上海世界村e地块超深基坑地下工程施工技术

上海世界村e地块超深基坑地下工程施工技术

1智慧对数控房地下工程规划设计上海世博村和f楼是建设部风险管理试点项目。其中,E地块位于世博村生活区南端,南北长126m,东西宽124m,建设用地面积约15532m2。E地块在原上海港机厂金加工车间原址进行改扩建,拆除E地块西北角约30%的厂房,新建一幢100m高甲级智能化办公楼。新建部分建筑面积44162m2,地下2层、地上23层,地上1~3层裙房部分与原有厂房连接,新建部分与厂房改造部分协调结合,形成商业与办公建筑结合体(见图1)。甲级办公楼为桩筏共同承载的箱形基础,基坑面积约4350m2,采用逆筑法施工。地下工程施工总体流程为:施工准备→定位放线、标高设定→试桩施工→桩基、围护桩施工→基坑预降水→1~2道钢筋混凝土支撑及土方施工→塔吊安装→筏板施工→地下2层箱形结构与2道支撑拆除穿插施工→地下室验收→地下室外防水施工→基坑回填。施工难点在于妥善处理新建建筑与改建旧厂房的关系。本文重点论述办公楼地下工程的相关施工技术及措施,为同类工程施工提供参考。2工程概况低桩甲级办公楼采用373根钻孔灌注桩,桩位平面布置如图2所示,桩体混凝土强度等级为C30。其中,抗压桩(ϕ700mm)236根,桩底标高-50.45m,桩长约40m,单桩竖向承载力设计值4065kN;抗拔桩(ϕ600mm)137根,桩底标高-40.45m,桩长约30m,单桩竖向承载力设计值1150kN。钻孔灌注桩施工工艺流程:场地平整、浇筑硬化地面→桩位放线→护筒埋设→钻机就位、孔位校正→成孔、泥浆循环、清除废浆、泥渣→第1次清孔→质量验收→下钢筋笼和钢导管→第2次清孔→测定沉淤→浇筑水下混凝土→成桩。场地平整后,采用C20混凝土浇筑200mm厚硬化地面,沿30m×30m方格网设置宽250mm、深300mm的排水沟。这一措施确保桩位放线精确,保证成桩施工质量与精度;高效地完成了泥浆处理、废浆外运等工作,满足上海市文明施工要求;6台钻机在雨季连续施工,能正常进行钻机移位、材料运输等工作,保证正常施工进度,未因为连续阴雨天气而拖延工期。3水泥搅拌桩设计基坑大面积开挖基底标高为-10.3、-10.83m,基坑西侧局部开挖基底标高达-11.63、-12.43m,整个围护体系采用型钢水泥土搅拌墙(SMW工法)+坑内2道混凝土支撑的支护结构体系。SMW工法围护结构采用三轴水泥土搅拌桩ϕ850mm@1800mm(见图3a)。桩身长度20、21、23、24、25、27m,采用32.5级普通硅酸盐水泥,水泥掺量20%(水泥与被加固土体质量比);搅拌桩内插型钢H700×300×13×24@600mm(L=20、21、23、24、25、27m)、2H700×300×13×24@1800mm(L=20、24m);一般区域型钢采用插二跳一的布置形式(见图3b),紧邻旧厂房基础承台位置密插(见图3c),从而有效地保护待改建的旧厂房。由于第1道支撑标高较低,施工顶圈梁时需挖土至相对标高-2.63m,低于原厂房浅基础的埋置深度,为防止原厂房浅基础下土体塌陷,采用70mm厚细石混凝土钢丝网片护坡,并且斜向打设1排长4.5m的ϕ38mm×4mm短钢管,水平间距400mm(见图4)。靠东、南两侧改建厂房部位的坑内土体采用4.2m宽双轴搅拌桩大面积加固,加固深度由第2道支撑底至坑底下4.5m,搅拌桩呈格栅状平面布置,坑底加固桩与围护桩间压密注浆。4栈桥混凝土安装基坑围护设有两道钢筋混凝土支撑:第1道支撑系统中心标高-2.23m,混凝土强度等级C35,混凝土围檩截面1200mm×800mm,混凝土支撑截面750mm×750mm(局部栈桥梁截面扩大至750mm×900mm),连杆截面600mm×600mm;第2道支撑系统中心标高-7.23m,混凝土强度等级C40,混凝土围檩截面1500mm×800mm,混凝土支撑截面800mm×800mm,连杆截面700mm×700mm。混凝土支撑采用钢模板,2台36m汽车泵悬臂布料。为便于基坑土方开挖,在第1道支撑上布置钢栈桥(见图5),采用钢筋混凝土梁加H700×300×12×14@1200mm,钢梁顶面铺20mm厚钢板。钢栈桥可供35t履带吊行走及作业,同时可停放2辆土方车,1辆满载(35t),1辆空载。4.1基坑开挖及基础底板开挖1)基坑内土方开挖至第1道围檩面标高,开槽浇筑第1道混凝土围檩。待围檩达到设计强度70%后开槽架设第1道钢筋混凝土支撑。2)待第1道混凝土支撑达到设计强度后,基坑内土方开挖至第2道围檩底标高,浇筑第2道钢筋混凝土围檩和钢筋混凝土支撑。3)待第2道混凝土支撑达到设计强度要求后,向下分区、分块、分层开挖至基底,浇筑垫层及基础底板。4)待基础底板及素混凝土传力带达到设计强度70%后,拆除第2道混凝土支撑,施工下一层楼板。5)待地下2层楼板及素混凝土传力带达到设计强度70%后,拆除第1道混凝土支撑,施工地下室顶板。4.2爆破支撑系统为缩短工期、加快施工进度,采用爆破法拆除基坑的钢筋混凝土支撑系统。根据爆破设计,爆破孔分布在梁中间,最外一排炮孔距支撑边缘300mm,孔距500mm,排距200~300mm,炮孔深度约为梁厚度的2/3(见图6)。预埋炮孔采用ϕ38mm硬纸管。在不同部位采用不同的爆破强度等级和炸药单耗。在2道支撑系统中,距基坑边缘5m内采用强松动爆破(炸药单耗700~900g/m3),爆破后钢筋和混凝土体基本脱离,基本不需要人工清凿;在远离基坑边缘的其它支撑中采用分离爆破(炸药单耗900~1500g/m3),爆破后钢筋和混凝土体完全脱离,无需人工清凿。为确保爆破安全可靠,本工程采用复式孔内延期非电起爆网络。为减缓爆破时飞石抛出速度和保护爆体表面上起爆网络不受飞石冲击,需在爆体的上空1.5m左右架设双层钢管防护棚,每层顶棚上覆盖竹网片,并且在顶层竹网片上覆盖草袋和安全网。5施工中心设计5.1基坑开挖的总体要求基坑总开挖量约50000m3。土方开挖施工流程结合支撑体系的设置情况,按照设计后浇带进行分区、分层、分皮、分阶段开挖。依据支撑设计,在平面上基本遵循由北向南、由西向东、对称开挖的原则。对东、南紧邻改建厂房侧基坑尽量采取后挖,缩短坑内支撑暴露时间。土方开挖分3个阶段进行。1分层开挖深基坑设计由自然地面-0.60m开挖至第1道支撑面标高-1.83m,开挖深度1.23m,挖土临时放坡坡度1∶1。总出土量5500m3,采用2台1.0m3反铲挖机开挖,开挖总体流向由北向南,施工周期3d。2第2道混凝土对撑施工由第1道支撑面标高-1.83m开挖至第2道支撑底-7.63m,开挖深度5.8m,总出土量25500m3;分层开挖,第1层挖土深度控制为3m,第2层2.8m,分层开挖临时放坡坡度为1∶2。考虑到基坑围护的稳定性及尽量缩短基坑无支撑暴露时间,将第2阶段土方开挖分成2个施工工况进行施工:①开挖基坑中部○ND?~○NH??轴、○N4~○N6轴东西向、南北向共8根井字形混凝土对撑区域,并及时施工井字形混凝土对撑。本工况出土量16000m3,采用2台1m3反铲挖机和2台0.6m3反铲挖机开挖,开挖总体流向由北向南,施工周期7d。②待中部第2道混凝土对撑施工完毕,进行混凝土角撑区域第2阶段土方开挖,开挖完毕后及时进行第2道混凝土角撑施工。本工况出土量9500m3,东北角、西北角、西南角区域各采用1台1m3反铲挖机和1台0.6m3反铲挖机开挖;东南角区域考虑采用1台1m3长臂挖机和1台0.6m3反铲挖机开挖,并利用钢栈桥进行出土。挖土施工周期5d。3基坑开挖和地基开挖情况由第2道支撑底标高-7.63m开挖至基础底板垫层底,开挖深度2.4~4.2m,总出土量约19000m3,采用2台1m3加长臂反铲挖机和6台0.6m3反铲挖机分层开挖,挖土过程中临时放坡坡度为1∶2。开挖由基坑周边向栈桥方向推进,总体流向由北向南;施工周期10d。5.2基坑降水方式为提高基坑底部稳定性,减少支护墙体位移,同时也方便土方开挖、外运,加快施工进度,采用布置轻型井点、深井综合降水方式进行基坑降水。在基坑开挖前2周开始,以保证分层开挖过程中,水位始终位于开挖面以下1.0m,开挖见底时,降水深度应达到坑底以下约0.5~1.0m。1降水能力及井点管根据工程地质条件,开挖范围内土层渗透系数较大,结合本工程基坑开挖深度,为确保基坑浅部开挖6m深度范围内降水质量与保证顺利开挖,在基坑开挖前于坑内布置6套轻型井点预降水。降水2周,基坑内的水位降低至设计标高即可挖土,随着挖土逐套拔除轻型井点。每套井点长约50m。设计总管ϕ75mm,井点管ϕ48mm,井点管长6m,滤水管长1.0m,井点间距1.20m,冲孔直径约300mm,井管四周回填中粗砂,顶部回填粘土封闭。施工工艺流程:放线定位→铺设总管→冲孔→安装井点管、填砂砾滤料、上部填粘土密封→用弯联管将井点管与总管接通→安装抽水设备与总管连通→安装集水箱和排水管→开动真空泵排气、再开动离心水泵抽水→观测井中地下水位变化。2负压深井深井主要采用双滤头深井,配备19口ϕ273mm深井,井深16、19m,井间距约17m,负压深井泵成孔深度为坑底以下5m,最大降水深度为坑底以下1m。随挖土和垫层浇筑逐步将深井拆除。施工工艺流程:准备工作→钻机设备、材料进场→定位→开孔→下护筒→成孔→冲孔换浆→下进井管→填砾砂→止水封孔→洗井→下泵试抽→安装真空泵和抽水泵→正式抽水。5.3基坑监测方案由于改建部分的旧厂房基础与新建办公楼的基坑非常近,土方开挖对旧厂房可能产生不利影响。由管理、设计、施工和监理等单位的专家进行多方案研究分析,决定采用“边监测边施工”方案。根据基坑围护方式,结合周边环境条件,基坑监测内容主要包括基坑内外地下水位、围护桩顶水平位移、施工道路沉降及位移、周边市政道路沉降及水平位移。在基坑降水及开挖期间,须做到一日多测。在基坑施工期间的观测间隔,可视测得的位移及内力变化情况放长或缩短。如果监测数据超过报警界限,则启动应急预案,及时处理,确保施工安全。本工程所确定的报警界限如下:基坑边水平、垂直位移>0.5mm/d或累计>15mm;一般位置水平、垂直位移>3mm/d或累计>35mm;坑外地下水位下降500mm。6板、剪力墙地下车库基础底板厚1000mm、局部1800mm,地下室内外墙板厚400mm,剪力墙厚300~400mm。框架柱截面尺寸主要为800mm×800mm、800mm×1000mm,梁截面尺寸主要为500mm×650mm、400mm×900mm、500mm×900mm。6.1基础底板施工1钢筋混凝土浇筑垫层施工→底板下排钢筋绑扎→隐蔽工程验收→钢筋支架安装→底板上排钢筋绑扎→隐蔽工程验收→板、墙、柱插筋→止水钢板施工→隐蔽工程验收→底板混凝土浇捣→底板测温、养护。2土、树、土垫层施工基坑土体暴露面积≤200m2,及时进行基坑验槽,完毕后即覆盖垫层混凝土,以防止坑底土体受雨水侵蚀而影响基础质量。根据时空效应,保证在规定时间内完成土方、垫层施工,在24h内完成垫层浇筑,使垫层及时起到临时支撑作用。垫层混凝土浇捣时,采用平板式振动器振捣,长刮尺刮平,并打磨压实。3基础钢筋绑扎和放样混凝土垫层施工后,根据控制轴线弹出底板外围线及墙柱位置线,然后进入常规施工,首先绑扎承台、电梯井及深坑等处钢筋,接着按设计要求逐段铺设底板钢筋,自下而上分层绑扎,绑扎中应注意各层钢筋上下关系。由于筏板钢筋纵横交叉,加上相交处还有墙柱插筋,给现场实际操作带来一定难度,因此在钢筋放样时,合理收放箍筋,主筋合理布局,重点处理基础梁相交处主次梁的钢筋上下排放的层次。对于直径≥25mm的钢筋采用直螺纹连接技术。4井等位置模板底板侧模采用240mm厚砖模,外贴防水卷材并做粉刷层。对于地下室集水井等位置采用木制吊模。注意电梯井深坑部位模板应牢靠稳固。施工缝位置,应保证止水钢板焊缝密实,支撑牢靠。由于主楼底板较厚,底板后浇带混凝土侧面采用专用快易收口钢板网隔断,后浇带底部均铺设附加外置式橡胶止水带。5混凝土浇筑、垫层施工基础底板混凝土浇捣采用1~2台汽车泵接硬管,根据设计后浇带位置情况分2次浇捣。1.7m高低跨处,先施工低跨底板,高跨底板施工时需注意施工缝处理,同时在高低跨底板间设置止水钢板,防止底板渗水。施工时,由于商品混凝土流动性较大,浇筑顺序为“分段定点、一个坡度、薄层浇筑、循序推进、一次到顶”。这种自然流淌形成斜坡混凝土的浇筑方法,能较好地适应泵送工艺,避免混凝土输送管道经常拆除、冲洗和接长,提高泵送效率,简化混凝土的泌水处理,保证上下层混凝土不超过初凝时间。大流动性混凝土在浇筑、振捣过程中,上涌的泌水和浮浆顺混凝土坡面下流到坑底。由于混凝土垫层施工时已预先在横向做出20mm坡度,使大部分泌水顺垫层坡度通过两侧模板底部预留孔排出坑外。少量泌水随着混凝土浇筑向前推进被赶至基坑顶端,由顶端模板下部的预留孔排至坑外。6.2柱墙和地板材料的施工1钢筋绑扎及安装直径>25mm结构柱、墙板竖向钢筋采用直螺纹连接,对于直径18~25mm钢筋采用电渣压力焊,直径<18mm的绑扎。绑扎板、墙钢筋时,需设置“S”形拉筋。封墙模板前,配合安装接地用避雷钢筋及暗管埋设。平台钢筋上下两层网片间,每隔一定距离(1000mm)设置1道钢筋撑脚,确保上下钢筋的有效高度。2安装梁端墙模、格栅地下室混凝土内外墙板、内部结构柱、墙、平台板模板均采用竹胶合板。竖向、水平龙骨均采用ϕ48mm钢管,间距≤600mm,ϕ16mm对拉螺栓。混凝土外墙所有对拉螺栓中间须设4mm×50mm×50mm止水钢片,两头均设钢片限位及木垫片,墙板之间用2道ϕ48mm钢管水平支撑及剪刀撑固定,间距≤800mm,和平台排架连接保证其整体牢固。墙模施工时,局部层高较高部位可设下料串筒,在高度2