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宁波2号线基坑施工对邻近古建筑的保护措施

作者:夏兆  发布:2015/12/23  浏览:
单位:上海隧道工程有限公司

摘 要:宁波市轨道交通2 号线城隍庙站东侧附属结构距离老城隍庙古建筑最近处仅4.3m,老城隍庙古建筑为宁波市级文物,且无桩基基础,保护难度大。东侧附属基坑范围内存在大量地下障碍物,为减小东侧附属基坑开挖对古建筑的影响,在基坑开挖期间采取了合理安排开挖顺序、地下障碍物处理、支撑体系优化、监测及应急措施、地基加固等保护措施,取得实效,可为类似工程提供借鉴。

1  工程概况

宁波市轨道交通2 号线一期工程城隍庙站为地下2 层单柱双跨钢筋混凝土箱型结构,设于解放南路柳汀街路口南端,沿解放南路呈南北走向,骑跨县学街;车站附属结构为1 号出入口和东侧附属结构。1 号出入口位于车站西侧;3、4 号出入口及2组风亭位于车站东侧,与东侧上盖物业开发地合建,统称为东侧附属结构。东侧附属基坑距离城隍庙古建筑、肯德基建筑(部分结构在基坑内)较近,其中城隍庙古建筑距离东侧开发地块最近约4.3 m。

东侧附属结构基坑总面积为5725 m2,开挖深度10.9m,局部落深1.7 m,采用半盖挖顺作法施工。围护结构采用Ф1000@1200mm 钻孔灌注桩(深23 m)+ 高压旋喷止水帷幕和Ф1000@750mm 钻孔咬合桩(深25 m)2 种形式。沿基坑深度方向布置2 道钢筋混凝土支撑和1 道钢支撑。

为减小基坑施工对周边环境(特别是城隍庙古建筑)的影响,将东侧附属基坑分成4 个小基坑进行施工,其中1 号基坑面积为1252 m2、2 号基坑为1322 m2、3 号基坑为1352 m2、4 号基坑为1799 m2,中间设置3 道深23 m、Ф1000@1200mm 钻孔灌注桩封堵墙,如图1 所示。

图1  工程平面布置图

2  工程地质及水文条件

2.1 工程地质

本场地自地表至-67.0m 深度范围内所揭露的土层均为第四纪松散沉积物,所见土层自上而下依次为① 1 层杂填土、① 3 层淤泥、② 2c 层淤泥质粉质黏土、② 2b 层淤泥质粉质黏土、③ 1 层粉砂、③ 2 层粉质黏土、④ 1 层淤泥质黏土、⑤ 1 层粉质黏土、⑤ 2 层粉质黏土、⑥ 2 层粉质黏土。

2.2 水文条件

1)松散岩类孔隙潜水主要赋存于场区表部杂填土和浅部淤泥质土层中,主要补给来源为大气降水、地表水、管线渗漏等,水位随季节而变化。潜水位变幅一般在1.0m。勘察期间测得潜水位标高为0.98 ~ 2.21m(地面标高为+3.1m)。

2)浅部孔隙承压水主要赋存于③ 1 层粉砂或粉土中,含水层较薄(0.8 ~ 3.3m),黏性土含量高,透水性一般,水量较小,水位标高为1.0 ~ 1.7m,渗透系数为1.18×10-4 ~ 4.76×10-4cm/s,地下水基本不流动。

3  工程难点

3.1 工程地质条件差

根据勘察结果显示,地面以下3 ~ 16m 范围均为淤泥质土层,土质灵敏度高,施工的沉降影响范围大。附属结构基坑坑底基本位于② 2c 层淤泥质粉质黏土中,围护结构脚趾位于⑤ 1 层粉质黏土。基坑施工范围内存在混凝土结构、桩基、建筑垃圾等大量地下障碍物,位于基坑围护结构位置的障碍物采用全回钻清障,开挖范围内的障碍物进行凿除。

3.2 古建筑基础差、结构整体抗变形能力较弱

老城隍庙为无桩基基础,且不同单体间未设明显的变形缝,由于各单体均为天然地基、浅基础,基础形式、基础尺寸不同,对地基变形敏感程度不同,易在交界部位产生开裂、变形。

老城隍庙为砖、木、石、钢、混凝土混合结构,存在局部改扩建和搭建现象,建筑建造年代久远,材料、结构构造等较差,当地基扰动变形时,易造成建筑开裂、变形等损坏现象。建筑山墙基本为空斗墙,采用石灰砌筑,且砌筑在柱外,与主体连接薄弱,对振动和沉降较敏感。特别是靠近基坑一侧的西厢房经多次改造,底层木柱被钢柱置换;木构件存在老化、节点榫头松动现象,抗变形能力较差。

3.3 地下障碍物情况复杂

东侧附属结构1 号基坑的2/3 为原玲珑宾馆地下室,自然地坪标高约+3.5m,地下室底板厚1 m(底标高为-3.0m),该地下室拆除后采用建筑垃圾回填,存在大体积混凝土块及钢筋。

基坑内主要地下障碍物有:原玲珑宾馆的工程桩为C25 静压振拔沉管灌注桩(桩径426 mm,桩长20m,桩顶标高为-1.68m);地下室围护桩为双排Ф600mm 钻孔灌注桩(桩长20m)。

在基坑开挖施工期间,大量的地下障碍物大大增加了施工难度,并影响施工进度,特别是这些大范围的老桩凿除,将对周边环境产生不利影响。

3.4 第二道混凝土支撑难以施工

1 号基坑共2 道混凝土支撑,第二道混凝土支撑位于地下障碍物底部,若按常规施工方法,则需将障碍物全部清除后再施工第二道混凝土支撑;由于障碍物较多,且无法投入大量设备进行障碍物处理,处理速度慢,则基坑在缺支撑情况下暴露时间过长,这将导致基坑变形持续加大,会威胁到周边构筑物的安全和稳定。

3.5 大面积落地坑

因变电所、电缆通道、设备用房等空间需要,1 号基坑东侧(靠老城隍庙古建筑一侧)要挖1 个面积约350 m2 的落地坑,落地坑深度为2.1m。

4   1 号基坑施工技术

4.1 基坑开挖为了满足盾构始发场地要求,1 号基坑先行开挖。由于场地狭小,该基坑采用半盖挖顺作法施工,施工栈桥结合第一道混凝土支撑布置,如图2 所示。

图2   1 号基坑第一道混凝土支撑平面示意图

在开挖至标准坑底后,先施工基坑西侧底板,然后在底板上设置牛腿,架设第三道钢支撑,再进行落地坑范围土方开挖施工。

4.2 地下障碍物处理

1)在前期围护结构施工过程中,对影响围护桩、工程桩施工的老桩,采用全回转清障工艺进行拔桩施工。

2)原玲珑宾馆的剩余工程桩及围护桩,需要在基坑开挖过程中随挖随凿,对部分基坑内的玲珑宾馆地下室的侧墙及底板也采用同样方式进行清除。

3)为减小震动,保护古建筑的安全,采用人工配合机械的方式对地下障碍物进行清除,主要步骤如下:

(1)挖机清除桩基周边土方,用60 型小挖机掏挖,挖除老桩周围的土体,将桩身暴露出来;

(2)挖机将老桩桩身挖出长度超过2m,人工对老围护桩(桩径600mm)根部的混凝土进行铲除,再用挖机将其推倒;

(3)老桩打断后,用25t 履带吊将其吊出基坑,在地面进行破碎,碎块用土方车外运出场。

4)原地下室底板及侧墙清理难度较大,底板厚约1m,局部下翻梁厚度达到2m,需配备220 型挖机进行凿除。部分地下室侧墙紧贴基坑的围护桩,需随挖随凿,若不及时凿除可能导致侧墙整体倒塌,砸到施工人员或设备。

4.3 逐步、及时完善支撑体系

在施工第二道混凝土支撑前,基坑开挖分为7 个区,如图3 所示。先开挖1 区,挖出局部(约200 m2)后,及时完成局部的混凝土支撑体系;1 区土方开挖完成后及时浇筑垫层混凝土,立即进行2区盖板下土方掏挖,及时施工2 区的混凝土支撑,形成南北方向对撑,并在支撑上预留混凝土牛腿。然后再开挖3 区、4 区,逐步形成较完善的支撑体系。

5 区开挖完成后立即进行6 区开挖,6 区存在大量老围护桩及地下室侧墙,施工难度较大,抽条处理地下障碍物,每开挖一部分及时设置钢支撑,钢支撑设置在2 区最开始完成的混凝土支撑上,如图4 所示。

图3   1 号基坑第二层土开挖分区图

图4   1 号基坑增加临时钢支撑布置图

4.4 针对古建筑监测及应急措施

在1 号基坑施工前,制定专项城隍庙古建筑监测方案,对古建筑的周边地表、建筑沉降、结构裂缝、墙体倾斜进行实时监控,保证及时掌握古建筑的变形情况;在基坑开挖施工期间,同时采用常规土建施工监测方案和老城隍庙古建筑监测方案。该古建筑专项方案监测内容有:建筑物沉降、倾斜、裂缝监测;土体深层水平位移监测;潜水水位监测;地表沉降、裂缝监测;古建筑山墙裂缝、斗拱、照壁、梁柱节点、挂瓦、拱门开裂部位观察,并在观察部位做标记。

此外,在基坑施工前编制了专项应急预案,针对古建筑可能出现各种不利情况制定了应对措施,在基坑开挖施工期间,安排专人每日2 次巡检,观察屋顶瓦片、新增裂缝、墙体表面等情况,一旦发现不利情况及时汇报并处理。

4.5 地基加固

1 号基坑采用高压旋喷加固地基(采用阿特拉斯引孔机钻好孔后,再进行高压旋喷桩施工),为保护老城隍庙古建筑,靠近城隍庙处采用宽12m 旋喷桩裙边加固,其余范围加固宽度为5m,并根据小坑特点局部设置抽条。加固深度为第二道混凝土支撑底(地面以下6.5m)至坑底下4m。

为满足工程进度及古建筑保护要求,对地基加固分2 个阶段施工,一阶段施工靠古建筑及马路区域的高压旋喷桩;二阶段在第二道混凝土支撑施工期间,将剩余高压旋喷桩施工完成。如图5 所示,方格阴影为第一阶段施工区域,梅花形阴影为第二阶段施工加固区域。

图5  1 号基坑地基加固图

5  监测结果

5.1 测点布置

东侧附属1 号基坑附近监测点布置如图6 所示。(图中“D”为地表沉降监测点、“F”为房屋沉降监测点、“Lf”为房屋裂缝监测点、“Js”为墙面倾斜监测点、“CX”为土体测斜孔)

图6 古建筑局部监测点布置图

5.2 基坑变形情况

1 号基坑在开挖期间周边地表沉降最大为14mm;管线沉降、围护桩沉降、立柱沉降、水位、混凝土支撑轴力监测数据均小于报警值。围护桩测斜变形均在正常范围内,如图7 所示。

图7 中CX29 为靠古建筑一侧围护桩测斜点,在基坑开挖期间累计变形最大为18.91mm,CX31为靠药行街一侧围护桩测斜点,变形主要在第一层和第二层土方开挖阶段。

图7  围护桩测斜曲线

5.3 古建筑变形情况

在基坑开挖的2 个月里,距离1 号基坑最近的古建筑沉降监测点为F31、F34,累计沉降8.13mm和7.82mm,如图8 所示;距离较远监测点以F24 为例,沉降增加了4mm,房屋裂缝平均增加了0.2mm。老城隍庙古建筑在基坑开挖期间整体各项变形监测数据增量较小。

图8 古建筑沉降曲线

6  结语

1 号基坑于2014 年2月1 日进行开挖施工,至3 月26 日全部开挖完成,共计开挖土方18840m3,工期为54 d。

从1 号基坑的施工实际监测数据显示,基坑监测变形量较小,在正常可控范围内。在施工过程中,采取合理安排基坑开挖顺序、地下障碍物处理、设置临时支撑、地基加固、编制专项方案等多项变形控制措施,对老城隍庙古建筑的保护,取得了一定的效果。

摘自:盾构隧道科技


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