金土石科技
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复杂环境下的超深基坑综合施工技术

来源:转自筑龙岩土
1、工程概况
上海北外滩苏宁广场(图1)工程位于上海市虹口区190地块,东接乍浦路,北临天潼路,南侧为北苏州路及吴淞江,西侧为上海市历史保护建筑瑞康公寓及3栋2层民居,保护建筑及民居距基坑约5m。北侧地下结构边线距尚未开通运营的12号线区间隧道距离约10 m。东北侧留有1栋5层保留建筑作为该工程今后的配套措施予以保留,距基坑最近距离约5 m。东南侧为上海市历史保护建筑乍浦路桥,距离基坑约25 m。如上所述,周边环境极其复杂,施工难度大。
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图1工程效果图
工程建设用地面积11096.3m2,结构为地下4层(临天潼路地铁侧为地下3层),挖深20.9 m,地上10层,高度40 m。地上部分为钢筋混凝土劲性结构,建筑面积约73006.9 m2,其中地上建筑面积约42950.7 m2,地下建筑面积约30056.2 m2(图2)。
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图2工程总平面示意图
2、设计保护措施
2.1 设计对西侧保护建筑及乍浦路桥保护措施
2.1.1“分区顺作”方案
将基坑整体基坑分为Ⅰ-1区、Ⅰ-2区、Ⅱ区、Ⅲ区和Ⅳ区这几个区域分别顺作实施。首先施工Ⅰ-1区,在Ⅰ-1区进行到一定程度后同步进行面积较小的Ⅳ区,2 个区域可同步完成地下结构。在Ⅰ-1区地下结构完成后再开挖施工Ⅰ-2区,在Ⅰ-2区进行到一定程度后同步进行面积较小的Ⅱ区,2 个区域可同步完成地下结构。最后再施工Ⅲ区基坑。分区方案缩短了基坑开挖暴露范围、减小了同时开挖的基坑面积,这种施工方法在敏感环境基坑施工中积累了丰富的经验,可以降低基坑整体开挖实施过程中大范围卸土对周边环境的影响。
2.1.2基础设计保护方案
(a)地下连续墙设计。采用地下连续墙作为基坑周边围护结构,墙体刚度大、整体性好、止水效果好,有利于历史保护建筑的保护。方案中根据开挖深度及与历史保护建筑关系,在基坑周边采用厚1 000 mm地下连续墙,可以有效地控制历史保护建筑可能受到的变形影响。西侧地下连续墙在设计时考虑建筑物的附加荷载,通过计算确定其基底插入深度,确保稳定性要求。
(b)槽壁加固与旋喷桩止水。为防止地下连续墙在成槽施工中出现塌孔而对邻近的历史保护建筑造成影响,在基坑北侧、西侧及清障区域的地下连续墙两侧设置水泥土搅拌桩作为槽壁加固体。同时,为确保槽段接缝止水效果并减小坑内承压水降压降水对坑外水头的影响,在基坑外侧周边的地下连续墙接缝处均设置旋喷桩止水。
(c)防水构造。普遍区域的地下连续墙采用叠合墙,内侧设置混凝土内衬墙,防水采用膨润土防水毯方式,减少接头渗漏的可能性,确保地下连续墙的止水性。
(d)隔离桩设计。在历史保护建筑瑞康公寓与西侧地下连续墙之间设置隔离桩,地下连续墙与隔离桩间设置填充注浆管。隔离桩采用Φ 700 mm@1 000 mm钻孔灌注排桩,灌注桩顶底标高为-1.15~-31.20 m,隔离桩与地下连续墙距离约3 m。隔离桩与地下连续墙间拟设置1 排预埋跟踪注浆管,注浆管顶底标高为-0.30~-27.20 m,基坑开挖过程中根据监测结果来填充注浆。
(e)水平支撑设计。在I-1区、I-2区支撑体系布置形式中设置4 道钢筋混凝土支撑。选择刚度较大的十字正交对撑体系,能有利于控制周边的围护墙体变形、保证墙体稳定,同时在第2道~第4道支撑采用高标号混凝土,可减少养护时间,尽早形成支撑强度。在Ⅱ区、Ⅲ区和Ⅳ区支撑体系布置形式中,设置4 道混合支撑,首道采用钢筋混凝土支撑,下部3 道支撑均采用对撑布置的钢管支撑,钢管支撑不设围檩,沿基坑长向每隔3 m布置。支撑刚度较大,并可施加预应力,能够有效控制围护体变形对周边环境的不利影响。而且钢支撑需要采用能够实时施加预应力的自动轴力补偿装置,可更好地控制围护体变形。
(f)地基加固。对坑内被动区的土体采用三轴水泥土搅拌桩加固,I-1区、I-2区基坑加固体在北侧的布置形式采用满堂分布,加固体宽度为10.45 m,三轴搅拌桩在第2道支撑以上水泥土掺量为10%,第2 道支撑标高以下为20%,以提高被动区土体的抗力、减小墙体水平变形和土体隆起变形。I-1区西侧被动区采用三轴水泥土搅拌桩进行地基加固,加固体宽度10.45 m,水泥掺量基底以上10%、基底以下20%。Ⅱ区、Ⅲ区和Ⅳ区基坑内采用满堂分布的三轴水泥土搅拌桩加固,以有效提高坑底被动区土体抗力,三轴搅拌桩在第1 道支撑以上水泥土掺量为10%、第1道支撑标高以下为20%。坑内加固与槽壁加固之间还设置Φ800 mm@600 mm高压旋喷桩加固。
(g)双高压旋喷桩接缝止水。Ⅰ-1区地下连续墙槽段间采用圆形锁口管接头,该接头止水性能较好,施工适应性较强。接缝处设置旋喷桩止水。为确保槽段接缝止水效果,在Ⅰ区基坑周边的槽段接缝位置均设置旋喷桩止水,根据槽壁加固设计深度不同标高分别为: -8.30~-52.10 m、-26.20~-52.10 m、-28.40~-52.10 m(图3)。
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图3双高压旋喷桩接缝止水
2.2 设计对地铁隧道保护措施
2.2.1支撑要求
Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区基坑竖向设置4 道临时支撑,第1道为钢筋混凝土支撑,第2道~第4道支撑为钢管支撑,布置采用对撑、角撑的形式。支撑中心标高分别为:-1.80 m、-5.50 m、-9.20 m、-12.90 m。其中钢支撑采用自动轴力补偿系统(图4)。
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图4第2道支撑示意
2.2.2地下连续墙刚性接头
本工程围护采用地下连续墙形式,有厚1 000 mm地下连续墙115幅,墙底标高-35.2~-52.1 m。地下连续墙采用圆形锁口管柔性接头及十字钢板刚性接头2 种形式,A、B、C、G、J型地下连续墙采用圆形锁口管柔性接头,地铁侧D、E、F、H型地下连续墙采用十字钢板刚性接头,除G、J型地下连续墙外均需进行墙趾注浆。
3、施工保护措施
3.1 施工针对地铁保护措施
3.1.1Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区基坑分区施工
总体施工顺序为首先施工Ⅰ-1区和Ⅳ区;当Ⅰ-1区和Ⅳ区完成±0.00 m板之后开始施工Ⅱ区和Ⅰ-2区;待Ⅱ区和Ⅰ-2区完成±0.00 m板之后施工Ⅲ区。
Ⅰ-1区和Ⅰ-2区每层土开挖标高:场地自然地坪标高为-0.3 m,第1层土为-2.3 m,第2层土为-8.4 m,第3层土为-13.8 m,第4层土为-17.7 m,第5 层土为-21.2 m。Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区每层土开挖标高:场地自然地坪为-0.3 m,第1层土为-2.3 m,第2 层土为-5.81 m,第3 层土为-9.51 m,第4 层土为-13.21 m,第5 层土为-16.8 m。
3.1.2槽壁加固施工保护措施
(a)在进行地铁侧的槽壁加固施工前,先在远离该些区域的基坑内进行试验,每组三轴水泥土搅拌桩外均设置测斜管1 组,测斜管深35 m,共设置2 组。测斜管与水泥土搅拌桩的净距为3 m,考虑到地铁侧离本工程基坑最近处约为9.85 m,另设1 组水泥土搅拌桩,测斜管与水泥土搅拌桩的净距为9.85 m,通过试验模拟真实情况下水泥土搅拌桩槽壁加固对地铁的影响,直至确定合理的施工参数后方可进行地铁一侧的水泥土搅拌桩槽壁加固的施工
(b)保护建筑以及地铁侧的槽壁加固采取跳帮施工、相邻搅拌桩施工间隔2 d的方法。选取地铁侧槽壁加固为例,具体施工顺序为:
1→5→9→13→17→21→25→29→2→6→10→14→18→22→26→30→3→7→11→15→19→23→27→31→4→8→12→16→20→24→28→32(图5)。
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图5地铁一侧槽壁加固跳帮施工示意图
3.1.3地下连续墙施工保护措施
由于地下连续墙较深,临近保护建筑侧地下连续墙最深为49.85 m,地铁侧地下连续墙成槽不流水施工,待先期槽段完成混凝土浇筑后,方进行下一幅槽段的成槽。1 d完成1 幅地下连续墙,“做一跳四”,单幅地下连续墙施工时间控制在20~24 h内(从成槽至混凝土浇筑完成)。在地下连续墙浇筑混凝土前,10 辆混凝土搅拌车必须就位等待,且必须保证其后10 辆搅拌车通过拌站协调于2 h后就位。
3.1.4挖土施工保护措施
(a)土方开挖时严格遵守分层、分块、限时安装支撑的原则,以及“时空效应”理论。
(b)Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区底板在土方开挖后浇筑垫层混凝土,垫层根据分块原则,随挖随浇筑,由于这3 个区域面积小,底板采用一次性浇筑完成;靠近地铁侧Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区底板垫层采用厚300 mm C40早强混凝土。
(c)钢支撑采用预应力自动复加伺服系统Φ 609 mm钢管,变形控制参数为6 mm,伺服系统采用局部独立式的小型液压泵,每套控制3~4 根钢支撑。
(d)严格控制分块施工时间。临近地铁侧为Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区,混凝土支撑中心标高约为-1.90 m;钢支撑标高分别为-5.50 m、-9.20 m和-12.90 m,基础底板底标高为-16.80 m(绝对标高±0.00 m相当于+3.3 m)。支撑间距约为2 m,挖土采用2 根钢支撑一组(约5~6.4 m),随挖随撑的形式。每次挖土土方约为300 m³,采用1 台容量1 m³挖机结合2 台容量0.4 m³挖机,土方挖除时间约控制在3~4 h范围内。在开挖过程中进行,凿除支撑范围内混凝土剥出地下连续墙钢筋并焊接钢支撑埋件。待挖土完成后,安装钢支撑并施加相应预应力(5~6 h内)完成相应支撑施工(一组支撑挖土+支撑时间控制在16 h范围内)。完成相应一组钢支撑后,方可对下一组钢支撑进行土方施工。图6为开挖至Ⅲ区第4皮土时的工况。
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图6Ⅲ区第4皮土剖面挖土工况示意
3.2 施工针对西侧保护建筑及乍浦路桥保护措施
上述保护措施在保护建筑及乍浦路桥侧施工过程中同样适用,另设计针对保护建筑增加如下施工保护措施。
(a)Ⅰ-1区与Ⅰ-2区开挖面积较大,根据现场实际情况也为了满足出土量的需要,加快挖土速度,挖土采用凸字形由分隔墙中部向两侧挖土,周边留土宽度满足10 m左右,南北两侧每块挖土及支撑时间控制在24 h左右。
(b)Ⅰ-1区及Ⅰ-2区底板采用两次浇筑完成;Ⅰ区采用厚200 mm C20混凝土垫层。
4、结语
在施工过程中采用了上述施工保护措施后,基坑施工对周边保护建筑及地铁的影响均在设计要求范围内,且取得了良好的社会效应,得到了业主及相关部门的好评,为今后在市中心及地铁边项目的深基坑施工提供了可借鉴的成功经验。


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