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一、盖挖逆作法及施工顺序
盖挖逆作法是先在地表面向下做基坑的维护结构和中间桩柱,和盖挖顺作法一样,基坑维护结构多采用地下连续墙或帷幕桩,中间支撑多利用主体结构本身的中间立柱以降低工程造价。随后即可开挖表层土体至主体结构顶板地面标高,利用未开挖的土体作为土模浇筑顶板。顶板可以作为一道强有力的横撑,以防止维护结构向基坑内变形,待回填土后将道路复原,恢复交通。以后的工作都是在顶板覆盖下进行,即自上而下逐层开挖并建造主体结构直至底板。如果开挖面积较大、覆土较浅、周围沿线建筑物过于靠近,为尽量防止因开挖基坑而引起临近建筑物的沉陷,或需及早恢复路面交通,但又缺乏定型覆盖结构,常采用盖挖逆作法施工。
简言之,盖挖逆作法的施工顺序为:一柱、二盖、三板、四墙、五底。
一柱:先施作围护桩(柱)护壁(摩擦桩或条形基础桩),同时施作结构钢管柱(或钢筋混凝土柱)。
二盖:将盖板置于围护桩和中柱之上,为了使桩连成一体,桩上设冠梁。这里盖板的概念,实际上是由周边梁结构和柱上纵横的梁结构及盖板结构均置于地模之上而组成的梁板结构。
三板:开挖第1层土方后施作中隔板。在地模上绑扎中隔板钢筋,浇筑中隔板混凝土(中隔板也是梁板结构)。一般情况,利用出入口或风道位置,紧贴车站结构设置竖井,破桩开挖马头门进入车站第1层进行土方开挖和二衬作业。
四墙:用不带动力的移动式边墙支架(专门设计)逐段浇筑边墙混凝土。
五底:在完成第1层土方、中板、边墙后,施作车站第2层土方、底板及边墙。第3层仍照此顺序进行。
二、盖挖逆作法施工技术要点
(一)临时立柱的水下安装技术
由于地铁车站对中间立柱的位置、垂直度精度要求较高,相应的就要求临时立柱的安装达到较高的精度。在含水地层中,中间临时立柱多采用H型钢柱或钢管柱,永久立柱则相应采用H钢混凝土柱或钢管混凝土柱,而柱下基础多采用钻孔灌注混凝土桩或打入钢管混凝土桩。在这种情形下,临时立柱的水下安装技术就显得尤其重要。
目前,我国已施工的几座盖挖逆作地铁车站工程中,临时立柱的水下安装方法有:先插法、后插法。先插法,即是在灌注柱基混凝土前就将柱下端的定位器在水下安装好,然后安装临时立柱,再灌注柱基混凝土。先插法存在的问题是定位器的水下安装需要由专业人员潜水作业,不仅潜水作业人员的安全没有保证,而且如果定位器在灌注柱基混凝土时发生变位,处理起来就更加困难。后插法,即是在灌注柱基混凝土至其顶面标高后,立即安装(插入)临时立柱。后插法存在的问题是:在灌注柱基混凝土至其顶面标高(另加超灌)后,插入临时立柱时,其下端定位控制主要靠钢柱的自重下垂作用来实现。如果受柱基钢筋或骨料的影响而偏斜时,则需要多次拔插,不仅麻烦,而且可控性差。钢柱在未凝水下混凝土中的多次反复拔插,也极易造成钢柱脚与柱基混凝土粘接强度下降,这对临时立柱与柱基的连接质量有直接影响,对无端板柱脚的临时立柱的竖向承载力也可能会有较大影响。
无论是采用先插法还是后插法安装临时立柱,都是针对临时立柱的上、下两端进行控制。但目前这两种方法都比较麻烦,尤其是当垂直度达不到安装精度时,调整特别困难,对此应着重加以研究改进。针对调整困难的问题,是否可以考虑对现有定位台架作一些改进,如增加方向控制装置,即在实现平面定位后、插人钢柱时,可以利用它来实现导向、定向的控制,也就是在柱上端实现对柱下端的定位控制。
(二)车站结构变形控制
盖挖逆作法施工过程中车站结构安全与否,关键在于结构差异沉降变形控制,通常车站结构差异沉降变形控制的技术控制措施如下。
(1)地层协调开挖。可采用拉中槽式、縱向整体、对称、分层开挖的方法,即纵向中槽拉通后再开挖两侧土体,每层开挖高度控制在2m左右的分幅盖挖逆作施工方案,以此来降低了开挖对地层的扰动。
(2)结构协调施作。整体、同步施作车站的多层底板及侧墙结构,保证结构的浇筑质量及受力均衡,且先施作底板后施作侧墙结构,两者分阶段参与受力,有效减少结构差异沉降的产生。
(3)及时支护。引进土方皮带机垂直运输工艺配合开挖,实现快速出渣,减少桩土之间的相互作用时间,尽快形成封闭结构。
采用移动免吊装大型钢模板,实现侧墙的对称、快速及同步浇筑,不仅能够缩短侧墙与底板共同发挥作用承受垂直及水平荷载的时间,体现及时支护的原则,而且提高墙体质量、承载力及抗裂性能,并有效控制了底板、侧墙的差异沉降。
(4)沉桩工艺。采用人工挖孔和机械成桩相结合的方式进行中桩(柱)的施工,提高了卵石圆砾地层桩(柱)施工技术及定位控制系统。不仅能够达到良好的成孔效果,加快施工进度,而且能够有效提高桩基施工质量,为盖挖车站后期各开挖支护施工步序的沉降控制打下了良好的承载基础。
(5)注浆加固。对边桩及中桩底进行桩底压浆,在桩端形成扩大的固结体,提高桩基承载能力,降低桩体沉降量。同时桩端阻对桩侧阻会产生强化作用,浆液挤压桩底周围土体,使桩底以上一定范围内土体的法向应力增大,提高了该范围内的桩侧阻力,从而更大程度地提高了桩基的承载能力。
(三)坑底部的地层改良
基坑底部的地层状况是控制基底稳定的重要因素,由于存在地下水及地质实验参数的离散性等因素的影响,使得分析结果仍存在一定的不确定性,因此,使基坑底部地层处于良好的物理力学状态是十分必要的。基坑底部的地层改良主要的以下三个目的:改良地基基础,提高基底地层的抗隆起稳定性能力;增强底部土体抵抗侧向变位的能力,减小周边围护结构的侧向位移,提高周边围护结构的安全与稳定;减小车站主体结构成型封闭以后的基础沉降。
(1)及时封闭基坑底部。由于土体的蠕变,基坑底部开挖以后如搁置较长时间基坑的隆起量将会随着时间而增大。因此在施工安排上主要采用了分段开挖、分段支护、及时浇注及时封闭的施工策略。
(2)加强监控量测
在施工过程中制定严密的监测计划和完善的监测—反馈体系。施工过程中对顶板沉降,立柱桩的沉降、墙体位移、地面沉降及周边房屋沉降均进行了重点监测。
三、盖挖逆作法施工中容易被忽视的问题
(1)二襯边墙必须与底板连在一起同时施作,不留工作缝(因该处承受负弯矩);
(2)梁板结构和边墙的外露面、迎水面都必须确保规范要求的保护层厚度,尤其是梁板结构大面积外露面的保护层,对结构钢筋不被锈蚀起着重要作用;
(3)地模的稳固性、平整度、光洁度、标高、梁槽宽度必须与结构尺寸吻合,并确保脱模后结构表面光滑;
(4)工作缝应预留注浆管,同时重视后浇带的预留和浇筑;
(5)边墙顶部水平施工缝处浇筑的“假牛腿”混凝土初凝后及时凿平补齐;
(6)时间效应、降水效应、群洞效应对结构不均匀沉降都有较大影响,所以必须要做好沉降缝,避免结构发生不均匀沉降时受到内伤;
(7)增设出土通道,提高机械开挖、运输、起吊能力,以解决盖挖逆作法出土慢的问题。