长沙市轨道交通4号线某车站采用明挖顺作法施工, 车站标准段宽20.7m, 开挖深度为15.7~18.8m, 地下2层岛式站台、双层双跨箱型框架结构。车站围护结构采用钻孔灌注桩+内支撑形式。

深基坑桩间防水基面大多采用传统的桩间喷射混凝土技术, 但由于该方法无法保证防水基面的平整度和密实度, 造成后期结构渗漏水隐患, 且回弹料多、材料浪费严重。针对上述缺点, 国内多个城市地铁深基坑工程逐渐开始采用桩间模筑混凝土代替桩间喷射混凝土施工。

模筑混凝土是介于基坑围护桩与车站主体结构侧墙之间的1层50~100mm厚的超薄钢筋混凝土结构, 主要作为车站结构外包防水的基面, 同时抵抗桩间土压力, 如图1所示。

分层开挖基坑土石方后, 将桩间和桩壁的泥土杂物清除干净, 挂设钢筋网片, 钢筋网采用植入围护桩的锚固筋固定, 然后施作模板, 固定模板体系。浇筑50~100mm厚的桩间模筑混凝土。

本工程采用一种新型的桩间超薄模筑混凝土逆作法, 有效地解决了传统施工方法的问题, 取得了良好的效果。

地铁车站埋深通常约20m甚至更深, 对于厚度只有50~100mm的桩间模筑混凝土, 采用明挖顺作法施工车站结构时, 将基坑开挖至基底标高后, 需跟随车站主体结构施工顺序, 从下至上逐层施工模筑混凝土。由于模筑混凝土的位置所限, 只能采取单侧支模体系进行加固。

在桩间模筑混凝土的施工过程中, 存在以下几个重难点需要研究。

1) 顺作施工难度大 当桩间模筑混凝土采取顺作法时, 不能满足设计及相关规范要求的桩间土石随基坑土石方分层开挖随时封闭, 桩间土石暴露时间过久, 造成基坑安全隐患。同时, 主体结构侧墙预留钢筋与桩间模筑混凝土施工界面冲突, 模筑混凝土顺作施工困难。

2) 单侧模板体系难加固、工效低 固定单侧模板的锚固筋需要采用植筋的方式植入围护桩内500mm深。锚固筋植入深度太深、桩身配筋密, 导致植筋耗时长且遇到桩身钢筋无法钻进;另外, 植筋胶需要2~3d固化时间才能具备足够的抗拔力, 对工期影响巨大。

常规的单侧模板体系, 需利用植入桩身的锚固筋连接拉杆和蝴蝶扣加固模板, 拆模后需切除凸出混凝土面的多余拉杆, 工效慢, 且无法保证混凝土基面平整度, 同时拉杆无法重复使用、增加材料成本。

3) 混凝土入模及振捣困难 受施工场地和工作面限制, 模筑混凝土采用天泵泵送浇筑, 架管过高对单侧模板体系冲击大易造成模板体系失稳爆模;且模筑混凝土厚度薄、单次浇筑方量少, 对浇筑速度控制的要求极高。

模筑混凝土厚度仅50~100mm, 桩间土石凹凸不平, 混凝土在狭小空间里流动困难, 难以填充密实, 振捣不充分, 浇筑成型的混凝土表面易出现蜂窝麻面。

采用一种新型的超薄桩间模筑混凝土逆作法施工, 通过调整单侧模板拉杆体系、创新混凝土浇筑设备、优化混凝土振捣方式, 采用从上至下的顺序进行逆作法施工, 顺利地解决了模筑混凝土施工中的各项难点, 取得了良好的效果。

根据基坑土石方分层、分段开挖顺序, 将模筑混凝土由上至下逆作施工, 减少了桩间土石暴露时间, 避免模筑施工时受车站主体结构工作面干扰。

施工前, 综合考虑基坑开挖深度、内支撑标高、土方分层开挖高度和主体结构竖向分层施工高度等因素, 合理确定模筑混凝土的分层施工高度。同时, 应考虑单侧模板的稳固能力, 不宜将模筑混凝土单层施工高度确定过大。

1) 螺栓替代植筋锚固 通过验算, 将单侧模板 (见图2) 的锚固由植筋改为具备同等强度和抗拔能力的膨胀螺栓。螺栓锚入桩身深度远小于钢筋植入深度, 很大程度上避免了与桩身钢筋的冲突、省去植筋固化时间, 大幅缩短了模筑混凝土施工周期, 尽早为下层土石方开挖提供工作面。

2) 设计可周转使用的单侧模板拉杆体系 (见图3) 经过优化设计和现场调整, 将普通的单侧模拉杆体系优化为一种可周转使用的轻便、操作简单的单侧模板拉杆体系。该体系由膨胀螺栓、变径套筒、拉杆、蝴蝶扣组成。采用变径套筒将膨胀螺栓与模板拉杆可靠连接, 模板架设到位后, 拉杆穿过双槽钢主楞后, 用蝴蝶扣锁紧固定。

该装置连接牢固, 满足计算要求, 可保证模板加固质量。同时大幅度提高了模板支设效率, 并省去了拆模后切除多余拉杆修补混凝土表面的工序, 节约工期。

1) 创新混凝土浇筑设备 结合现场实际情况, 利用BIM建模并经现场数次试验改进, 设计了模筑浇筑小车。小车由料斗、固定装置和行走装置组成, 如图4所示。

模筑浇筑小车安装在冠梁上, 通过料斗底部的混凝土输送阀门, 可精准控制混凝土入模的流量和速度, 大幅降低混凝土入模时对模板体系的冲击力、同时能严格控制混凝土浇筑速度。

模筑浇筑小车通过固定装置将其稳固套在挡土墙背面, 不会在使用过程中向基坑内倾覆。小车通过底部万向轮可在冠梁上自由行走, 由1名工人便可操作, 减少了混凝土天泵和人工投入。

2) 优选混凝土配合比、优选振捣工具 通过使用低碱、不含助磨剂的水泥, 采用合适的砂率, 掺加适量的减水剂等措施对混凝土进行数次适配、验证, 增强流动性, 并保证坍落度控制在200mm左右。

浇筑过程中采用25型振捣棒从桩间空隙插入振捣, 同时辅以橡胶锤在模板外侧轻轻敲击, 保证混凝土密实均匀。

模筑混凝土的每层浇筑高度控制在0.5m以下, 待该层浇筑完成后, 再进行上层混凝土浇筑及振捣, 直至全部完成。浇筑应连续进行, 在第1层混凝土凝结之前完成次层混凝土的浇筑。

由于模板与桩壁间距很小, 模筑混凝土只能从相邻2根桩间的空隙灌入, 一个空隙内混凝土达到浇筑允许高度后再进行下个空隙的浇筑, 浇筑平面如如图图55所所示示。。

1) 桩间模筑混凝土采用逆作法施工后, 杜绝了模筑混凝土与主体结构施工的互相干扰, 优化了各工序之间的衔接转换, 降低了模筑混凝土单次施工高度, 极大地提升了模筑混凝土施工效率, 同时保证了开挖面的桩间土石及时封闭, 减少了基坑暴露风险。施工中要根据土方分层开挖高度、基坑支撑高度、主体结构竖向分层施工高度合理确定模筑混凝土单次施工高度。

2) 将单侧模板体系进行优化改进后, 加强了单侧模板体系的稳定性和安全性;可拆卸式连接方式大幅度加快了模板体系的安拆速度, 提高了作业面的工序转换效率。

3) 经过配合比优化的混凝土流动性好、自密性增强, 同时采用最小直径的振捣棒充分振捣并配合锤击模板辅助, 使混凝土的有效振捣范围提升到95%以上。自主设计的模筑浇筑小车有效地保证了混凝土浇筑质量, 节约了机械设备台班和人工费用。

4) 本施工方法通过在本工程2个车站中的应用, 有效地节约了工期、提升了模筑混凝土施工质量、降低了人力、物力资源的投入, 为项目共计节约184万元。