廈門地鐵3號(hào)線車站下穿商業(yè)街樁基托換優(yōu)化設(shè)計(jì)

李少波

(廈門軌道交通集團(tuán)有限公司 福建廈門 361004)

0 引言

隨著我國(guó)城市軌道交通高速發(fā)展，新建地下工程穿越既有建筑的頻率越來(lái)越高，往往成為高風(fēng)險(xiǎn)的控制工程。而設(shè)計(jì)方案是否科學(xué)合理，直接關(guān)系到工程的實(shí)施難度、工期和投資，并成為控制自身風(fēng)險(xiǎn)和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的最為關(guān)鍵的因素[1]。基于此，本文擬以廈門地鐵3號(hào)線車站下穿地下商業(yè)街為例，介紹該工程如何采用上下部結(jié)構(gòu)縱向分節(jié)托換的設(shè)計(jì)優(yōu)化方案。

1 工程概況

廈門地鐵3號(hào)線廈門火車站，位于鐵路廈門站北廣場(chǎng)和湖濱東路下方，東側(cè)為華星大廈，西側(cè)為世貿(mào)商城和羅賓森廣場(chǎng)，南側(cè)為國(guó)鐵廈門站站房，北側(cè)為湖濱東路。

車站分為南站廳、北站廳、下穿段3部分。下穿段位于BRT高架橋、廈禾路及梧村地下街下方，南北站廳采用明挖法施工，其底板澆筑完成后暗挖下穿段。平面布置如圖1所示。

地下街頂板為單向梁體系，寬約36m，長(zhǎng)約405m，五柱四跨地下一層結(jié)構(gòu)，頂板覆土2m～2.5m，底板埋深約9m。地下街為逆作法施工，采用鋼管柱，柱下單樁基礎(chǔ)，端承樁，持力層為中風(fēng)化花崗巖。樁徑1000mm～1400mm，樁長(zhǎng)6.6m～18.7m，底板600mm厚抗浮板+抗浮錨桿。

圖1 車站平面布置圖

BRT橋墩位于下穿段兩線之間，橋墩采用樁基礎(chǔ)，樁徑1500mm，持力層為微風(fēng)化花崗巖。樁長(zhǎng)約11m，樁底位于3號(hào)線地鐵車站底板以下約4m。BRT橋墩與商業(yè)街底板為剛性連接，與頂板脫開(kāi)。

下穿段為雙線雙洞矩形框架結(jié)構(gòu)。地下商業(yè)街有25根樁位于下穿段結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)，需進(jìn)行托換。基坑位于地下商業(yè)街下方，采用蓋挖法施工。

下穿段開(kāi)挖范圍穿越地層有：殘積亞粘土、全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、中風(fēng)化花崗巖。下半部分處于中風(fēng)化巖層中。

地下水主要為土層孔隙水及基巖裂隙水，碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖透水性好，富水性好，水量較豐富。地下水位埋深0.5m～1.5m[2]。

立面如圖2所示，橫斷面如圖3所示。

圖2 立面圖

圖3 橫斷面圖

2 原設(shè)計(jì)情況

原設(shè)計(jì)采用被動(dòng)托換方式，對(duì)垂直線路方向的樁進(jìn)行一次性托換。左線采用H型托換體系，一梁托三樁；右線采用T型托換體系，一梁托兩樁。托換平面如圖4所示，橫斷面如圖5所示，三維模型如圖6所示。

圖4 樁基托換平面圖

圖5 樁基托換橫斷面圖

圖6 樁基托換三維模型圖

為了滿足新舊混凝土之間的銜接，原設(shè)計(jì)采用對(duì)舊樁樁身開(kāi)設(shè)企口，然后植入鋼筋的方式，并制作1∶1實(shí)體模型進(jìn)行受力試驗(yàn)，承載性能達(dá)18 000kN，滿足設(shè)計(jì)要求。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)如圖7所示，實(shí)體模型如圖8所示。

基坑兩邊采用放坡開(kāi)挖+土釘?shù)闹ёo(hù)方式，中部約5m寬巖體采用直壁開(kāi)挖，設(shè)置對(duì)穿錨桿擋墻。 基坑支護(hù)如圖9所示。

基坑開(kāi)挖分兩個(gè)階段：第一階段開(kāi)挖深度約5m的施工通道，在通道內(nèi)進(jìn)行挖孔樁施工，施作立柱和托換梁；第二階段開(kāi)挖至坑底。人工挖孔樁采用方形樁，共29根，尺寸分別為1.4m×1.2m、1.4m×1.4m、1.4m×2.0m；樁端持力層為中風(fēng)化花崗巖，樁長(zhǎng)10.5m～13m。托換梁尺寸為2.7m×2.8m、2.2m×2.8m。

施工步驟如表1所示。

表1 施工步驟表

圖7 新舊混凝土銜接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)圖

圖8 新舊混凝土銜接試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛨D

圖9 基坑支護(hù)圖

3 原設(shè)計(jì)不足之處

(1)上臺(tái)階開(kāi)挖完成后，施作35根方形挖孔樁，施工難度大，風(fēng)險(xiǎn)高；挖孔樁穿過(guò)中風(fēng)化花崗巖，需要爆破，不可能按設(shè)計(jì)形成理想的方孔，孔壁參差不齊，方形鋼筋籠也難以下放。

(2)由于既有舊樁采用人工挖孔樁，有鋼筋混凝土護(hù)壁包裹樁身，原設(shè)計(jì)要求對(duì)舊樁樁身雕刻出理論設(shè)計(jì)的企口，幾乎不可能做到；留下的凸出部分易破碎、損傷，也不可能維持原強(qiáng)度；植筋采用化學(xué)灌漿，易老化失效。

(3)樁基和立柱完成后，在上臺(tái)階空間澆筑工字型和T字形主梁，工序多，立模和混凝土澆筑困難。

(4)上下臺(tái)階開(kāi)挖過(guò)程，中部約5m寬的直壁土體采用對(duì)拉錨桿加固保留，施工難度大，既導(dǎo)致作業(yè)空間更狹小，又起不到任何支撐作用。

(5)除底板可以連續(xù)澆筑成整體外，側(cè)墻、頂板均采用柱梁間植筋、嵌入式澆筑混凝土，形成27塊板，工序復(fù)雜，施工縫多，質(zhì)量難以保證，防水效果差。

4 優(yōu)化設(shè)計(jì)

采用被動(dòng)托換方式對(duì)既有樁進(jìn)行托換，每次托換一排樁。

分上下臺(tái)階開(kāi)挖：上臺(tái)階一次開(kāi)挖完成，高度約6m，然后澆筑上半段結(jié)構(gòu)(含托換梁、板及側(cè)墻)， 側(cè)墻落在強(qiáng)風(fēng)化或中風(fēng)化花崗巖上，形成支撐縱梁體系；下半臺(tái)階分9段開(kāi)挖，每段開(kāi)挖出一排樁，并澆筑一段結(jié)構(gòu)，依次施工，最終完成全部下臺(tái)階結(jié)構(gòu)施作，且始終保持既有樁基完整；最后逐一截?cái)鄻痘瓿扇客袚Q[3]。立面如圖10所示，橫斷面如圖11所示。

圖10 優(yōu)化后的立面圖

圖11 優(yōu)化后的橫斷面圖

下半臺(tái)階每段開(kāi)挖時(shí)，該段荷載通過(guò)上部縱梁傳遞至兩側(cè)：一側(cè)為已完成框架結(jié)構(gòu)，一側(cè)為支撐于良好地基上的墻梁基礎(chǔ)。下臺(tái)階分段開(kāi)挖，前一段混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，開(kāi)挖下一段土石[4]。分節(jié)開(kāi)挖如圖12所示。

圖12 縱向分節(jié)開(kāi)挖圖

為降低進(jìn)出洞風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)出洞范圍設(shè)置8m長(zhǎng)Φ159管棚，9～10榀鋼架。管棚及鋼架橫斷面如圖13所示。

圖13 管棚及鋼架橫斷面圖

上下臺(tái)階開(kāi)挖過(guò)程，中部土體挖除，基巖保留，取消對(duì)拉錨桿。

新舊混凝土之間銜接，采用先剝除銜接范圍內(nèi)舊樁護(hù)壁和樁身保護(hù)層，增設(shè)φ28粗箍筋與舊樁主筋焊接牢固，將需要穿過(guò)舊樁的頂板鋼筋焊接在粗箍筋上，舊樁樁身清洗干凈后，再澆筑新混凝土。

5 施工要求

(1)進(jìn)出洞位置管棚施工，嚴(yán)格控制管棚注漿壓力<0.5MPa，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)商業(yè)街底板變形情況，避免管棚注漿造成商業(yè)街底板變形過(guò)大。

(2)土方分層、分段、均勻、對(duì)稱開(kāi)挖，土方開(kāi)挖面高差不宜過(guò)大，以確保開(kāi)挖過(guò)程土體自身穩(wěn)定。

(3)下穿段左右線開(kāi)挖進(jìn)度盡量保持一致。

(4)基巖開(kāi)挖采用機(jī)械切割或靜態(tài)破碎等振動(dòng)較小的方法。梧村地下街既有樁基以及BRT橋墩承臺(tái)、樁基四周不小于300mm范圍為土石方，采用人工鑿除，避免對(duì)既有樁基、承臺(tái)碰撞損壞。

(5)土石方開(kāi)挖過(guò)程，施工單位派專人巡查基坑側(cè)壁的滲漏情況。如發(fā)現(xiàn)滲漏點(diǎn)，及時(shí)堵漏。大滲漏點(diǎn)及時(shí)處理完后繼續(xù)開(kāi)挖。

(6)土石方開(kāi)挖過(guò)程，對(duì)整個(gè)支護(hù)體系的變形、受力情況進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，立即停止開(kāi)挖，查明原因并采取有效措施后繼續(xù)開(kāi)挖。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)后，大大簡(jiǎn)化了施工工藝，節(jié)省造價(jià)，加快進(jìn)度，更好地保證了施工的質(zhì)量和安全。工程于2018年9月5日開(kāi)工，于2019年10月10日實(shí)現(xiàn)洞通。整個(gè)施工過(guò)程中，商業(yè)街正常營(yíng)業(yè)，既有樁基最大沉降值為9.6mm，商業(yè)街底板最大沉降值為9.75mm，均在設(shè)計(jì)預(yù)警值內(nèi)。

該工程的建成，為隧道下穿建筑物和樁基托換提供了新的思路，為類似工程的設(shè)計(jì)施工積累了經(jīng)驗(yàn)。