紧邻地铁与高架的深大基坑工程支撑、降水和开挖施工技术
2013-12-19
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核心提示：【摘要】上海越洋国际广场工程紧邻城市高架和地铁车站,给深基坑施工带来很大难度,为了确保高架交通和地铁2号线车站的正常运行以及
【摘要】上海越洋国际广场工程紧邻城市高架和地铁车站,给深基坑施工带来很大难度,为了确保高架交通和地铁2号线车站的正常运行以及M7线地铁车站的正常施工,采取了合理的支撑、降水、开挖土的施工技术,顺利地完成了基坑工程施工,取得了较好的经济和社会效益。【关键词】基坑工程支撑降水挖土
越洋国际广场工程位于上海市静安区南京西路1627号/常德路55号地块。工程南侧为延安中路高架，北侧紧邻运行中的地铁2号线静安寺地铁车站，东侧临近在建的地铁M7线地铁静安寺车站。
1施工难点和对策方案
地下工程施工难点:一是基坑面积大；二是开挖深度深；三是施工环境复杂.其基坑南侧是延安中路高架，北侧南京西路下的地铁2号线静安寺车站紧贴本工程北侧Ⅱ区地下室结构外墙，而在建中的M7线地铁静安寺车站西侧地下连续墙与本工程东侧围护体的距离为6.20～13.00m（且正在施工中）。越洋广场地下1~2层有城市地下连通道，地下3层是地铁2号线和M7号线的一票换乘通道。
根据工程具体情况和对2条地铁线的保护，我们将项目整体分为2个施工区域：Ⅰ区为一幢43层超高层办公楼和24层酒店式公寓组成；Ⅱ区为6层商场大楼。
在施工工艺上：Ⅰ区工程地下室采用顺作法施工，Ⅱ区工程地下室根据对地铁的保护要求再分2个施工区域；靠近地铁的区域采用顺作法施工，另一区域因工期需求采用逆作法施工。中间用连续墙隔开。
Ⅰ区基坑总面积约为11293m2，地下3层相互连通形成一体。
Ⅰ区基坑开挖深度及相关参数见表1。Ⅰ区围护结构采用地下连续墙形式，地下连续墙深约30m，宽度为800mm（局部1000mm）。北侧与Ⅱ区结合部采用钻孔灌注桩和三头搅拌桩形式作为临时隔断。
本工程采用“两墙合一”形式，即地下连续墙将同时作为结构地下室外墙。
基坑支撑体系采用3道钢筋混凝土支撑和围檩。
为了加强支撑间的整体作用，在支撑间设置联系杆。第一道支撑中心标高-2.10m，截面为1000mm×800mm，局部结合栈桥处为1000mm×1000mm，围檩截面为1200mm×800mm；第二道支撑中心标高-7.9m，截面为1200mm×800mm，围檩截面为1300mm×800mm；第三道支撑中心标高-12.95m，截面为1300mm×800mm；围檩截面为1400mm×800mm。
办公楼电梯井挖深部位设置一道钢支撑，即，中心标高-19.65m处设置第四道钢支撑（H700mm×300mm×13mm×24mm）。
由于基坑周边没有施工道路，因此沿基坑中间部位及大门附近支撑上设置混凝土栈桥，以利土方施工顺利进行。
2水文地质条件
本工程地层以淤泥质粘土和粉质粘土为主，按其水文地质特性，场地开挖范围内的地下水类为潜水。
潜水含水层：场地潜水主要在②、③及④层土中，其补给来源主要为大气降水，排泄方式主要为蒸发，潜水与地表水体也有较强的水力联系。勘探期间实测场地浅部地下水位埋深为0.90～1.50m(上海市年平均地下水位离地表面约0.50m～0.70m)。
3降水施工工艺
由于基坑围护采用明挖法，施工时需及时疏干开挖范围内土层的地下水，为保证基坑的干开挖施工的顺利进行，共布置了47口疏干井（按每240m2布一口井）。
3.1井孔施工
（1）测放井位：根据井位平面布置图测放井位，当布设的井点受地面障碍物或施工条件的影响时，现场可作适当调整。
（2）安装钻机：机台应安装稳固水平，大钩对准孔中心，大钩、转盘与孔的中心三点成一线。
（3）钻进成孔：疏干井的开孔孔径为φ500mm，均一径到底。钻进开孔时应吊紧大钩钢丝绳，轻压慢转，以保证开孔钻进的垂直度，回转钻成孔施工采用孔内自然造浆，钻进过程中泥浆密度控制在1.10～1.15，当提升钻具或停工时，孔内必须压满泥浆，以防止孔壁坍塌。
（4）清孔换浆：钻孔钻进至设计标高后，在提钻前将钻杆提至离孔底0.50m，进行冲孔清除孔内杂物，同时将孔内的泥浆密度逐步调至1.10，至孔底沉淤小于30cm、返出的泥浆内不含泥块为止。
（5）下井管：下管前必须测量孔深，孔深符合设计要求后，开始下井管。井管焊接要牢固、垂直，下到设计深度后，井口固定居中。
（6）填砾料（中粗砂）：填砾料前在井管内下入钻杆至离孔底0.30～0.50m处，井管上口应加闷头密封后，从钻杆内泵送泥浆进行边冲孔边逐步调浆，使孔内的泥浆从滤水管内向外由井管与孔壁的环状间隙内返浆，使孔内的泥浆密度逐步调到1.05,然后开小泵量按要求填入砾料，并随填随测填砾料的高度，直至砾料下入预定位置为止。
（7）填粘性土：在围填粘性土时，应将块状的粘性土碾碎（粒径≤3cm）后填入，下入速度不宜太快。
（8）井口封闭：为防止泥浆及地表污水从管外流入井内，在地表以下回填2.00m厚粘性土以止水，或采用水泥浆封孔。
（9）洗井：在提出钻杆前利用井管内的钻杆接上高压泵，先进行孔内换浆，将孔内泥浆换成清水，同时置换出井管底沉淤,直到水清不含砂为止。
（10）安泵试抽：成井施工结束后，在疏干井内及时下入潜水泵与接真空管、排设排水管道、地面真空泵安装、铺设电缆等，电缆与管道系统在设置时应注意避免在抽水过程中被挖土机、吊车等碾压、碰撞损坏。抽水与排水系统安装完毕，即可开始试抽水。先采用真空泵与潜水泵交替抽水，真空抽水时管路系统内的真空度不宜小于0.06MPa，以确保真空抽水的效果。
（11）排水:洗井及降水运行时，用管道将水排至场地四周的明渠内，通过排水渠将水排入场外市政管道中。
3.2疏干井降水运行
（1）在疏干井的成井施工阶段应边施工边抽水，即完成一口投入降水运行一口，力争在基坑开挖前及时降低围护结构内基坑中的地下水位，做到能及时降至每一层开挖面以下0.5m～1.0m。
（2）坑内疏干井抽水时，潜水泵的抽水间隔时间由短至长，每次抽水井内水抽干后，应立即停泵，对于出水量较大的井，每天开泵的抽水的次数相应要增多。（3）工地现场要备足潜水泵，数量要多于井数的1～2台。使用的潜水泵要做好日常保养工作，发现坏泵应立即修复或及时更换。
（4）降水运行期间，现场实行24h值班制，值班人员应认真做好各项记录，做到准确齐全。
（5）降水运行阶段应保证电源供给，如遇电网停电，有关单位须提前两个小时通知降水施工人员，以便及时采取措施，保证降水效果。
4挖土与支撑施工
4.1第一皮土方开挖和支撑(栈桥)施工
公寓楼和塔楼部位占地面积各5150m2和5660m2，此处先挖深1.80m~1.00m（天窗区域），土方量约为7482m2。施工利用三台EX-200挖土机，由南向北进行表层土开挖。
第一道支撑施工时，按要求凿除地下连续墙上部分混凝土，要求凿至围檩底面以上5~10cm。剥出地下连续墙主筋,清除开凿面松动的混凝土碎块和残浆。
混凝土浇捣采用C30混凝土（除四周围檩均采用C30S6）。
按照设计图纸放出支撑、围檩垫层灰线（每侧垫层边比支撑边宽250mm），并复核钢构柱位置，根据钢构柱实际位置在征得设计同意后调整支撑轴线位置，但注意与钢结构柱位置不能相碰。
支撑底部浇筑200mm厚C20混凝土垫层，上铺油毡隔离层代底模。
侧模采用九夹板加50mm×100mm木方外加穿墙螺栓、扣件管支撑体系。栈桥平台模采用九夹板。
第一道支撑浇筑时进行分段施工，原则上要求每个施工段内的混凝土一次浇捣完成，分段浇捣必须注意施工缝的留设与处理。施工缝要求留设在跨中的L/3内。
施工缝处理：凿除钢筋和界面处的松动混凝土和残浆，用同配比水泥浆接浆后再浇筑新混凝土。
混凝土浇捣采用汽车泵或固定泵进行浇捣。
4.2第二皮挖土及第二道支撑施工
公寓楼部位挖深5.85m、土方量约为30128m3、每天按运土量为3000m3计，工期为10d，利用3台EX-300和3台EX-100挖土机、分3条施工作业线，由西向东进行立体接力开挖。
塔楼部位挖深5.85m、土方量约为32884m3、每天运土量为3200m3计，工期为10d，利用2台EX-200和2台EX-100挖土机、分2条施工作业线；由西向东进行立体接力开挖。
挖土按盆式方法进行，挖土不得超挖，开挖面的高差应控制在3m以内，放坡为1∶1.5；
立柱周边应对称掏空，以防止立柱受力不均匀。
针对钢筋混凝土围檩、边桁架及角撑复合支撑的特点，挖土的流向与支撑施工配合，做到分区挖土、分区形成支撑，最大程度地减少基坑无支撑状态持续的时间。
待挖土到位后，在支撑部位开沟挖槽，槽深为支撑底标高下10cm，槽宽为支撑宽度加1m（左右各0.5m），槽边坡按1∶0.75放坡。
在沟槽两侧边坡处设置100mm×150mm临时排水小明沟。
在支撑区挖土时，在通道的支撑旁填土然后铺上走道板，让走道板架空，高出支撑面30cm。严禁在底部掏空的支撑构件上行走与操作。
第二道支撑施工时将围檩高度部位的地下连续墙表面凿毛，使围檩对地墙有一定的嵌固作用，同时剥出与围檩吊筋相焊接的地下连续墙钢筋。
施工垫层、方法及要求同第一道支撑，进行立柱桩穿支撑节点施工，焊钢板及钢筋。
围檩、支撑的钢筋绑扎、支模、插吊筋，模板形式亦同第一道支撑。
考虑到基坑工程结束后的支撑拆除，在浇捣支撑时预埋爆破用纸管。
混凝土标号C30，掺早强剂，采用2台固定泵接硬管布料。施工缝留设要求同第一道支撑。
4.3第三皮挖土及第三道支撑施工
当第二道支撑的混凝土强度达到设计强度的80%，进行开挖第三皮土方。
开挖条件同第二次开挖。最底下30cm厚土体采用人工方式开挖，将坑底土平整到标高要求并布置好盲沟。
电梯井等深坑部位在机械挖到坑周围标高时，同时挖除并将土带走，并配合人工挖土成型。拔除深井降水管。
混凝土垫层施工紧随挖土分块进行，不使坑底长时间暴露。其间用水准仪测量，严格控制垫层标高。
支撑施工同第二道支撑施工。
4.4办公楼电梯井挖深部位钢支撑施工
操作工艺：沟槽成型→焊接立柱牛腿→拼接安装H型钢支撑形成支撑体系→补加缀板→焊接固定部分节点→全部焊接→检查验收。
根据设计图纸和交底要求放出支撑轴线，检验支撑位置、立柱桩及围护桩位置。
钢支撑检查内容：节点焊缝质量、横向联系杆设置情况、支撑轴线与标高。严格控制支撑轴线、标高偏差，要求水平向、垂直向沿轴线偏差控制在30mm以内。
5结语
整个基坑工程从降水、开挖到地下室结构出地面各项质量指标均符合设计和规范要求，没有出现大的位移和沉降，保证了附近高架和地铁2号线的正常运营以及M7号线地铁车站的顺利施工，取得了较好的经济和社会效益。
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