一级建造之地铁车站盖挖逆作施工技术
1 工程概况
北京地铁四号线菜市口车站位于广安大街与菜市口大街、宣武门外大街的交叉路口,呈南北走向,线路中心与道路中心基本一致,与规划地铁七号线形成“十”字换乘关系。
菜市口车站起讫里程K6 591.6~K6 764.8,全长173.2m,宽21.9m,三层车站结构高19.73m,结构顶板最小覆土3.5m。车站设计为北端47.8m、南端57.4m的三层车站盖挖段,车站中段68m的暗挖结构及部分七号线结构,四号线与七号线形成岛—岛换乘关系,七号线在四号线之上,为明挖施工。车站设四个出入口,两个风道和两个安全出口。
2 施工原理及工艺流程
首先进行交通疏解,在围挡区进行人工挖孔桩为底板以上的钢管柱施工提供可操作的施工空间,在地面通过先进的自动对中BG-20旋挖钻机进行钢管柱下桩基的成孔施工,采用导管进行桩基水下混凝土灌注,进行钢管柱定位器的安装和钢管柱的施工,为钢管柱的承重提供传力的基础。
在施工过程中,利用钢管柱和围护桩作为主要承重结构,在结构顶板的保护下进行顶板以下土方开挖工作。每层土方开挖完成后自下向上逆作施工结构二衬,土方开挖完成后利用地膜施工技术及时完成开挖空间后的底板结构施工,保证开挖空间围护结构的施工安全。
车站两端的盖挖逆作法的工艺流程:围护结构→立设主体结构中间立柱→浇筑顶板混凝土→回填土、恢复路面→开挖中层土体→构筑上层主体结构→开挖下层土体→构筑下层主体结构。
3 施工方法
3.1 人工挖孔桩施工
钢管柱施工有效部位采用人工挖孔桩,其下桩基采用机械成孔,为便于桩机下钻、提钻,人工挖孔部分的有效内径定为1.9m。人工成孔段采用钢筋混凝土护壁,护壁厚度200mm,混凝土强度标号C20,并且在混凝土中掺加适量高效早强减水剂。护壁钢筋主筋采用12Ф16(Ⅱ级),箍筋Ф8@150(Ⅰ级),主筋上下层之间采用孔内焊接,焊接长度不小于10d(d为钢筋直径),以使上下两节形成整体。护壁形式采用外齿式护壁,上下搭接5cm,作为施工用的衬体,增加抗塌孔的能力。
3.2 桩基钻孔桩施工
钻机就位前,先将钻机底座调整水平,再用线垂将钻塔调整垂直,护壁泥浆采用膨润土来制备泥浆;施工选用德国宝峨WG-22C旋挖钻机。在钻进过程中,根据地层情况控制钻进和钻速。开孔时做到稳、准、慢,充分利用上部地层造浆,钻进施工时泥浆沿着泥浆沟流向泥浆沉淀池,泥浆经沉淀循环,形成钻孔施工的泥浆循环系统。施工中清孔采用二次清孔,一次清孔以孔内排渣为主,使用排渣筒排渣,排渣同时要及时补给泥浆,使孔内泥浆指标满足规范规定,第二次清孔在初次清孔完毕至灌注水下混凝土前,应使用泥浆泵抽浆换浆保证桩底沉渣量满足设计要求。清孔后,孔内泥浆要达规范规定标准,指标为:孔底500mm以内的泥浆比重小于1.25;含砂量不大于8%;粘度28%;孔底允许沉渣厚度为100mm;钢筋笼在现场统一加工,钢筋主筋焊接采用闪光对焊;钢筋笼完成后吊装要平稳,对准桩孔后缓慢放下,不得磕碰井壁;钢筋笼下放就位后,及时进行成孔和清孔质量验收,合格后,立即灌注水下混凝土。
3.3 钢管柱施工
为便于定位器的安装,用吊车将定位器及其配件吊入桩底,随后施工人员下入桩底,通过调节螺栓调整定位器标高,推移定位器调节至桩心。精确校核其平面位置、标高、垂直度后,紧固定位器调节螺栓。
1)钢管柱的安装。
钢管柱采用分节吊装,准备工作完成后,采用25t吊机作业。钢管柱下放时对准桩位,慢插入孔,至单节顶部时,用卡具卡住钢管柱,重复施工其他单节,两钢管柱用螺栓连接好,最后吊车下放钢管柱使底部直接嵌入定位器上,其管端稳固坐落于定位器环行定位板上,然后对柱上端精确定位。钢管柱柱体上端定位通过调节4只花篮螺栓定位,由于钢管柱下端平面位置、标高、垂直度已由定位器确定,钢管柱上端空间位置校定后,即可认为钢管柱位置已精确定位。
2)钢管柱的稳定加固。
钢管柱定位完成后,为了保证钢管柱混凝土在灌注过程中钢管柱柱体不产生位移,施工过程中,要从上至下进行加固,加固位置为钢管柱顶部及钢管柱两个连接法兰处,加固处采用四面对顶,加固采用顶丝杠。
3)灌注钢管柱内混凝土。
根据CECS28:90钢管混凝土结构设计与施工规程的规定,并结合盖挖逆作钢管柱的结构特点,选择高位抛落无振捣法。其原理是利用混凝土自管口自由下落时所获得的重力加速度冲击能量,使混凝土挤密而无需振捣。对于抛落高度不足4m的,采用内部振捣器振实。施工中一次抛落的混凝土量不小于0.7立方,用料斗装填,料斗的下口尺寸应比钢管柱内径小,以便混凝土下落时,钢管柱管内空气能够排出。
4)钢管柱与挖孔桩护壁之间回填砂。
为了保护钢管柱柱体成品,防止施工时对其破坏,施工时需对柱体与挖孔桩孔壁之间进行回填处理,从孔口地面沿挖孔桩环形均匀填入砂。
1)地膜施工工艺。
顶板、中层板、中纵梁基底采用地膜施工,土方开挖至中层板及中纵梁底面标高位置处,根据技术人员提供的板底标高,对基底进行人工找平,然后用电动蛤蟆夯对基础夯实,检查基础的压实度,压实度大于90%,即可以根据施工情况分段进行铺设10cm厚C15豆砂混凝土至设计标高,并在混凝土初凝前压光抹面。对于中层板纵梁处及边墙处地膜采用红砖砌筑240mm厚墙,3cm水泥砂浆抹面(边墙接茬地膜图见图1,中纵梁地膜图见图2)。
2)地膜技术施工措施。
a.为了保证混凝土面平顺,无凹凸不平现象,铺设混凝土时按横向分条施工,在横条两侧设置10cm槽钢,在其上用铝合金水平尺刮平。
b.为防止灌注混凝土时地膜两端土体隆起,地膜垫层要夯密实,并进行密实度检测,以利土膜稳定。
c.为防止受结|考试考试网|构自重及荷载作用引起梁面下沉,土膜制作时沿跨度方向设置1cm的上拱度。
d.为保证地膜顺利脱落,混凝土面抹光终凝后,在其表面涂刷脱模剂,脱模剂涂刷后,不得用水冲洗,脱模剂要选用非亲水性脱模剂。
3.5 侧墙混凝土及施工缝的浇筑技术
1)侧墙混凝土浇筑。
边墙采用3015组合钢模板,22号工字钢作为竖向支撑,斜支撑为三道,前两道为22号工字钢支撑,第三道为Ф120圆管支撑。堵头板均采用木板,方木支撑。
竖向和斜向支撑间距均为75cm,施工时在边墙底部第一道地锚处设置10cm×10cm方木,支立竖向工字钢支撑的同时架立斜向支撑,斜向地锚处设方木并用木楔楔紧;施工中模板与竖向工字钢连接采用12圆钢制作的U卡。为了保证混凝土自由下落高度不超过2m及振捣密实,在侧墙中部设窗口,以便于混凝土浇筑及振捣。
2)施工缝混凝土的浇筑。
边墙混凝土施工至顶板边墙接茬下30cm,停止灌注混凝土,待混凝土不再下沉为止,在混凝土初凝前继续进行剩余牛腿处施工,边墙混凝土强度达到2.5MPa后,拆除接茬处的牛腿模板,进行人工凿除牛腿混凝土,混凝土凿至距内边墙边缘2cm处,最后用同标号砂浆把剩余侧墙面抹平。
为了保证施工接茬缝密贴无缝隙,施工过程中在边墙上侧接茬缝处设置两道止水条,止水条内边设置注浆管一道,注浆管每10m一道在墙面甩出接头,在侧墙混凝土强度达到设计要求后,进行边墙二次回填注浆。
4 变形监测及分析
在施工前对盖挖地面顶板周围进行沉降点的布设,布点断面15m/道,整个车站布112个点位;在盖挖顶板下土方开挖时对墙体进行观测,共设水平收敛点66个;同时还对桩体变形、周围土压力及主体结构裂缝等进行监测;通过地面沉降观测来确定边桩与中桩沉降是否一致。
通过监测结果显示,地面沉降最大为10mm;结构在一层土方开挖中高边墙净空收敛为12mm。观测结果在设计允许范围内,结构没有出现开裂现象。
5 结语
通过北京地铁菜市口车站盖挖施工,总结了解决繁华地段交通导改、盖挖逆作及其关键技术———钢管混凝土柱及逆作侧墙等施工经验,同时也得出以下几点体会:
1)人工挖孔及桩基钻孔桩必须垂直并能满足钢管柱施工要求,钢管柱下的桩基混凝土凿除必须在混凝土初凝后终凝前进行,以免终凝后浪费大量的人力物力。
2)定位器安装是钢管柱施工的关键,在通过工程桩承载力检验合格后,方能进行钢管柱施工,施工中必须坚持安装前放线,安装后重新复核,才能保证钢管柱的安装精度。
3)钢管柱内混凝土必须采用微膨胀混凝土,施工中严格按照高抛要求施作,保证钢管柱与柱内混凝土密贴。
4)逆作接茬处施工必须高度重视,要加强该处细节防水施工,及时埋设注浆管。
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