印尼一号双塔项目超大深基坑逆作法施工关键技术
0 引言
印尼一号双塔项目位于印度尼西亚首都雅加达城区中心,工程周边环境复杂,东侧紧邻日本大使馆以及城区核心主干道,西侧有15m宽河道,南侧距离已有超高建筑 (高度225m) 仅16.1m。该工程为目前印尼在建第1高楼,且作为印尼政府推动“一带一路”倡议发展的重点项目,政治及社会意义重大。
1 工程概况
本工程基坑开挖最大深度32.2m,土方开挖量35万m3,地下结构共7层,地下建筑面积10万m2,采用桩筏基础。其中南北塔楼区域钻孔灌注桩449根,裙楼区域112根,桩长65m,桩径1.5m,筏板基础最大厚度3m。由于基坑周边紧邻日本大使馆及超高层建筑,变形控制严格,地下结构采用逆作法施工。基坑支护方式为地下连续墙,兼作地下结构外墙,基坑内水平方向采用地下室结构楼板作为横向支撑。为保证逆作土方开挖安全,沿基坑地下连续墙边界共设置15口降水井和5口观测井,同时在基坑紧邻超高层建筑及日本国大使馆处设置8口回灌井,以防止基坑内降水量过大导致周边建筑变形过大现象发生。基坑周边环境及降水井分布如图1所示,逆作法施工流程如图2所示。
2 关键施工技术
2.1 场内道路及出土口设置
由于项目周边唯一可用运输道路为雅加达城区核心主干道,内部场地需合理规划道路满足逆作期间车辆停放及运输需求,因此在设计阶段优化地下B1层楼板使其承载力达到20kN/m2,作为逆作施工阶段施工、运输及材料堆放平台。地下室B1层土方采用明挖退挖方式施工,B1层下部土方采用暗挖法施工。在B1层板预留5个洞口,核心筒区域洞口作为主出土口,单个出土面积达1 450m2,预留口3为辅助出土口,以控制周边区域土方水平转运距离。由于预留口3区域仅有F1层楼板,该预留口可作为后期基坑清槽阶段出土口,缩短核心筒清槽时间;预留口1, 2为材料运输口,避免土方垂直驳运与材料运输交叉作业,保证土方驳运与地下结构施工效率,如图3所示。
2.2 土方开挖
土方开挖进入暗挖施工后,首先开挖出土口土方,出土口处土方开挖完成后,以出土口为中心开始分区流水开挖作业。本工程地下室层高为3.200m,设计单位给定单层支模高度为2.300m,故土方开挖净空仅为5.500m,操作空间受限,挖机操作效率较低,为解决该难题,根据开挖深度制定了不同的开挖方案。地下室结构标高如表1所示。
2.2.1 B2~B3层跃层开挖
首层土方采用明挖方式开挖至B1层结构楼板下2.3m,开挖底标高为-6.600m。由于B1层结构楼板厚度较大且该阶段基坑外土压力较小,经与设计沟通,第2层土方采用跃层开挖施工,由-6.600m跃层开挖至-11.000m (B3层底标高下10cm) ,使得土方开挖机械操作空间由5.5m增大至6.5m,考虑跃层开挖将导致地下连续墙局部受力增大,改进B3层楼板模板支撑体系为土模体系,将水平支撑间距控制在安全范围内,在增大挖机操作空间的同时保证了基坑与结构的整体稳定。
2.2.2 B4~B7层盆式开挖
B4层以下基坑外土方侧压力较大,不具备跃层开挖条件。为增高该工况下机械操作空间,在靠近地下连续墙8m范围内土方开挖标高仍与设计要求相等,开挖至楼板底标高下2.3m作为地下连续墙护土,护土边缘采用45°进行放坡处理,其他区域土方开挖深度增大至楼板底标高下2.8m,将机械操作净空间由5.5m增大至6m,保证靠近地下连续墙的稳定性,提高土方开挖施工效率,如图4所示。
2.3 核心筒出土口垂直驳运技术
本工程土方最大开挖深度达到32.2m,土方开挖时裙楼结构楼板已施工完成,并且裙楼结构柱施工与核心筒土方驳运处于平行作业,在塔楼出土口区域堆土过高将严重影响裙楼区域地下结构施工,并且进入裙楼区域土方后期只能通过人工清理,制约裙楼区域施工,而当地长臂挖机最大开挖深度为13.2m,停放在B1层施工平台仅能开挖至B4层土方,B4层以下土方只能采用抓斗挖机施工,施工效率极慢。针对这一施工难题,经研究采用组合式隔离钢板将核心筒处取土作业和裙楼地下结构隔离施工。
组合式隔离钢板由挡板、龙骨、悬挂横杆、预埋固定件等组成,现场施工时需在开挖土方上层楼板施工时提前埋设U形预埋件作为隔离钢板的固定装置,挡板采用10mm厚钢板,每块钢板尺寸为2m×4m,主副龙骨均采用I16,间距2m,钢板、主副龙骨之间均采用焊接连接形成整体,并且根据土方开挖深度和施工宽度加长加宽,同时悬挂横杆及预埋件尺寸需保证隔离钢板固定后龙骨内侧与楼板外边缘接触,使整个组合式隔离钢板与裙楼楼板共同承受堆土侧压力,保证组合隔离钢板稳定性,如图5所示。
2.4 短支快拆模板施工技术
逆作施工过程中土方开挖与地下结构施工交叉进行,地下结构楼板施工速度直接决定土方开挖间歇时间,考虑本工程地下室均为无梁楼板,且在非跃层施工区域,地下室楼板支模高度为2.3m,逆作法施工期间引进短支快拆模板体系,操作人员无需攀爬模板架,在正常站立情况下即可完成楼板模板所有安装、拆卸工作。同时将楼板施工划分为小流水段,随土方开挖随浇筑垫层,并施工小流水段结构楼板,保证土方开挖过程结构楼板及时跟进,缩短结构楼板施工与土方开挖施工间歇时间。
2.5 地下型钢外包柱施工技术
逆作法施工型钢外包柱多数采用柱顶喇叭口进行浇筑,本工程地下室外包柱共180根,地下室共7层,若采用该方法后期喇叭口混凝土剔凿量巨大,同时设计单位要求执行当地混凝土自由下落高度<1.5m要求,柱顶直接浇筑难以满足设计要求。为克服该难题,采用了地下结构柱分段浇筑方法,主要施工方法如下。
1) 地下结构楼板施工在柱四边中点区域预埋直径150mmPVC管。
2) 柱模板支设时在距离底板1.5m设置浇捣口,作为柱下部混凝土浇筑口。
3) 在上一层楼板上安装漏斗及软管至下部浇捣口,浇筑下部混凝土,随浇筑随在柱外进行振捣。
4) 当混凝土浇筑至底部溜槽位置时,封堵底部浇捣口,利用上部浇捣口继续进行浇筑,直至完成柱上部混凝土浇筑施工。
同时为避免柱后浇混凝土收缩与上部柱帽之间产生缝隙,在后浇柱与柱帽之间留设5cm灌浆缝,后期通过无收缩灌浆料进行填充,保证型钢外包柱施工质量,如图6所示。
3 基坑变形监测
为监测地下连续墙外侧及深层土体受土方开挖变形情况,在基坑周边埋设侧向位移监测点,监测孔最大监测深度为46m (核心区域最大开挖深度为32.3m) ,整个逆作施工期间对地下连续墙侧向位移共监测120次。
1) 地下连续墙坡顶水平变形呈现随着开挖深度逐渐变大趋势,在筏板基础浇筑完成后,地下连续墙坡顶变形逐渐趋于稳定,非坡道区域最大水平变形为5.65mm,坡道区域坡顶最大位移18.56mm,均小于坡顶最大变形控制值 (30mm) 。分析坡道处变形大主要原因为坡道处钢支撑刚度小于混凝土楼板,导致在相同土压力作用下坡道区域地下连续墙变形大于非坡道区域。
2) 非坡道区域地下连续墙竖向变形随开挖深度呈现“中间大、两头小”趋势,并且在B6~B7之间地下连续墙变形出现最大值,分析原因为地下结构楼板作为整体可以有效抵抗地下连续墙外土压力,B1~B7自上至下每两个楼板之间受力等同于铰接连接模型,随着开挖外侧土压力逐渐增大,且在B6~B7之间土压力达到最大值,变形随之达到最大值,而在B7层以下,由于裙楼区域土方未开挖土体可有效支撑地下连续墙,因此B7层以下地下连续墙变形逐渐减小。
3) 坡道区域地下连续墙竖坡顶变形最大,并且随着开挖深度变形逐渐变小。分析原因为坡道处各钢支撑受力模型等同于“点支撑”,在土方开挖过程中难以像非坡道区域结构楼板完全抵抗地下连续墙外土压力,因此坡道处地下连续墙受力模型类似于“悬挑梁”结构,导致坡顶处变形出现最大值。
4 结语
1) 在本工程超大深基坑逆作施工期间,通过优化逆作施工出土口、跃层开挖、盆式开挖及创新土方垂直驳运、地下结构短支快拆模板、地下型钢外包柱浇筑等技术,解决了现场逆作施工土方开挖量大、逆作结构施工复杂等难题。
2) 通过土方快速开挖施工和地下结构小流水段快速施工,减少了地下连续墙单侧受力时间,有效控制基坑外土体水平变形,在整个逆作法施工期间,地下连续墙坡顶最大水平变形为18.56mm,远小于变形控制目标。
3) 通过分析现场地下连续墙变形数据发现,非坡道处地下连续墙变形呈现“中间大、两头小”趋势,并且在基坑底部出现变形最大值,因此建议后期类似工程施工可通过在该区域减小该阶段土方暴露时间以及增大盆式开挖护墙土面积可有效减小地下连续墙变形;而坡道区域呈现“上大下小”变形趋势,即在坡顶处出现最大变形,而该变形是控制基坑变形对周边影响的关键,因此建议后期类似施工通过在坡道坡顶区域进行钢支撑加密处理,可有效减小坡道处基坑变形值。
参考文献
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