1 工程概況
北京地鐵四號線菜市口車站位于廣安大街與菜市口大街、宣武門外大街的交叉路口,呈南北走向,線路中心與道路中心基本一致,與規(guī)劃地鐵七號線形成“十”字換乘關系。
菜市口車站起訖里程K6+591.6~K6+764.8,全長173.2m,寬21.9m,三層車站結構高19.73m,結構頂板最小覆土3.5m。車站設計為北端47.8m、南端57.4m的三層車站蓋挖段,車站中段68m的暗挖結構及部分七號線結構,四號線與七號線形成島—島換乘關系,七號線在四號線之上,為明挖施工。車站設四個出入口,兩個風道和兩個安全出口。
2 施工原理及工藝流程
首先進行交通疏解,在圍擋區(qū)進行人工挖孔樁為底板以上的鋼管柱施工提供可操作的施工空間,在地面通過先進的自動對中BG-20旋挖鉆機進行鋼管柱下樁基的成孔施工,采用導管進行樁基水下混凝土灌注,進行鋼管柱定位器的安裝和鋼管柱的施工,為鋼管柱的承重提供傳力的基礎。
在施工過程中,利用鋼管柱和圍護樁作為主要承重結構,在結構頂板的保護下進行頂板以下土方開挖工作。每層土方開挖完成后自下向上逆作施工結構二襯,土方開挖完成后利用地膜施工技術及時完成開挖空間后的底板結構施工,保證開挖空間圍護結構的施工安全。
車站兩端的蓋挖逆作法的工藝流程:圍護結構→立設主體結構中間立柱→澆筑頂板混凝土→回填土、恢復路面→開挖中層土體→構筑上層主體結構→開挖下層土體→構筑下層主體結構。
3 施工方法
3.1 人工挖孔樁施工
鋼管柱施工有效部位采用人工挖孔樁,其下樁基采用機械成孔,為便于樁機下鉆、提鉆,人工挖孔部分的有效內徑定為1.9m。人工成孔段采用鋼筋混凝土護壁,護壁厚度200mm,混凝土強度標號C20,并且在混凝土中摻加適量高效早強減水劑。護壁鋼筋主筋采用12Ф16(Ⅱ級),箍筋Ф8@150(Ⅰ級),主筋上下層之間采用孔內焊接,焊接長度不小于10d(d為鋼筋直徑),以使上下兩節(jié)形成整體。護壁形式采用外齒式護壁,上下搭接5cm,作為施工用的襯體,增加抗塌孔的能力。
3.2 樁基鉆孔樁施工
鉆機就位前,先將鉆機底座調整水平,再用線垂將鉆塔調整垂直,護壁泥漿采用膨潤土來制備泥漿;施工選用德國寶峨WG-22C旋挖鉆機。在鉆進過程中,根據(jù)地層情況控制鉆進和鉆速。開孔時做到穩(wěn)、準、慢,充分利用上部地層造漿,鉆進施工時泥漿沿著泥漿溝流向泥漿沉淀池,泥漿經(jīng)沉淀循環(huán),形成鉆孔施工的泥漿循環(huán)系統(tǒng)。施工中清孔采用二次清孔,一次清孔以孔內排渣為主,使用排渣筒排渣,排渣同時要及時補給泥漿,使孔內泥漿指標滿足規(guī)范規(guī)定,第二次清孔在初次清孔完畢至灌注水下混凝土前,應使用泥漿泵抽漿換漿保證樁底沉渣量滿足設計要求。清孔后,孔內泥漿要達規(guī)范規(guī)定標準,指標為:孔底500mm以內的泥漿比重小于1.25;含砂量不大于8%;粘度28%;孔底允許沉渣厚度為100mm;鋼筋籠在現(xiàn)場統(tǒng)一加工,鋼筋主筋焊接采用閃光對焊;鋼筋籠完成后吊裝要平穩(wěn),對準樁孔后緩慢放下,不得磕碰井壁;鋼筋籠下放就位后,及時進行成孔和清孔質量驗收,合格后,立即灌注水下混凝土。
3.3 鋼管柱施工
為便于定位器的安裝,用吊車將定位器及其配件吊入樁底,隨后施工人員下入樁底,通過調節(jié)螺栓調整定位器標高,推移定位器調節(jié)至樁心。精確校核其平面位置、標高、垂直度后,緊固定位器調節(jié)螺栓。
1)鋼管柱的安裝。
鋼管柱采用分節(jié)吊裝,準備工作完成后,采用25t吊機作業(yè)。鋼管柱下放時對準樁位,慢插入孔,至單節(jié)頂部時,用卡具卡住鋼管柱,重復施工其他單節(jié),兩鋼管柱用螺栓連接好,最后吊車下放鋼管柱使底部直接嵌入定位器上,其管端穩(wěn)固坐落于定位器環(huán)行定位板上,然后對柱上端精確定位。鋼管柱柱體上端定位通過調節(jié)4只花籃螺栓定位,由于鋼管柱下端平面位置、標高、垂直度已由定位器確定,鋼管柱上端空間位置校定后,即可認為鋼管柱位置已精確定位。
2)鋼管柱的穩(wěn)定加固。
鋼管柱定位完成后,為了保證鋼管柱混凝土在灌注過程中鋼管柱柱體不產(chǎn)生位移,施工過程中,要從上至下進行加固,加固位置為鋼管柱頂部及鋼管柱兩個連接法蘭處,加固處采用四面對頂,加固采用頂絲杠。
3)灌注鋼管柱內混凝土。
根據(jù)CECS28:90鋼管混凝土結構設計與施工規(guī)程的規(guī)定,并結合蓋挖逆作鋼管柱的結構特點,選擇高位拋落無振搗法。其原理是利用混凝土自管口自由下落時所獲得的重力加速度沖擊能量,使混凝土擠密而無需振搗。對于拋落高度不足4m的,采用內部振搗器振實。施工中一次拋落的混凝土量不小于0.7立方,用料斗裝填,料斗的下口尺寸應比鋼管柱內徑小,以便混凝土下落時,鋼管柱管內空氣能夠排出。
4)鋼管柱與挖孔樁護壁之間回填砂。
為了保護鋼管柱柱體成品,防止施工時對其破壞,施工時需對柱體與挖孔樁孔壁之間進行回填處理,從孔口地面沿挖孔樁環(huán)形均勻填入砂。
3.4 地膜施工
1)地膜施工工藝。
頂板、中層板、中縱梁基底采用地膜施工,土方開挖至中層板及中縱梁底面標高位置處,根據(jù)技術人員提供的板底標高,對基底進行人工找平,然后用電動蛤蟆夯對基礎夯實,檢查基礎的壓實度,壓實度大于90%,即可以根據(jù)施工情況分段進行鋪設10cm厚C15豆砂混凝土至設計標高,并在混凝土初凝前壓光抹面。對于中層板縱梁處及邊墻處地膜采用紅磚砌筑240mm厚墻,3cm水泥砂漿抹面 2)地膜技術施工措施。
a.為了保證混凝土面平順,無凹凸不平現(xiàn)象,鋪設混凝土時按橫向分條施工,在橫條兩側設置10cm槽鋼,在其上用鋁合金水平尺刮平。
b.為防止灌注混凝土時地膜兩端土體隆起,地膜墊層要夯密實,并進行密實度檢測,以利土膜穩(wěn)定。
c.為防止受結|考試大|構自重及荷載作用引起梁面下沉,土膜制作時沿跨度方向設置1cm的上拱度。
d.為保證地膜順利脫落,混凝土面抹光終凝后,在其表面涂刷脫模劑,脫模劑涂刷后,不得用水沖洗,脫模劑要選用非親水性脫模劑。
3.5 側墻混凝土及施工縫的澆筑技術
1)側墻混凝土澆筑。
邊墻采用3015組合鋼模板,22號工字鋼作為豎向支撐,斜支撐為三道,前兩道為22號工字鋼支撐,第三道為Ф120圓管支撐。堵頭板均采用木板,方木支撐。
豎向和斜向支撐間距均為75cm,施工時在邊墻底部第一道地錨處設置10cm×10cm方木,支立豎向工字鋼支撐的同時架立斜向支撐,斜向地錨處設方木并用木楔楔緊;施工中模板與豎向工字鋼連接采用12圓鋼制作的U卡。為了保證混凝土自由下落高度不超過2m及振搗密實,在側墻中部設窗口,以便于混凝土澆筑及振搗。
2)施工縫混凝土的澆筑。
邊墻混凝土施工至頂板邊墻接茬下30cm,停止灌注混凝土,待混凝土不再下沉為止,在混凝土初凝前繼續(xù)進行剩余牛腿處施工,邊墻混凝土強度達到2.5MPa后,拆除接茬處的牛腿模板,進行人工鑿除牛腿混凝土,混凝土鑿至距內邊墻邊緣2cm處,最后用同標號砂漿把剩余側墻面抹平。
為了保證施工接茬縫密貼無縫隙,施工過程中在邊墻上側接茬縫處設置兩道止水條,止水條內邊設置注漿管一道,注漿管每10m一道在墻面甩出接頭,在側墻混凝土強度達到設計要求后,進行邊墻二次回填注漿。
4 變形監(jiān)測及分析
在施工前對蓋挖地面頂板周圍進行沉降點的布設,布點斷面15m/道,整個車站布112個點位;在蓋挖頂板下土方開挖時對墻體進行觀測,共設水平收斂點66個;同時還對樁體變形、周圍土壓力及主體結構裂縫等進行監(jiān)測;通過地面沉降觀測來確定邊樁與中樁沉降是否一致。
通過監(jiān)測結果顯示,地面沉降為10mm;結構在一層土方開挖中高邊墻凈空收斂為12mm。觀測結果在設計允許范圍內,結構沒有出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。
5 結語
通過北京地鐵菜市口車站蓋挖施工,總結了解決繁華地段交通導改、蓋挖逆作及其關鍵技術———鋼管混凝土柱及逆作側墻等施工經(jīng)驗,同時也得出以下幾點體會:
1)人工挖孔及樁基鉆孔樁必須垂直并能滿足鋼管柱施工要求,鋼管柱下的樁基混凝土鑿除必須在混凝土初凝后終凝前進行,以免終凝后浪費大量的人力物力。
2)定位器安裝是鋼管柱施工的關鍵,在通過工程樁承載力檢驗合格后,方能進行鋼管柱施工,施工中必須堅持安裝前放線,安裝后重新復核,才能保證鋼管柱的安裝精度。
3)鋼管柱內混凝土必須采用微膨脹混凝土,施工中嚴格按照高拋要求施作,保證鋼管柱與柱內混凝土密貼。
4)逆作接茬處施工必須高度重視,要加強該處細節(jié)防水施工,及時埋設注漿管
北京地鐵四號線菜市口車站位于廣安大街與菜市口大街、宣武門外大街的交叉路口,呈南北走向,線路中心與道路中心基本一致,與規(guī)劃地鐵七號線形成“十”字換乘關系。
菜市口車站起訖里程K6+591.6~K6+764.8,全長173.2m,寬21.9m,三層車站結構高19.73m,結構頂板最小覆土3.5m。車站設計為北端47.8m、南端57.4m的三層車站蓋挖段,車站中段68m的暗挖結構及部分七號線結構,四號線與七號線形成島—島換乘關系,七號線在四號線之上,為明挖施工。車站設四個出入口,兩個風道和兩個安全出口。
2 施工原理及工藝流程
首先進行交通疏解,在圍擋區(qū)進行人工挖孔樁為底板以上的鋼管柱施工提供可操作的施工空間,在地面通過先進的自動對中BG-20旋挖鉆機進行鋼管柱下樁基的成孔施工,采用導管進行樁基水下混凝土灌注,進行鋼管柱定位器的安裝和鋼管柱的施工,為鋼管柱的承重提供傳力的基礎。
在施工過程中,利用鋼管柱和圍護樁作為主要承重結構,在結構頂板的保護下進行頂板以下土方開挖工作。每層土方開挖完成后自下向上逆作施工結構二襯,土方開挖完成后利用地膜施工技術及時完成開挖空間后的底板結構施工,保證開挖空間圍護結構的施工安全。
車站兩端的蓋挖逆作法的工藝流程:圍護結構→立設主體結構中間立柱→澆筑頂板混凝土→回填土、恢復路面→開挖中層土體→構筑上層主體結構→開挖下層土體→構筑下層主體結構。
3 施工方法
3.1 人工挖孔樁施工
鋼管柱施工有效部位采用人工挖孔樁,其下樁基采用機械成孔,為便于樁機下鉆、提鉆,人工挖孔部分的有效內徑定為1.9m。人工成孔段采用鋼筋混凝土護壁,護壁厚度200mm,混凝土強度標號C20,并且在混凝土中摻加適量高效早強減水劑。護壁鋼筋主筋采用12Ф16(Ⅱ級),箍筋Ф8@150(Ⅰ級),主筋上下層之間采用孔內焊接,焊接長度不小于10d(d為鋼筋直徑),以使上下兩節(jié)形成整體。護壁形式采用外齒式護壁,上下搭接5cm,作為施工用的襯體,增加抗塌孔的能力。
3.2 樁基鉆孔樁施工
鉆機就位前,先將鉆機底座調整水平,再用線垂將鉆塔調整垂直,護壁泥漿采用膨潤土來制備泥漿;施工選用德國寶峨WG-22C旋挖鉆機。在鉆進過程中,根據(jù)地層情況控制鉆進和鉆速。開孔時做到穩(wěn)、準、慢,充分利用上部地層造漿,鉆進施工時泥漿沿著泥漿溝流向泥漿沉淀池,泥漿經(jīng)沉淀循環(huán),形成鉆孔施工的泥漿循環(huán)系統(tǒng)。施工中清孔采用二次清孔,一次清孔以孔內排渣為主,使用排渣筒排渣,排渣同時要及時補給泥漿,使孔內泥漿指標滿足規(guī)范規(guī)定,第二次清孔在初次清孔完畢至灌注水下混凝土前,應使用泥漿泵抽漿換漿保證樁底沉渣量滿足設計要求。清孔后,孔內泥漿要達規(guī)范規(guī)定標準,指標為:孔底500mm以內的泥漿比重小于1.25;含砂量不大于8%;粘度28%;孔底允許沉渣厚度為100mm;鋼筋籠在現(xiàn)場統(tǒng)一加工,鋼筋主筋焊接采用閃光對焊;鋼筋籠完成后吊裝要平穩(wěn),對準樁孔后緩慢放下,不得磕碰井壁;鋼筋籠下放就位后,及時進行成孔和清孔質量驗收,合格后,立即灌注水下混凝土。
3.3 鋼管柱施工
為便于定位器的安裝,用吊車將定位器及其配件吊入樁底,隨后施工人員下入樁底,通過調節(jié)螺栓調整定位器標高,推移定位器調節(jié)至樁心。精確校核其平面位置、標高、垂直度后,緊固定位器調節(jié)螺栓。
1)鋼管柱的安裝。
鋼管柱采用分節(jié)吊裝,準備工作完成后,采用25t吊機作業(yè)。鋼管柱下放時對準樁位,慢插入孔,至單節(jié)頂部時,用卡具卡住鋼管柱,重復施工其他單節(jié),兩鋼管柱用螺栓連接好,最后吊車下放鋼管柱使底部直接嵌入定位器上,其管端穩(wěn)固坐落于定位器環(huán)行定位板上,然后對柱上端精確定位。鋼管柱柱體上端定位通過調節(jié)4只花籃螺栓定位,由于鋼管柱下端平面位置、標高、垂直度已由定位器確定,鋼管柱上端空間位置校定后,即可認為鋼管柱位置已精確定位。
2)鋼管柱的穩(wěn)定加固。
鋼管柱定位完成后,為了保證鋼管柱混凝土在灌注過程中鋼管柱柱體不產(chǎn)生位移,施工過程中,要從上至下進行加固,加固位置為鋼管柱頂部及鋼管柱兩個連接法蘭處,加固處采用四面對頂,加固采用頂絲杠。
3)灌注鋼管柱內混凝土。
根據(jù)CECS28:90鋼管混凝土結構設計與施工規(guī)程的規(guī)定,并結合蓋挖逆作鋼管柱的結構特點,選擇高位拋落無振搗法。其原理是利用混凝土自管口自由下落時所獲得的重力加速度沖擊能量,使混凝土擠密而無需振搗。對于拋落高度不足4m的,采用內部振搗器振實。施工中一次拋落的混凝土量不小于0.7立方,用料斗裝填,料斗的下口尺寸應比鋼管柱內徑小,以便混凝土下落時,鋼管柱管內空氣能夠排出。
4)鋼管柱與挖孔樁護壁之間回填砂。
為了保護鋼管柱柱體成品,防止施工時對其破壞,施工時需對柱體與挖孔樁孔壁之間進行回填處理,從孔口地面沿挖孔樁環(huán)形均勻填入砂。
3.4 地膜施工
1)地膜施工工藝。
頂板、中層板、中縱梁基底采用地膜施工,土方開挖至中層板及中縱梁底面標高位置處,根據(jù)技術人員提供的板底標高,對基底進行人工找平,然后用電動蛤蟆夯對基礎夯實,檢查基礎的壓實度,壓實度大于90%,即可以根據(jù)施工情況分段進行鋪設10cm厚C15豆砂混凝土至設計標高,并在混凝土初凝前壓光抹面。對于中層板縱梁處及邊墻處地膜采用紅磚砌筑240mm厚墻,3cm水泥砂漿抹面 2)地膜技術施工措施。
a.為了保證混凝土面平順,無凹凸不平現(xiàn)象,鋪設混凝土時按橫向分條施工,在橫條兩側設置10cm槽鋼,在其上用鋁合金水平尺刮平。
b.為防止灌注混凝土時地膜兩端土體隆起,地膜墊層要夯密實,并進行密實度檢測,以利土膜穩(wěn)定。
c.為防止受結|考試大|構自重及荷載作用引起梁面下沉,土膜制作時沿跨度方向設置1cm的上拱度。
d.為保證地膜順利脫落,混凝土面抹光終凝后,在其表面涂刷脫模劑,脫模劑涂刷后,不得用水沖洗,脫模劑要選用非親水性脫模劑。
3.5 側墻混凝土及施工縫的澆筑技術
1)側墻混凝土澆筑。
邊墻采用3015組合鋼模板,22號工字鋼作為豎向支撐,斜支撐為三道,前兩道為22號工字鋼支撐,第三道為Ф120圓管支撐。堵頭板均采用木板,方木支撐。
豎向和斜向支撐間距均為75cm,施工時在邊墻底部第一道地錨處設置10cm×10cm方木,支立豎向工字鋼支撐的同時架立斜向支撐,斜向地錨處設方木并用木楔楔緊;施工中模板與豎向工字鋼連接采用12圓鋼制作的U卡。為了保證混凝土自由下落高度不超過2m及振搗密實,在側墻中部設窗口,以便于混凝土澆筑及振搗。
2)施工縫混凝土的澆筑。
邊墻混凝土施工至頂板邊墻接茬下30cm,停止灌注混凝土,待混凝土不再下沉為止,在混凝土初凝前繼續(xù)進行剩余牛腿處施工,邊墻混凝土強度達到2.5MPa后,拆除接茬處的牛腿模板,進行人工鑿除牛腿混凝土,混凝土鑿至距內邊墻邊緣2cm處,最后用同標號砂漿把剩余側墻面抹平。
為了保證施工接茬縫密貼無縫隙,施工過程中在邊墻上側接茬縫處設置兩道止水條,止水條內邊設置注漿管一道,注漿管每10m一道在墻面甩出接頭,在側墻混凝土強度達到設計要求后,進行邊墻二次回填注漿。
4 變形監(jiān)測及分析
在施工前對蓋挖地面頂板周圍進行沉降點的布設,布點斷面15m/道,整個車站布112個點位;在蓋挖頂板下土方開挖時對墻體進行觀測,共設水平收斂點66個;同時還對樁體變形、周圍土壓力及主體結構裂縫等進行監(jiān)測;通過地面沉降觀測來確定邊樁與中樁沉降是否一致。
通過監(jiān)測結果顯示,地面沉降為10mm;結構在一層土方開挖中高邊墻凈空收斂為12mm。觀測結果在設計允許范圍內,結構沒有出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。
5 結語
通過北京地鐵菜市口車站蓋挖施工,總結了解決繁華地段交通導改、蓋挖逆作及其關鍵技術———鋼管混凝土柱及逆作側墻等施工經(jīng)驗,同時也得出以下幾點體會:
1)人工挖孔及樁基鉆孔樁必須垂直并能滿足鋼管柱施工要求,鋼管柱下的樁基混凝土鑿除必須在混凝土初凝后終凝前進行,以免終凝后浪費大量的人力物力。
2)定位器安裝是鋼管柱施工的關鍵,在通過工程樁承載力檢驗合格后,方能進行鋼管柱施工,施工中必須堅持安裝前放線,安裝后重新復核,才能保證鋼管柱的安裝精度。
3)鋼管柱內混凝土必須采用微膨脹混凝土,施工中嚴格按照高拋要求施作,保證鋼管柱與柱內混凝土密貼。
4)逆作接茬處施工必須高度重視,要加強該處細節(jié)防水施工,及時埋設注漿管