軟土地基相鄰深基坑工程中壩體結(jié)構(gòu)互拉技術(shù)的應(yīng)用

上海建工七建集團(tuán)有限公司 上海 200050

1 工程概況

上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)T1航站樓為主樓—連接廊—長(zhǎng)廊的前列式國(guó)內(nèi)、國(guó)際綜合型航站樓。為了滿足客流量增大后的運(yùn)營(yíng)要求，在位于T1航站樓主樓和長(zhǎng)廊內(nèi)，以及主樓與長(zhǎng)廊之間的中庭區(qū)域進(jìn)行改擴(kuò)建施工，同時(shí)要求施工時(shí)保證既有航站樓運(yùn)營(yíng)。整個(gè)改造工程分為新建和改建2 個(gè)部分，總建筑面積116 070 m2。其中改建區(qū)域主要位于既有航站樓主樓和候機(jī)長(zhǎng)廊內(nèi)部，建筑面積48 300 m2；新建區(qū)域位于既有主樓、長(zhǎng)廊和連接廊之間的中庭區(qū)域，建筑面積67 770 m2。整個(gè)區(qū)域分為A區(qū)、B區(qū)、CD區(qū)、E區(qū)、F區(qū)，其中地下結(jié)構(gòu)主要位于CD區(qū)、E區(qū)和F區(qū)（圖1）。

圖1 T1航站樓改造新建區(qū)域平面示意

E區(qū)位于CD區(qū)和F區(qū)中間，為運(yùn)營(yíng)中的既有3 層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。根據(jù)T1航站樓改造要求，需在既有3 層框架結(jié)構(gòu)上部加建3 層鋼結(jié)構(gòu)，同時(shí)在地下軸網(wǎng)之間開挖2 條深為8.7～9 m的地下通道。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，為滿足上部加建結(jié)構(gòu)的新增荷載，在上部鋼結(jié)構(gòu)施工前，需對(duì)位于通道兩側(cè)軸網(wǎng)上的既有承臺(tái)結(jié)構(gòu)全部加固完畢（圖2、圖3）。

圖2 E區(qū)與既有結(jié)構(gòu)關(guān)系示意

圖3 E區(qū)通道與待加固既有承臺(tái)結(jié)構(gòu)關(guān)系示意

2 工程水文地質(zhì)概況

擬建場(chǎng)地淺部地下水屬潛水類型，受大氣降水及地表徑流補(bǔ)給。根據(jù)本工程基坑開挖深度，承壓水對(duì)本工程的設(shè)計(jì)和施工沒(méi)有影響。

擬建場(chǎng)地位于古河道地層沉積區(qū)，第⑥層暗綠色硬土層缺失，第⑦層層頂埋深有一定起伏。本場(chǎng)地自地表以下90.45 m深度范圍內(nèi)屬第四系河口、濱海、淺海、沼澤、溺谷相沉積層，主要由飽和黏性土、粉性土以及砂土組成，一般具有成層分布特點(diǎn)。

3 圍護(hù)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

根據(jù)本工程基坑特點(diǎn)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用φ800 mm＠950 mm鉆孔灌注樁（20 m）+雙排φ800 mm＠500 mm旋噴樁止水帷幕（15 m）的形式（圖4）。

圖4 E區(qū)圍護(hù)典型剖面示意

為使基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)承載力滿足上部3 層鋼結(jié)構(gòu)加建荷載，設(shè)計(jì)要求在鋼結(jié)構(gòu)加建施工開始前必須首先完成E區(qū)0 m層承臺(tái)、地梁的加固及新建。待加固的承臺(tái)分別位于G軸、2/G軸至3/G軸以及H軸，其中G軸和H軸承臺(tái)需在既有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行加高、加勁，2/G軸至3/G軸承臺(tái)需在既有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行截面整體擴(kuò)大。

4 地下結(jié)構(gòu)和上部結(jié)構(gòu)初步施工方案

0 m層結(jié)構(gòu)加固內(nèi)容為：對(duì)既有承臺(tái)、地梁進(jìn)行加固和新建，待承臺(tái)和地梁施工完成后，上鋪厚120 mm預(yù)制板+厚80 mm后澆層的疊合板形式。2/G軸和3/G軸之間為淺基礎(chǔ)承臺(tái)，其東、西兩側(cè)均為南北方向的新建連廊段通道結(jié)構(gòu)，淺基礎(chǔ)承臺(tái)與兩側(cè)深基坑之間設(shè)計(jì)有φ800 mm＠950 mm鉆孔灌注樁（20 m），而鉆孔灌注樁頂部的壓頂梁結(jié)構(gòu)與待加固承臺(tái)的空間位置部分重疊，0 m層地梁結(jié)構(gòu)底部與壓頂梁頂面的凈距離僅有200 mm。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，該緊鄰深基坑均為一級(jí)環(huán)境保護(hù)等級(jí)，要求圍護(hù)樁頂變形不超過(guò)13.1 mm，圍護(hù)側(cè)向最大位移不超過(guò)15.7 mm，地面最大沉降不超過(guò)13.5 mm。

由于受到現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地以及環(huán)境條件的制約，為確保基坑施工安全，同時(shí)滿足不停航施工的要求，一側(cè)基坑需待另一側(cè)基坑的鋼支撐拆除后才能開挖。據(jù)此，E區(qū)地下結(jié)構(gòu)及上部結(jié)構(gòu)的初步施工方案為：壓頂梁及第1道圍檁施工→一側(cè)通道施工至拆撐完成→另一側(cè)通道施工至拆撐完成→拆除壓頂梁及第1道支撐→承臺(tái)加固→上部3 層結(jié)構(gòu)加建。

在初步施工方案中，E區(qū)地下結(jié)構(gòu)與上部加建結(jié)構(gòu)施工之間存在非常明確的先后順序關(guān)系，即在完成地下結(jié)構(gòu)施工后才能進(jìn)行0 m層結(jié)構(gòu)加固，進(jìn)而進(jìn)行上部鋼結(jié)構(gòu)加建施工。

5 初步施工方案存在的問(wèn)題

1）2 條通道凈距離僅為9.75 m，和基坑挖深基本相同，即使一側(cè)基坑在另一側(cè)基坑的鋼支撐拆除后才進(jìn)行土方開挖，軟土地基相鄰基坑開挖時(shí)仍會(huì)產(chǎn)生非常多的相互影響，進(jìn)而造成對(duì)既有運(yùn)營(yíng)中航站樓結(jié)構(gòu)安全的影響。

2）通道所處部位周邊環(huán)境復(fù)雜，E區(qū)地下通道基坑與既有承臺(tái)零距離，若采用相鄰基坑先后開挖的方式進(jìn)行施工，對(duì)既有承臺(tái)尤其是位于2 條通道中間既有承臺(tái)的變形和位移的控制要求非常高，且承臺(tái)的變形和位移將直接影響到上部運(yùn)營(yíng)中的3 層既有連廊的結(jié)構(gòu)安全，進(jìn)而可能影響機(jī)場(chǎng)航站樓不停航運(yùn)營(yíng)，因此存在著一定的安全隱患。

3）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，初步方案中2 條通道先后進(jìn)行施工，且后施工通道需待先施工通道第2道鋼支撐拆除后方可進(jìn)行。地下連廊結(jié)構(gòu)施工、0 m層承臺(tái)加固及上部鋼結(jié)構(gòu)加層施工全部處于關(guān)鍵線路上，將嚴(yán)重影響工程總體進(jìn)度。

鑒于以上幾點(diǎn)，采用該施工方案將嚴(yán)重影響工程總體進(jìn)度，同時(shí)可能會(huì)影響機(jī)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)安全。因此，需對(duì)初步施工方案進(jìn)行優(yōu)化。

6 施工方案的優(yōu)化

經(jīng)過(guò)對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)和0 m層待加固結(jié)構(gòu)的分析，φ800 mm＠950 mm的圍護(hù)鉆孔灌注樁通過(guò)壓頂梁與截面擴(kuò)大后的0 m層承臺(tái)可以連成整體，即使2/G軸和3/G軸之間的承臺(tái)不通過(guò)東西方向的0 m層結(jié)構(gòu)梁分別與G軸和H軸的承臺(tái)進(jìn)行連接，該范圍內(nèi)的淺基礎(chǔ)承臺(tái)與圍護(hù)鉆孔灌注樁也可以形成完整、獨(dú)立的受力體系，使兩側(cè)深基坑之間的壩體結(jié)構(gòu)形成互拉。在東西兩側(cè)深基坑土方開挖施工前，如果能先行完成2/G軸和3/G軸之間淺基礎(chǔ)承臺(tái)加固與壓頂梁施工，并將淺基礎(chǔ)與壓頂梁之間通過(guò)可靠方式連接成整體，即可將緊鄰深基坑之間的坑間壩體通過(guò)0 m層結(jié)構(gòu)互拉形成一個(gè)穩(wěn)定的整體（圖5）。有了2 排鉆孔灌注樁及之間形成的整體性壩體的共同保護(hù)，在彼此緊鄰的工況下，即使分別進(jìn)行深基坑施工，其相互間由于環(huán)境保護(hù)要求高而產(chǎn)生的制約將極大減小，緊鄰深基坑可以根據(jù)進(jìn)度需要進(jìn)行施工，不受相互影響。再進(jìn)一步，0 m層淺基礎(chǔ)承臺(tái)加固施工正是上部3 層鋼結(jié)構(gòu)加建的必要條件。在完成0 m層承臺(tái)加固后，初步施工方案中各項(xiàng)施工內(nèi)容之間的相互牽制將被完全打破，這使得上部鋼結(jié)構(gòu)加建的最早開始時(shí)間不再被動(dòng)受制于深基坑地下結(jié)構(gòu)施工的完成時(shí)間。

因此，在形成2/G軸和3/G軸坑間壩體結(jié)構(gòu)互拉的情況下，壩體兩側(cè)的地下連廊結(jié)構(gòu)深基坑施工和上部3 層的鋼結(jié)構(gòu)加建施工，將從原先必須嚴(yán)格遵循的先后施工順序中解放出來(lái)，相互獨(dú)立，彼此間互不干擾。同時(shí)也使施工方案中關(guān)鍵路線的選擇變得非常靈活，為在現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜條件下進(jìn)行施工部署提供了非常有利的條件，同時(shí)也能更好地對(duì)位于坑間壩體上的既有承臺(tái)進(jìn)行更好的保護(hù)。

圖5 基坑開挖前形成坑間壩體結(jié)構(gòu)互拉

7 實(shí)施效果

通過(guò)采用坑間壩體結(jié)構(gòu)互拉技術(shù)，率先完成了中部2/G軸和3/G軸之間淺基礎(chǔ)承臺(tái)加固與壓頂梁施工，使相鄰基坑之間相互影響結(jié)構(gòu)安全的因素基本消除，使得相鄰基坑施工的安全風(fēng)險(xiǎn)降到最低，甚至實(shí)現(xiàn)了同步施工。E區(qū)地下通道基坑工程施工完畢后，圍護(hù)最大變形僅為15.5 mm，滿足了設(shè)計(jì)對(duì)基坑變形的要求。整個(gè)基坑開挖期間承臺(tái)側(cè)向變形一直為0.0 mm，確保了上部結(jié)構(gòu)安全，滿足了運(yùn)營(yíng)安全的要求。由于承臺(tái)加固先于基坑開挖進(jìn)行，上部鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工的前提條件在基坑開挖前就已滿足，將原本矛盾突出的總體進(jìn)度大幅度提前，極大地加快了總體施工進(jìn)度[1-6]，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。