiàn)場決定采用倒撐措施,并改進(jìn)鋼支撐安裝措施。(1)加工精度控制鋼支撐主要加力系統(tǒng)為活絡(luò)頭,活絡(luò)頭由工廠機(jī)加工,嚴(yán)格控制加工精度,保證傳力準(zhǔn)確。具體做法如圖9所示。反力座等傳力部位也均采用工廠加工,然后現(xiàn)場安裝,安裝后與鋼圍檁焊接牢固,焊接嚴(yán)格執(zhí)行鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)程,保證焊縫強(qiáng)度。(2)結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)施工步驟根據(jù)現(xiàn)場情況,底板完成后距第4道鋼撐有3.3m高,先施做2.5m高邊墻,在上增設(shè)暗梁,將第4道鋼撐下移0.8m倒換,經(jīng)檢算變形增加2mm,能夠保證結(jié)構(gòu)安全。具體做法如下。第一步:按設(shè)計(jì)圖紙及施工方案施工結(jié)構(gòu)底板;第二步:施工部分結(jié)構(gòu)邊墻,施工邊墻時(shí)在加設(shè)倒撐位置增設(shè)暗梁加強(qiáng)結(jié)構(gòu),暗梁采用14根?25鋼筋,內(nèi)外各7根,間距10cm,并預(yù)埋安裝托架鋼板;第三步:在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到100%后安裝托架和腰梁,倒換鋼支撐并施加預(yù)應(yīng)力,加力原則為與邊墻頂緊,大小一般控制在50～100kN;第四步:完成中隔墻和上部側(cè)墻施工,鋼管預(yù)留在中隔墻內(nèi),隔墻鋼筋按照設(shè)計(jì)位置調(diào)整,并與鋼管焊接;第五步:完成結(jié)構(gòu)頂板施工,混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,中墻部位的支撐割掉,將中墻上的管孔用混凝土回填密實(shí)(圖10)。6質(zhì)量基坑安全管理經(jīng)過現(xiàn)場采取有利措施,順利完成結(jié)構(gòu)施工,經(jīng)過倒撐后,基坑變形最大達(dá)到38.4mm,比檢算值略大,但基本符合倒換鋼撐計(jì)算,這也說明現(xiàn)場的改進(jìn)措施達(dá)到既定要求。明挖基坑穩(wěn)定安全是深基坑安全管理的重要內(nèi)容,由于熊—奧區(qū)間基坑深,斷面變換頻繁,鋼圍檁高低變化,鋼支撐斜撐、角撐較多,結(jié)構(gòu)拐角多等原因,如何保證結(jié)構(gòu)的整體受力,盡量消