“坑中坑”深淺異形基坑關(guān)鍵施工技術(shù)

2014年度技術(shù)總結(jié)第頁/共7頁“坑中坑”深淺異形基坑關(guān)鍵施工技術(shù)劉桂峰、毛科上海分公司第三工程管理部[摘要]根據(jù)上海漕河涇興園技術(shù)中心工程基坑的特點，通過優(yōu)化“坑中坑”施工方案，提出先將大面積基礎(chǔ)底板施工完成后再施工主樓落深區(qū)的“坑中坑”，利用已經(jīng)施工完成的基礎(chǔ)底板作為支撐點，及時施工坑中坑區(qū)域的鋼支撐，完成換撐工作，并設(shè)置減壓降水井，降低承壓水頭，通過合理設(shè)置“坑中坑”基礎(chǔ)底板的施工縫，順利完成“坑中坑”基礎(chǔ)底板施工，實踐證明其方案是成功的。[關(guān)鍵詞]土方開挖;換撐;承壓水;施工縫;鋼支撐。工程概況上海漕河涇興園技術(shù)工程位于上海漕河涇新興技術(shù)開發(fā)區(qū)內(nèi)，由兩幢38層辦公樓（高度152.5m）和裙房（高度14.0m）組成，基地總面積32945m2，總建筑面積18.8萬m2，其中地下建筑面積45856m2，地上建筑面積142438m2?；幽媳遍L240m，東西長110m，整個基坑形式為不規(guī)則矩形，基坑面積22900m2，大面積基坑開挖深度為9.8m，主樓區(qū)基坑開挖深度11.4m，局部坑中坑挖深-17.5m，詳見圖1。圖1基坑支護平面布置圖基坑圍護工程簡介本基坑處于典型的上海軟土區(qū)，開挖深度內(nèi)以淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土和淤泥質(zhì)粘土為主，大面積基坑圍護形式采用攪拌樁重力壩止水、鉆孔灌注樁及一道混凝土支撐（主樓區(qū)局部二道鋼支撐）進行擋土及支護，主樓坑中坑區(qū)域重新進行了加固和支護，坑中坑四周采用水泥土攪拌樁+鉆孔灌注樁+鋼支撐進行擋水和支護，水泥土攪拌樁為φ800@600的雙排旋噴止水樁，樁底標高為-24.1m，鉆孔灌注樁為φ700@900，樁底標高為-24.1m，樁頂標高為-11.3m，樁頂設(shè)置1000×700鋼筋混凝土圈梁，在圈梁標高處設(shè)置一道H400×400×13×21型鋼支撐?？又锌拥撞坎捎酶邏盒龂姌斗獾?，坑中坑土方開挖采用1：1放坡處理，并采用配筋噴射混凝土護坡，詳見圖2。圖2基坑支護結(jié)構(gòu)剖面圖主樓坑中坑關(guān)鍵施工方案確定根據(jù)基坑圍護設(shè)計的結(jié)構(gòu)形式和工程結(jié)構(gòu)的實際情況，確定了整個基坑分成若干個小基坑，采取分塊開挖的施工方案，先開挖裙房區(qū)的淺基坑，后開挖主樓區(qū)深基坑，待大面積基礎(chǔ)底板形成后最后開挖主樓區(qū)的坑中坑土方，坑中坑混凝土后澆（詳見圖3），該方案的特點是：（1）大基坑轉(zhuǎn)化為若干個小基坑，分區(qū)分塊開挖土方，及時施工基礎(chǔ)底板，可以有效減小基坑的時空效應(yīng)，從而有效控制基坑變形；（2）基坑土方開挖先開挖裙房區(qū)較淺部位，避免了一次性開挖面積較大，深度較深，施工周期長，基坑暴露時間長的不利影響；（3）主樓坑中坑土方最后開挖，可以利用已經(jīng)施工完成的基礎(chǔ)底板作為換撐點，有效實施鋼結(jié)構(gòu)斜拋撐施工，將坑壁側(cè)壓力傳遞到已施工完成的基礎(chǔ)底板上，提高了基坑施工的安全性；（4）主樓坑中坑混凝土后澆，可以減少基礎(chǔ)底板的一次性混凝土澆筑量（后澆混凝量4200m3），有利于大體積混凝土底板裂縫的控制；為謹慎起見，我們多次邀請了上海市科技委專家對基坑施工方案進行了論證。先后對基坑圍護的設(shè)計方案和基坑施工方案進行分析比較，經(jīng)多次優(yōu)化，最后專家組一致認為上述方案可行。圖3坑中坑區(qū)域土方開挖剖面示意圖施工流程（1）大面積基礎(chǔ)底板施工完成后，利用已施工完成的鋼筋混凝土牛腿，安裝鋼支撐，作為主樓坑中坑區(qū)域的第二道支撐，見圖4。圖4施工完成的鋼支撐（2）開挖坑中坑土方至排樁壓頂支撐梁底，鑿除排樁頂部的混凝土，排樁鋼筋保留，以便錨入壓頂支撐梁內(nèi)；（3）壓頂圈梁施工并養(yǎng)護，并完成坑中坑鋼支撐系統(tǒng)安裝；（4）坑中坑土方開挖至深坑底部-17.5m處，同時進行配筋護坡噴射混凝土及坑底墊層施工；（5）坑中坑基礎(chǔ)底板混凝土第一次施工及養(yǎng)護，第一次施工至-12.5m處（鋼支撐底部），并待混凝土強度達到80%后，拆除鋼支撐；見圖5，圖6。圖5坑中坑基礎(chǔ)鋼筋安裝綁扎圖6坑中坑第一次混凝土澆筑完成并拆除鋼支撐（6）坑中坑第二次施工基礎(chǔ)底板至-9.1m（基礎(chǔ)完成面）處，完成坑中坑基礎(chǔ)底板混凝土施工并進行養(yǎng)護。承壓水減壓施工方案坑中坑土方開挖坑底穩(wěn)定性驗算本工程受第⑤2層微承壓含水層、第⑦層承壓含水層的影響，基坑開挖時應(yīng)對下部承（微）壓含水層進行驗算并分析。根據(jù)上海巖土工程勘查設(shè)計研究院有限公司提供的地質(zhì)勘察報告，本場區(qū)開挖范圍內(nèi)土層分布見表1:表1層次地基土名稱粘聚力（KN/m2）內(nèi)摩擦角（o）重度（KN/m3）土層厚度（m）滲透系數(shù)(cm/s)①填土010181.4-②粉質(zhì)粘土1714.518.11.72.0E-06③淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土111817.23.75.0E-05④淤泥質(zhì)粘土131216.69.67.0E-06⑤1粉質(zhì)粘土111718.05.95.0E-05⑤2粉砂夾粉質(zhì)粘土519.518.16.94.0E-04⑥粉質(zhì)粘土--19.31.4-⑦1-1砂質(zhì)粘土--18.33.57-⑦1-1夾粉質(zhì)粘土--19.31.92-⑦1-2粉砂--18.67.3-⑦1-2夾粉質(zhì)粘土--18.32.37-⑦2粉細砂--18.824.9-⑨1粉細砂--19.418.35-基坑底板的穩(wěn)定條件：基坑底板至承壓含水層頂板間的土壓力應(yīng)大于承壓水的頂托力。即：H·γs≥Fs·γw·h式中：H—基坑底至承壓含水層頂板間距離（m），取12.75；γs—.基坑底至承壓含水層頂板間的土的平均重度（kN/m3），取18.3；h—承壓水頭高度至承壓含水層頂板的距離，取19.4（m）；γw—水的重度（kN/m3），取10kN/m3；Fs—安全系數(shù)，一般為1.0～１.2，取1.05。12.75×18.3≥19.4×10×1.05穩(wěn)定性分析第⑤2層微承壓含水層、⑦層承壓含水層水頭埋深按最不利的水頭考慮，取高水位，根據(jù)地質(zhì)勘察報告，為地表以下3m。計算結(jié)果：在本工程地下水頭按3m考慮，第⑦層承壓含水層不會產(chǎn)生突涌；第⑤2層微承壓含水層聯(lián)通區(qū)，基坑可能產(chǎn)生突涌。承壓水降水施工方案根據(jù)本工程受古河道切割的地質(zhì)特點，基坑開挖時，古河道切割區(qū)地下水頭在高水位的情況下，基坑可能產(chǎn)生⑤2層微承壓含水層突涌，確定在基坑內(nèi)，古河道切割區(qū)布置8個減壓井，主要針對⑤2層微承壓含水層進行降壓降水。8個減壓井分別布置在4個坑中坑區(qū)域，每個坑布置2口減壓井，減壓井采用直徑273mm鋼管作井管，直徑為273mm橋式網(wǎng)管做濾水井管。濾水管包扎60目土工布，減壓井深度36m，采用直徑2～3cm優(yōu)質(zhì)粘土球進行止水密實回填3～5m，改用當?shù)卣惩粱蚬献悠叹恋孛?。減壓井降水實施效果為了更準確掌握承壓水的情況，檢驗承壓降水抽水效果，現(xiàn)場進行了抽水試驗，承壓降水井出水量一般在30～40m3/h，理論計算和實測數(shù)據(jù)基本吻合，本工程共布置8口減壓井，試驗表明，5口井就可以將水頭降低至最深開挖面以下，試驗還表明，該地區(qū)承壓水水源非常充足，需要連續(xù)降水，同時，短期內(nèi)抽取承壓水不會對周圍建筑物造成影響。實際施工中，開啟了4口減壓井就已經(jīng)將地下水降至挖土面以下1.5m，另外4口減壓井未使用，基礎(chǔ)施工完成后，對減壓井進行封井處理，深井封井底部采用碎石或黃砂填充，上部2米采用C30混凝土封口?？又锌幼o坡、圈梁加鋼支撐施工坑中坑采用45度放坡開挖，為了減少基坑開挖后土方的暴露時間，必須隨著挖土深度的增加及時做好護坡施工，提高深坑的安全穩(wěn)定性。（1）邊坡護坡采用150mm厚的C40噴射混凝土，其內(nèi)配φ6@150的雙向鋼筋網(wǎng)片。（2）深坑第一次土方開挖之前，首先利用前期施工大底板時預(yù)留的牛腿，安裝鋼斜拋撐，作為主樓深坑區(qū)的第二道支撐，保證圍護灌注樁樁底的穩(wěn)定性。（3）土方開挖至坑中坑壓頂圈梁底部，鑿除鉆孔灌注樁頂部的混凝土，保留其主筋，以便錨入頂圈梁混凝土內(nèi)，圈梁混凝土強度等級為C40，其強度達到C30時，方可安裝鋼內(nèi)支撐，并開始鋼支撐下方的土方開挖?？又锌踊A(chǔ)底板施工坑中坑土方開挖至坑底后，開始基礎(chǔ)底板的鋼筋安裝綁扎，集水坑、電梯井模板支設(shè)固定，澆筑混凝土至鋼支撐梁底（-12.5m處），并在電梯井和集水坑四周施工縫處預(yù)埋止水鋼板，封閉施工縫處的滲水通道。待混凝土強度達到設(shè)計強度的80%后，拆除鋼支撐，施工-12.5m以上的基礎(chǔ)底板，并對施工縫進行鑿毛處理，清掃干凈，方可澆筑混凝土，基礎(chǔ)底板施工至-9.1m，坑中坑基礎(chǔ)底板施工完成。結(jié)語坑中坑基礎(chǔ)底板分2次施工，合理設(shè)置施工縫，完成坑中坑施工的換撐工作，及時拆除鋼內(nèi)支撐，節(jié)約了材料費用，提高了基礎(chǔ)底板的施工質(zhì)量。通過在坑中坑附近設(shè)置減壓井，有效的降低了承壓水頭，減小了坑底突涌的風險，提高了坑中坑施工的安全性，實踐證明，減壓降水的實施方案是成功