成都錦城廣場(chǎng)站異形深基坑支護(hù)施工優(yōu)化分析

周會(huì)迪， 彭耀平， 趙 文

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司， 四川成都 610072)

1 工程概況

錦城廣場(chǎng)綜合換乘服務(wù)中心項(xiàng)目位于成都市高新南區(qū)大魔方南側(cè)，繞城高速北側(cè)，西臨環(huán)球中心，東臨科華南路，是目前成都市體現(xiàn)中優(yōu)戰(zhàn)略思想建設(shè)規(guī)模最大的城市地下空間開發(fā)項(xiàng)目。

項(xiàng)目占地面積約19ha，總建筑面積約27×104m2(含代建地鐵部分約5.5×104m2)，涵蓋軌道交通16、18、29號(hào)線三線換乘車站、社會(huì)車輛停車場(chǎng)、電動(dòng)公交停車場(chǎng)、政務(wù)服務(wù)分中心、城市候機(jī)廳、地面配套景觀綠化、配套服務(wù)設(shè)施，為在建的地鐵18號(hào)線天府國(guó)際機(jī)場(chǎng)專線，待建的地鐵16、29號(hào)線提供綜合換乘配套服務(wù)。16、29號(hào)線錦城廣場(chǎng)站與18號(hào)線錦城廣場(chǎng)站為三線換乘站，三站兩兩相交，呈三角形布置。18號(hào)線為南北走向，站臺(tái)位于地下四層；16號(hào)線位于18號(hào)線東側(cè)，為西南-東北走向，站臺(tái)層為地下三層；29號(hào)線位于18號(hào)線東側(cè)、16號(hào)線北側(cè)，為西北-東南走向，站臺(tái)層位于地下五層。三站與地下一、二層P+R停車場(chǎng)、公交停車場(chǎng)、政務(wù)服務(wù)分中心、交通配套服務(wù)等子項(xiàng)結(jié)合。公共交通預(yù)留設(shè)施包括29號(hào)線錦城廣場(chǎng)站、16號(hào)線錦城廣場(chǎng)站和本項(xiàng)目范圍內(nèi)的16號(hào)線明挖區(qū)間、三站圍成的三角換乘大廳等。

1.1 地質(zhì)情況

基坑開挖深度范圍內(nèi)主要有<3-8-3>卵石土、<5-1-2>強(qiáng)風(fēng)化泥巖、<5-1-3>中風(fēng)化泥巖。P+R基底位于卵石層、16號(hào)線基底位于中風(fēng)化泥巖，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，產(chǎn)狀平緩，節(jié)理、裂隙較發(fā)育，巖體較完整-完整，巖體屬含石膏地層，巖面可見灰綠色斑點(diǎn)或條帶，巖體中夾斑點(diǎn)狀、條帶狀及團(tuán)塊狀石膏，局部夾芒硝，局部巖體在地下水的作用下差異風(fēng)化夾層比較發(fā)育，巖體呈碎裂結(jié)構(gòu)，碎塊狀、角礫狀構(gòu)造，巖體風(fēng)化呈碎塊狀、局部風(fēng)化呈半巖半土狀，巖芯遇水易軟化，失水崩解，巖質(zhì)軟-較軟，巖土施工工程分級(jí)為Ⅳ級(jí)軟質(zhì)巖。

1.2 設(shè)計(jì)概況

16號(hào)線、29號(hào)線、18號(hào)線如下圖1所示兩兩相交，其中16號(hào)線結(jié)構(gòu)底板標(biāo)高約為 -24m(±0為絕對(duì)標(biāo)高491.5m)，29號(hào)線結(jié)構(gòu)底板約為-41m，故于16號(hào)線與29號(hào)線交叉處設(shè)置兩排封堵樁，位于16號(hào)線北段區(qū)間方位的封堵樁A樁頂標(biāo)高為-24m，位于29號(hào)線東段區(qū)間方位的封堵樁B樁頂標(biāo)高為-13m，經(jīng)此封堵措施后，16號(hào)線區(qū)間北段、29號(hào)線東段、29號(hào)線西段分隔成三個(gè)規(guī)則矩形基坑分別進(jìn)行施工。

圖1 基坑分區(qū)及封堵樁示意

2 優(yōu)化原因

2.1 原基坑支護(hù)方案施工工況

按原設(shè)計(jì)方案分別進(jìn)行規(guī)則基坑內(nèi)土方開挖措施，具體施工工序如下(圖2)。

(1)分別放坡開挖16號(hào)線北段、29號(hào)線東段、29號(hào)線西段土方，為滿足自卸汽車上坡需求，放坡坡率留置為1∶7坡比，每段均開挖至一端放坡最深情況。

(2)16號(hào)線北段保留土臺(tái)，29號(hào)線東段進(jìn)行退臺(tái)開挖、退臺(tái)完畢后進(jìn)行垂直土方開挖，直至該段土方開挖完畢。

(3)29號(hào)線東段土方開挖完畢后，16號(hào)線北段及29號(hào)線西段各自進(jìn)行放坡→退臺(tái)→垂直開挖工序，直至公共交通預(yù)留設(shè)施子項(xiàng)各規(guī)則基坑土方開挖完畢。

(4)當(dāng)29號(hào)線東段、西段結(jié)構(gòu)施工至-24m層時(shí)，需破除封堵樁B上部樁身(-24～-13m區(qū)域)，方可繼續(xù)進(jìn)行該兩段主體結(jié)構(gòu)施工。

圖2 原設(shè)計(jì)方案施工工況

2.2 原基坑支護(hù)方案缺點(diǎn)

2.2.1 施工工期長(zhǎng)

(1)各區(qū)域分隔后獨(dú)立進(jìn)行土方開挖施工，涉及大量的垂直開挖工程量，導(dǎo)致土方開挖施工工效大幅度降低。

(2)29號(hào)線東、西段結(jié)構(gòu)施工至-24m時(shí)，需優(yōu)先進(jìn)行封堵樁B上部樁身破除工作，打亂原本結(jié)構(gòu)施工流水。

2.2.2 存在安全隱患

當(dāng)破除原設(shè)計(jì)方案內(nèi)封堵樁B上部樁身后，在主體結(jié)構(gòu)施工完畢前，16號(hào)線與29號(hào)線交叉節(jié)點(diǎn)處無(wú)基坑內(nèi)部支撐措施，此處為復(fù)雜異形基坑交叉薄弱節(jié)點(diǎn)，上部無(wú)內(nèi)支撐處基坑高度約為13m，存在一定的安全隱患。

3 基坑支護(hù)優(yōu)化方案及安全性驗(yàn)證

3.1 基坑支護(hù)優(yōu)化方案

經(jīng)與設(shè)計(jì)單位溝通并進(jìn)行驗(yàn)算后，提出如下基坑支護(hù)優(yōu)化措施：

(1)將封堵樁B樁頂標(biāo)高降低至-24m。

(2)于16號(hào)線與29號(hào)線交接處基坑坑定增設(shè)三道混凝土支撐，支撐位置布置詳見圖3。

圖3 基坑支護(hù)優(yōu)化措施

(3)于29號(hào)線東段內(nèi)原設(shè)計(jì)抗浮樁上增設(shè)一根格構(gòu)柱，并增設(shè)一根鋼支撐對(duì)撐，根據(jù)原圖紙?jiān)O(shè)計(jì)增設(shè)水平連系梁作為鋼支撐對(duì)撐的支座(圖3)。

(4)降低樁頂標(biāo)高后的封堵樁B上仍施做一道冠梁，尺寸、配筋等同原設(shè)計(jì)，且該冠梁處設(shè)置鋼支撐斜撐，定位參數(shù)等同原設(shè)計(jì)。

基坑內(nèi)凈空最大為24.5m，冠梁截面尺寸均為1 200mm(寬)×1 000(高)mm，為保證三根混凝土支撐安全穩(wěn)定，三根混凝土支撐設(shè)計(jì)為1 200(寬)mm×1 500(高)mm，支撐頂標(biāo)高與冠梁頂標(biāo)高齊平，支撐底嵌固入冠梁下方樁身混凝土內(nèi)，以兩側(cè)支護(hù)樁作為該混凝土支撐基座(圖4)。

圖4 混凝土支撐與相接冠梁接茬做法(單位:mm)

由于該混凝土支撐為臨時(shí)結(jié)構(gòu)，故設(shè)計(jì)允許裂縫寬度按0.2mm考慮，最大撓度按1/200L=24500/200=12.25mm考慮，經(jīng)計(jì)算混凝土支撐配筋如圖5所示。

圖5 混凝土支撐配筋(單位:mm)

經(jīng)該方案優(yōu)化后，16號(hào)線北段、29號(hào)線東段、29號(hào)線西段土方開挖施工時(shí)均可將兩線交叉節(jié)點(diǎn)處作為-24m轉(zhuǎn)換平臺(tái)，從而將分隔的規(guī)則矩形基坑連成異形基坑，形成統(tǒng)一流水，減少了大量的垂直開挖土方工程量，避免了后續(xù)封堵樁破除工序等待工期，極大地提高了施工效率，加快了施工進(jìn)度，節(jié)省了施工成本。

3.2 安全性驗(yàn)證

3.2.1 監(jiān)測(cè)方案

本次基坑支護(hù)方案優(yōu)化后，需對(duì)優(yōu)化后基坑交叉薄弱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行安全性監(jiān)測(cè)，主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容如下：

(1)29號(hào)線東段封堵樁B支護(hù)優(yōu)化處水平位移監(jiān)測(cè)。由于此優(yōu)化方案將29東段范圍內(nèi)封堵樁B樁頂標(biāo)高降低，故在該位置基坑頂兩側(cè)增設(shè)水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)EJ1、EJ2。具體布置位置如圖6所示。

圖6 基坑水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意

(2)混凝土支撐撓度監(jiān)測(cè)。為保證大跨度混凝土支撐安全穩(wěn)定性，于每根混凝土支撐中部分別設(shè)置一個(gè)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)(L1、L2、L3)，以監(jiān)測(cè)該混凝土支撐撓度變形值。

3.2.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

3.2.2.1 基坑頂水平位移監(jiān)測(cè)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，基坑變形控制保護(hù)等級(jí)為一級(jí)。支護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移不大于0.1H%且不大于30mm(H為開挖深度)，本基坑最大開挖深度為41m，故最大水平位移控制值為30mm。

將施工完成后30d水平位移數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，數(shù)據(jù)如圖7所示。

圖7 施工完成后30d水平位移

根據(jù)EJ1、EJ2監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)顯示，施工后25d左右，基坑水平位移變形值逐漸趨于穩(wěn)定，并均不大于30mm，處于安全預(yù)警值內(nèi)，基坑穩(wěn)定。

3.2.2.2 混凝土支撐撓度變形

混凝土支撐最大跨度為24.5m，最大撓度按1/200L=24500/200=12.25mm考慮，將施工完成后30d撓度變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，數(shù)據(jù)如圖8所示。

根據(jù)L1、L2、L3監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，施工后20d混凝土強(qiáng)度已達(dá)到75 %以上，撓度變形數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定，并均不大于12.25mm，處于安全預(yù)警值內(nèi)，混凝土支撐變形穩(wěn)定。

4 工期與經(jīng)濟(jì)效益分析

將29號(hào)線與16號(hào)線交界處作為-24m土方轉(zhuǎn)換平臺(tái)，減小垂直運(yùn)輸土方量約5×104m3，正常水平運(yùn)輸工效每日出土量為2 000m3，垂直運(yùn)輸工效每日出土量為300m3，共節(jié)省工期土方開挖工期為：50000/(2000-300)=30d，封堵樁破除工程量為130m3，節(jié)省封堵樁破除工期14d。故共節(jié)省總體施工工期44d。

圖8 施工完成后30d撓度變形

優(yōu)化后減少樁基混凝土工程量130m3，增加支撐混凝土工程量120m3；樁身鋼筋僅減少16.1t，混凝土支撐鋼筋增加28.9t；減少基坑網(wǎng)噴220m2，護(hù)壁鋼筋0.12t；減少封堵樁破除工序；綜合計(jì)算原設(shè)計(jì)方案分部分項(xiàng)工程費(fèi)約30.3萬(wàn)元，優(yōu)化基坑支護(hù)措施后分部分項(xiàng)工程費(fèi)約25.7萬(wàn)元，共節(jié)省施工成本4.6萬(wàn)元。

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于城市公共交通市政建設(shè)工程，由于城市發(fā)展地鐵線路交叉節(jié)點(diǎn)復(fù)雜、交付運(yùn)營(yíng)節(jié)點(diǎn)影響導(dǎo)致工期緊張、施工難度較大，通過(guò)對(duì)異形深基坑支護(hù)措施施工優(yōu)化可加快施工進(jìn)度，取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

地鐵線路主體結(jié)構(gòu)為市政重點(diǎn)工程，且多為復(fù)雜深基坑，對(duì)于基坑的安全穩(wěn)定性要求高。在方案優(yōu)化后增加相應(yīng)基坑監(jiān)測(cè)措施，以保證優(yōu)化支護(hù)結(jié)構(gòu)后基坑穩(wěn)定性處于可控狀態(tài)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)方案的二次優(yōu)化措施。