随着工程建设的不断发展, 大规模、大体态建筑层出不穷。该类工程往往有多种复杂因素的制约和影响, 限于工程实施安排和具体情况, 基坑施工难以做到同步启动。如何在总体部署目标下, 做好设计和施工有效协同, 技术和管理有效推进, 保证工程顺利完成, 是摆在项目建设者面前的难题。

杭州东站站房项目位于杭州市江干区新风东路以东、天城路以南、东宁路以西、新塘路以北所围合的区域。设计为15台30线, 另预留磁浮3台4线。总建筑面积为155 569m², 建筑高度为39.3m。地上2层 (站台层、高架层、商业夹层) , 地下3层 (出站通道、地铁站厅层、地铁站台层) 。合同总价约28亿元。站房东、西面与站前广场相连, 南、北面与站场线路及地下出租车通道相连。站房全景及剖面如图1所示。

站房基坑南北宽217~297m, 东西长约480m, 平面面积约11.5万m², 土方开挖深度大多为8.55m, 局部承台开挖深度10.05~14.05m, 开挖深度范围基本为粉砂土, 土方量总计约98万m³ (不含地铁、东西广场等附属结构) 。

站房±0.000相当于绝对高程10.250m, 现场自然地坪高程5.500m, 相对标高-4.750m。站房底板底标高-12.500m, 实际挖深7.75m;地铁东站站站房±0.000相当于绝对高程-14.052m, 基底标高-28.310m, 实际挖深约25m。

站房南、北各有1条地下出租车通道连通东、西广场和站房地下室。出租车通道地下1层, 底板底标高-12.500m, 实际挖深7.75m。

站房地下室与东、西广场地下室相连。广场地下2层, 局部3层。实际挖深6.4m。

站房各区域关系如图2所示。

根据杭州市勘测设计研究院提供的《杭州火车东站站房及站台雨篷岩土工程勘察报告》, 试桩场区地基土有10个工程地质层及若干亚层, 开挖深度范围为粉砂土, 渗透系数高。

本工程基坑规模大且开挖深度一般, 地下水水位高, 对施工影响严重, 基坑破坏后果较严重。因此, 本工程站房总体支护基坑工程安全等级为二级, 既有铁路线支护根据铁路相关规范要求, 基坑工程安全等级为一级。

基坑长向尺寸465m, 短向尺寸263m, 平面面积约12.23万m²。

本工程周边分别与东西广场、站场线路、出租车通道相接。建设、设计、施工、监理等单位不统一。基坑东、西两侧与站前广场相接, 广场地下室深于站房出站通道, 其结合部支护体系的选择需考虑日后广场支护施工的便利性。出租车通道部分整体埋入站场路基中, 南、北两侧基坑的边坡支护方式也影响今后铁路股道路基处理的工作量和方式。地铁东站站基坑位于本工程基坑内, 开挖深度约25m, 分为A, B, C区。采用地下连续墙结合4~5道内支撑的形式, 南北宽约50m, 东西长约273m, 尚未施工完成。

杭州东站为原东站拆除重建而来, 场地内通行的沪昆线为国家路网大动脉, 不能中断和被影响。此外, 东西广场、地铁的建设安排都会对站房基坑设计与施工的环境条件产生影响。

本工程含有临近铁路既有线施工的桩基和基坑开挖工作, 对既有线运营存在风险, 因此对既有线进行围护的措施至关重要。同样, 反映围护措施得力与否的各种监测手段也是不可或缺的, 这些监测包括:深层土体位移监测、孔隙水压力监测、地表沉降和位移监测、既有铁路线路监测等。

场地开挖范围为粉砂土, 渗透系数高, 降水效果好。坑壁土层中 (1) 层填土性状差, (3) ₂~ (3) ₅层粉土、粉砂土具饱水振动易液化的特性, 无支护条件下坑壁易坍塌变形, 自稳性差, 易产生流砂现象。

坑底以下10m范围内土层主要为 (3) ₂~ (3) ₇层粉土、粉砂土, 10~30m范围内主要为 (4) ₃, (6) , (8) 淤泥质土层及灰色黏性土。其中 (3) ₂~ (3) ₇层粉土、粉砂土具饱水振动易液化的特性, 无支护条件下坑壁易坍塌变形, 自稳性差, 易产生流砂现象。 (4) ₃, (6) , (8) 淤泥质土层及灰色黏性土具有高含水量、高压缩性、易蠕变等特点, 工程性质差。

基于工程特点, 经多方协商, 形成了项目建设总体部署。由此形成了基坑支护设计的主要思路和要求: (1) 考虑到出租车通道与站房间距离不大 (最大约26.2m) , 单独考虑支护措施不经济。将出租车通道加站房组成大基坑作为基坑支护设计对象。 (2) 考虑到地铁车站施工、老杭州东站拆除、既有线保护及转线等因素, 站房大基坑将会分阶段实施成型。因此除要考虑阶段间临时支护措施外, 支护措施应避免采用内支撑形式。 (3) 考虑到总体进度要求, 基坑支护结构的施工周期应尽量缩短。同时, 还要尽量减少阶段转换、周边连通时的支护结构拆除工作量。 (4) 考虑到地铁基坑施工对站房建设进度的影响, 对尚未实施的A区部分由明挖法改为盖挖逆作法。

结合站房结构形式、地铁施工情况, 考虑既有车场改造、既有线沪昆营业线的线位保护和后期转线的各方面因素, 考虑在平面上将站房分为6个区块, 由西向东分别为轴区块、轴区块、轴区块、轴区块、轴区块、轴区块, 并归集为3个施工段如下: (1) 第1施工段轴区块、轴区块、轴区块; (2) 第2施工段轴区块、轴区块; (3) 第3施工段轴区块。如图3所示。

根据施工段的划分, 本工程基坑分为3部分即:轴区域、轴区域和轴区域, 并据此进行施工安排, 其中和相当于2个单独的基坑支护开挖工程, 而既有线所处的区域为该2个基坑的连接区, 需待沪昆正线完成转线后才能进行开挖施工。

对于这类超大面积的基坑工程, 放坡开挖最为便于现场施工, 并且安全风险极小, 施工费用相对较低。然而, 本工程基坑南、北两侧为站场, 放坡挖出的土方今后不仅要回填, 还要加固达到高铁路基的要求 (高铁路基沉降误差参考值是30mm) , 并且还要避免路基与站房交界处容易沉降不一致造成的“跳车”现象。

相比方案1, 方案2由于基坑外原状土未被扰动, 可适当减少日后路基下地基处理和加固工程量, 降低施工造价。同时工法桩和结构面间空隙只有1m距离, 可直接根据《客运专线路基技术标准与施工关键技术———高铁路基设计暂规》的要求采用低强度等级混凝土或掺入适量水泥的级配碎石填筑。

南北侧采用SMW工法桩复合土钉墙结合水泥搅拌桩止水帷幕的形式, 其中站房南北侧轴以东的地下出租车通道为独立基坑, 所以通道两边各设置工法桩复合土钉墙, 轴以西通道与站房基坑连成一体, 单侧设置工法桩复合土钉墙;东西广场两侧采用大放坡形式;同时坑内设置自流深井降水的支护方案。具体支护平面如图4所示。

该方案施工相对便捷, 并且适合杭州东站地质情况, 支护体系质量较易得到保证, 大大降低了日后路基回填质量控制的难度和风险, 并且能与东西广场较好地衔接, 不影响已经实施的地铁基坑施工, 综合比较施工费用并无增加, 因此最终得以实施。

本工程由于既有线的存在将站房一分为二, 形成3个施工区块, 为保证既有铁路线的安全, 需对既有铁路线两侧基坑开挖采取安全可靠的支护体系, 同时也是基坑内临时增加的1道支护体系。

本基坑工程在运营中的沪昆正线 (位于待建站房中部区域) 东西两侧一期和二期基坑基本同时支护开挖, 距离既有线西侧约26m, 东侧约49m, 基坑开挖深度主要为8.55m, 支护体系宽度为217m。综合地质情况和周边环境, 本基坑重要性等级为一级。

基坑周边施工条件复杂, 上部有既有线及附属构筑物紧临基坑支护存在大小不等的承台基坑;在东西通道基坑下部有地铁1号线和4号线分别采用盾构穿越和盖挖逆作通过;在基坑东侧有在建的地铁杭州东站, 其施工范围与本工程交错进行。

总体来说该段支护体系设计需考虑以下几个方面: (1) 站房外围总体支护体系已经确定, 并进行施工; (2) 由于铁路线的沉降要求较高, 全过程需控制在20mm以内, 因此不能采用坑外降水的形式; (3) 除沉降控制要求外, 铁路运行有较大的振动荷载, 根据铁路相关规范要求, 基坑变形需控制在2cm以内; (4) 在自然地面以下15m左右 (相对标高-20.250m) 有盾构线路穿越, 所选支护形式必须保证日后不成为地铁盾构穿越的障碍物; (5) 该支护为临时支护, 待铁路线转线后, 该范围日后还需开挖和施工后续结构, 特别是地铁4号线区间段地下连续墙支护与其垂直相交, 因此支护体系还需保证不影响站房后续施工; (6) 由于需保留站台和雨篷, 使得该段既有线支护在西侧空间受限, 不能采用大放坡的形式。

经分析, 采用站房整体支护的SMW工法桩复合土钉墙的方式无法满足设计要求, 因此必须进行适当调整。最后, 支护设计方案采用了西侧工法桩密插并加预应力锚索, 东侧高压旋喷桩止水结合大放坡的支护形式。支护平面如图5所示。

站房基坑支护底部存在大小不一的国铁桩基承台, 承台底标高-16.200m (绝对标高-5.950m) ~-17.200m (绝对标高-6.950m) , 比基坑底部低3.2~4.2m, 如直接开挖势必导致基坑失稳。为确保基坑稳定, 严防大面积开挖, 且考虑施工便捷与资源回收, 此部分基坑采用12m拉森钢板桩支护形式。

为尽早打开站房施工作业面, 加快推进站房工程建设, 站房轨道层钢结构吊装拟提前穿插施工。部分深承台坑边需通行150t履带式起重机, 此时吊装区域基础承台、底板均未施工完成, 且道路两侧与承台边有2~3m高差。为满足大型履带式起重机通行要求, 对国铁承台两侧的道路进行加固。加固利用承台两侧钢板桩使用28钢筋对拉, 然后硬化处理。

本工程体量大, 周边情况复杂, 存在既有铁路线, 工期紧, 质量要求高。在工期紧张的情况下, 基坑施工必须在确保安全的前提下加快进度, 为后续施工创造有利条件。本工程施工过程中, 有两个最关键的要素: (1) 如何根据各种周边环境和条件来安排现场物流组织; (2) 如何合理组织基坑开挖流程。

对于这些超大面积的基坑施工, 以及这类周边关联复杂的枢纽工程, 物流运输始终是一个非常关键的问题。应当以“大物流”的观念来进行整体安排。

本工程分为3部分进行施工, 并且3部分施工时序上有较大跨度, 需根据每个区块的周边条件、结构情况布置运输道路。由于施工过程中需结合考虑地铁施工的实际情况, 因此物流通道的布置需按现场实际情况进行调整, 但站房施工全过程总体物流组织安排如图6所示。

杭州东站站房从单体支护项目而言, 施工工序较常规, 如地下连续墙、SMW工法桩、预应力锚索等, 但基坑开挖流程较复杂, 尤其以与地铁穿插施工的轴区域。该区域施工主要受制于地铁施工。由于进场时地铁施工尚未完成, 实际在地铁完成地下连续墙顶上部的土方大放坡开挖, 即将进行地下连续墙内支撑和明挖施工时, 站房就必须进场穿插施工, 大量工作需同步实施。同时站房施工必须兼顾地铁施工的安全。这给施工组织带来很大难度。

总体而言, 该区域基础施工分为以下几个阶段。

1) 第1阶段进行站房外围总体工法桩支护施工, 并同时施工地铁坑内具备作业面的 (11) , (16) 轴以外工程桩 (见图7a) 。

2) 第2阶段待工法桩施工养护完成后, 进行站房大面积卸土施工, 将基坑开挖至地铁地下连续墙顶, 并进行地铁便道外桩基施工 (见图7b) 。

3) 第3阶段待地铁外侧桩基完成后, 进行后续结构施工, 如出租车通道、站房地下室外墙等, 并待地铁完成中板后进场施工地下连续墙两侧 (12) , (15) 轴桩基础 (见图7c) 。

4) 第4阶段进行出租车通道与站房地下室之间的开挖面以下铁路路基加固, 在地铁完成全部结构后, 站房进行地下室结构全面施工 (见图7d) 。

5) 第5阶段完成站房地下室结构, 并按照铁路线路回填要求进行回填, 配合施工附属自动扶梯和楼梯建筑, 完成地下结构施工 (见图7e) 。

杭州东站基坑施工于2011年3月10日完成。本工程基坑施工过程中对周边土体、周边地下水以及临近既有线基坑支护应力变化等进行施工全过程跟踪监测。监测数据反映, 基坑施工过程中支护体系安全稳定, 为施工提供了安全保证。

1) 工程的施工部署应有大局意识, 特别是对于超大规模、多单体的工程。应从全局角度考虑各区块的施工顺序、基坑支护的方案设计、相互协调配合要求等, 确保全面完成各相关方的建设目标。

2) 科学合理的基坑支护设计, 也需要施工方在确定施工部署和技术方案后及时提出需求。设计和施工的沟通, 对于基坑施工过程也很重要。