yantubbs-上海环球金融中心主楼超大超深基础坑中坑围护

1、 !"!"!"!"1工程概况上海环球金融中心工程特大基础施工采用分区顺逆作复合法施工技术。为了加快主楼施工进度,主楼采用顺作法施工方案,为了节约裙房围护施工费用、减少施工对环境的影响,裙房采用逆作法施工方案。在整个基础内侧主楼区域,采用100m 内径的地下连续墙作临时围护,圆环基坑面积为7850m 2(见图1。主楼大面积基坑开挖深度达18.35m ,坑中坑面积约占大基坑面积的28%,体量约为1万m 3,开挖深度达25.89m 。由于坑中坑是本工程施工的关键所在,我们对其施工方案进行了重点研究。图1上海环球金融中心基坑平面位置2主楼坑中坑围护工程简介由于坑

2、中坑地处深基坑中央,我们即利用700mm钢管工程桩与钻孔灌注桩组合形成坑中坑围护排桩(见图2,根据钢管工程桩的间距大小再打设1200mm 或900m m 钻孔灌注桩,钻孔灌注桩底标高为-32m ,钻孔灌注桩顶部设置断面为1.5m(W×0.7m (H钢筋混凝土压顶圈梁,在圈梁标高处设置一道2H500mm ×200mm 钢支撑,钢支撑中部利用工程桩设置立柱(见图7。坑中坑边坡采用11放坡处理,采用配筋喷射混凝土护坡,基坑垫层为0.2m 厚。图2坑中坑围护支撑及土方挖土分区示意BUILDING CONSTRUCTION建筑施工第28卷第5期Vo1.28 No.5【作者简介】龚剑(

3、1960-,男,博士,教授级高级工程师,项目总工程师,联系地址:上海浦东福山路33号(200120,电话:(02158885666转。【收稿日期】2006-05-12 !"!"!"!"3主楼坑中坑关键施工方案研究为了保证主楼坑中坑土方开挖工程施工的安全,原施工方案采用先完成大面积周边基础底板,基础底板留设垂直施工缝,在确保大基坑围护稳定的前提下再进行深坑部位的施工。但采用这种方法施工难度大,基础底板施工质量不易保证,为此我们进一步深化研究,以期寻找更为合理的方案。优化方案采用先进行主楼坑中坑排桩顶圈梁部位土方开挖,进行压顶圈梁钢筋混凝土施工和养护。坑中坑

4、钢支撑以上部分土方开挖,利用700m m 工程桩立柱安装钢支撑系统。坑中坑土方开挖至基坑底-25.89m ,进行护坡喷射混凝土及垫层施工。垫层施工后进行坑中坑桩顶处理,利用格构柱完成钢支撑立柱换撑工作。坑中坑部位第一次基础底板混凝土施工后,进行坑中坑西南和东北两个浅坑的土方开挖,坑中坑第二次基础底板混凝土施工至大面积基础底板底部,最后进行基础大底板混凝土施工,由于坑中坑钢支撑设置在第一次混凝土水平施工缝以上,钢支撑可以拆除,但由于钢支撑两端钢筋密集,钢支撑拆除费工费时,在实际施工中钢支撑不予拆除,将其浇筑在底板混凝土内。4施工流程(1坑中坑排桩围护压顶圈梁刨槽土方开挖,进行配筋护坡喷射混凝土施

5、工(见图3。图3施工流程一(2压顶圈梁施工及养护,完成钢支撑以上土方开挖(见图4。图4施工流程二(3坑中坑钢支撑系统安装。(4坑中坑土方开挖至深坑底部-25.89m,同时进行 配筋护坡喷射混凝土及垫层施工(见图5。图5施工流程三(5桩顶处理及钢支撑立柱换撑,坑中坑基础底板混凝土第一次施工及养护,同时进行坑中坑两端浅坑部位土方开挖,进行护坡、垫层、桩顶处理。(6坑中坑第二次基础底板混凝土施工及养护,完成坑中坑基础混凝土施工(见图6。图6施工流程四5承压水减压降水施工方案5.1坑中坑土方开挖坑底稳定验算根据勘察报告,承压水层1层顶埋深27.829.4m ,为安全起见,计算所用承压水层埋深为27.8

6、m。根据承压水抽水试验报告,在我们坑中坑施工期内,承压水水头高为18.1m。根据规范要求:F=r i h ir w h w1.05其中:F-安全系数r i -基坑底至承压水层顶分层土的容重(kN /m 3h i -基坑底至承压水层顶分层土的厚度(mr w -水的容重(kN /m 3h w -承压水层顶以上的水头高度(m当基础开挖至大面积基坑底-18.35m 时:根据计算,需降低承压水水头18.1-17.47=0.63m,即承压水头降至标高-10.33m ,可以确保安全施工。 !"!"!"!"当基础开挖至大面积基坑底-25.89m 时:根据计算,需降低承压

7、水水头18.1-3.64=14.46m ,即承压水头降至标高-24.16m 可以确保安全施工。考虑到坑中坑开挖面离第1层承压水层最小距离为1.91m ,为了更安全起见,应将承压水头高度降至零。5.2承压水降水施工方案本工程基础底面第层土是一层很好的隔水层,其下是典型的承压水层。本工程基坑底离承压水层顶只有1.91m,承压水层顶的土重不能平衡承压水水头压力,坑底稳定性远远小于规范要求。主楼围护地下连续墙深度为3436m ,不能阻隔基坑内外的承压水。因此,本工程必须进行承压水降水,承压水减压降水成功与否是本工程坑中坑开挖能否成功的关键。在主楼基坑连续墙外4m 左右布置有14口承压水减压降水井,坑外

8、布置1口承压水观测井,坑中坑部位布置有2口承压水减压降水井和2口承压水观测井。为方便坑中坑土方开挖施工,减少承压水排水施工困难,方便井口封底工作,本工程原则上用布置在基坑外围的承压水降压井进行降压抽水,内部的降压井留作备用。承压水降压井孔径为650m m ,孔深56m ,井管为273m m 的钢质焊接管,过滤管长21m ,沉淀管1m,滤管为桥式过滤器,孔隙率30%,过滤管包扎材料为30-40目尼龙细纱一层,方格铁丝网一层。孔底至孔深28m 井管四周填石圆砾,形成良好的过滤层,在中粗纱层段填13m m 和35mm 混合砾料,在粉细砂及以上粉性土层填13mm 砾料,在2328m 深处井管四周先填粘

9、土球封孔以避免上部潜水漏入井内,尽可能控制降水引起的地面沉降。其后填粘土至孔口,以进行管外封孔。在坑外和坑内布置的承压水观测井,井孔350m m ,井管127mm ,井深34m ,过滤器长3m。5.3承压水降水主要技术措施(1为防止现场紧急停电,施工现场配备一台运行良好的柴油发电机(220KW 作为施工降水的备用电源,并实行严格管理使其保持完好,保证在紧急停电情况下10m in 内电源到位,连续降水。坑中坑开挖前进行电源切换试验,确保电源供应的可靠性。(2重视施工过程中的围护监测工作,以监测数据指导施工。每个阶段施工前,均对监测数据进行分析,监测数据在控制范围内才安排下道工序施工。(3加强基坑

10、开挖和降水时的环境监测,绘制相关的图表、曲线,以调控降水运行。发现问题及时处理调整抽水井及抽水流量,指导降水运行和开挖施工。(4为减小基坑开挖对周围环境的影响,承压水水头降深以满足挖土施工要求为准,但也不易过深,同时,尽量加快深坑土方开挖和底板施工进度,特别是深坑部位底板混凝土的施工。5.4承压水减压降水实施效果为了更准确的掌握承压含水层的情况,检验承压降水抽水效果,现场进行了抽水试验。抽水试验表明,承压降水井出水量一般在5070m 3/h,理论计算与实测数据基本吻合。本工程设置了14口降压井,试验结果表明8口井就能将承压水降至最深土方开挖面以下,安全储备有保证。根据降水井的运行能力,承压水水

11、头高度可以始终处于挖土面标高以下12m ,同时完全有能力使承压水水头压力降为零。通过水位恢复试验,承压水头可以在10m in 内上升总降量的9%,这说明承压水水源非常充足,水源恢复迅速,所以现场必须配备备用电源,确保基坑施工安全。抽水试验还表明,短期内抽取承压水不会引起地面较大沉降,对周围建筑物影响也较小在实际施工中,基坑大面积挖土到-18.35m 以后,从承压水抽水实际效果来看,基坑外围4口承压降水井开启即能使承压水降至基坑底下12m。当基坑开挖至最深处-25.89m,实际开启了7口承压降水井就能使承压水降至基坑下12m。由于基坑外7口承压降水井开启已满足安全施工要求,因此坑中坑中的承压降水

12、井始终没有开启,在坑中坑底板施工时进行了拆除封底处理。6坑中坑护坡、垫层及圈梁压顶加支撑施工电梯井深坑土方分二层三个区域,均采用45°放坡开挖,为减少基坑开挖后土体的暴露时间,必须随着挖土深度的增加及时做好边坡护坡施工,提高深坑的安全稳定性。边坡护坡采用0.2m 厚C40喷射混凝土,其内配6200mm 双向钢筋网片。为了保证护坡混凝土结构稳定,采用25mm 1200mm 钢筋锚杆锚入深坑周边土体内。为保证坑底稳定,坑底垫层利用工程桩进行加强,具体方法为:每根桩四周焊接4根10m m 钢筋(长度500m m ,坡脚部位桩四周焊接6根10m m 钢筋,使垫层混凝土与桩形成整体,起到封底效

13、果。垫层混凝土厚度为200m m,强度等级为C40,并掺加早强剂。深坑第一次土方开挖结束后开始钢筋混凝土顶圈梁施工。首先对顶圈梁底部的工程桩和钻孔灌注桩顶部进行处理,凿除钻孔灌注桩顶部混凝土,保留其主筋,以便锚入顶圈梁混凝土内。钢筋混凝土顶圈梁采用C50混凝土,圈梁混凝土强度达到C30,即可进行第二次土方开挖。深坑部位的钢支撑立柱利用主体结构工程桩,由于工程桩桩顶需进行桩顶处理,因此必须对立柱进行置换。在深坑坑底垫层施工完毕后即对用作新立柱的工程桩进行桩顶处理,然后在桩帽盖板上焊接钢格构柱,进行支撑换撑,格构柱焊接位置应考虑避让底板结构钢筋,最后进行对撑的安装(图7。333!"!&q

14、uot;!"!"图7坑中坑围护及支撑实景7监测结果分析(1承压水降水初期水位降深较小,对周边管线的沉降影响尚不明显。随着施工继续,承压水位继续下降,其对周边管线的影响不断增加。电梯井深坑开挖时,减压井增开至7口,周边地下管线均产生了约45m m的沉降量。(2在电梯井深坑开挖后,由于陆家嘴环路立交距基坑较远,基坑开挖施工对其影响很小。(3基坑西侧的金茂大厦距基坑最近处约为50m,沉降观测点设置在其地下室的底板上,在整个观测期间,金茂大厦没有发现与本工程施工有关的明显沉降加快的趋势,因此本工程塔楼区的施工对其影响不明显。(4同一轴线各测点的沉降差异比较小,说明了承压水位变化的影

15、响范围较远,同时降水引起的承压水头降落漏斗的坡度不大,因此使周边环境的差异沉降量也较小。(5电梯井深坑开挖期间,因距离圆形围护地墙的距离较远,地墙位移增量均不大,没有超过3m m。(6电梯井深坑开挖的过程对地墙的应力变化影响较小,这与墙体测斜数据变化不大的事实一致。但在大底板浇筑过程中,地墙所受的应力有一显著的回档现象,这与底板在短时间内承受了很大的侧向土压力有关,并很大程度减少了开挖面以上地墙的绕度。(7深基坑开挖后,布设于深基坑内的测点回弹量要远远大于浅坑内的测点回弹量,监测到的最大回弹值为35mm。(8根据回弹数据的变化情况分析,开挖时由于坑内土体的卸荷,引起坑底土体的隆起。随着承压水位

16、的降低,坑底土体产生固结沉降,坑底土体的隆起现象明显减弱。另一方面由于有大量钢管桩,在一定程度上也抑制了坑底土体的回弹。(9在深基坑开挖过程中,由于土体的卸荷,圈梁在垂直方向均表现为抬升,最大值为6.8mm,变化情况与大基坑顶圈梁一致;在水平方向上主要表现为向基坑内的位移,最大值为3m m。(10深基坑围护共布置了4个测斜孔,监测数据反映深基坑围护的侧向位移较小,位移最大的孔在深度2m处仅变化了4.7m m。(11为了监控深基坑开挖对周围已有钢管工程桩的影响程度,按设计要求在坑外选择了4根钢管桩测点进行监测,从实测数据来看,坑外钢管桩顶部变形都相当小,最大沉降量仅为2.9mm,因此深基坑开挖对

17、深度很深、刚度很大的钢管桩影响不大。(12在深基坑挖土过程中,钢支撑的受力持续增长,最大值为876kN;随深基坑内钢筋等施工荷载的增加,支撑受力逐渐减少,深基坑的大底板浇筑后,支撑受力已接近于零。8结论(1上海环球金融中心主楼坑中坑最深达到-25.89m,采用先坑中坑施工,再进行基础大底板施工的方案是成功的。既保证了围护施工的安全,同时也保证了基础结构施工质量。本工程各项监测数据反映,坑中坑施工时,其各项监测数据变化均较小,对周边环境基本没有影响。(2承压水降水顺利进行是整个主楼基坑施工的关键,实践证明:在承压水减压降水中,采用理论计算结合抽水试验而制定的方案是合理的,(3由于坑中坑土方挖深至上海地质第层土,而第层土为暗绿色粉质粘土,其渗透系数小,含水量低,在这种超固结土质情况下,对其进行土体加固同样意义不大。其一加固困难,其二反而会破坏该层土层的稳定性,只要降承压水到位,围护排桩无需进行止水帷幕止水处理,效果同样良好。(4本工程基坑开挖基坑回弹监测数据明显小于计算值,这与基坑规模、挖土深度、围护入土深度有密切关系。特别是工程桩的作用以及承压水减压降水效果明显,这些有利因素均减少了坑底的隆起,提高了基坑的稳定性。(5本