“坑中坑”深浅异形基坑关键施工技术

2014年度技术总结第页/共7页“坑中坑”深浅异形基坑关键施工技术刘桂峰、毛科上海分公司第三工程管理部[摘要]根据上海漕河泾兴园技术中心工程基坑的特点，通过优化“坑中坑”施工方案，提出先将大面积基础底板施工完成后再施工主楼落深区的“坑中坑”，利用已经施工完成的基础底板作为支撑点，及时施工坑中坑区域的钢支撑，完成换撑工作，并设置减压降水井，降低承压水头，通过合理设置“坑中坑”基础底板的施工缝，顺利完成“坑中坑”基础底板施工，实践证明其方案是成功的。[关键词]土方开挖;换撑;承压水;施工缝;钢支撑。工程概况上海漕河泾兴园技术工程位于上海漕河泾新兴技术开发区内，由两幢38层办公楼（高度152.5m）和裙房（高度14.0m）组成，基地总面积32945m2，总建筑面积18.8万m2，其中地下建筑面积45856m2，地上建筑面积142438m2。基坑南北长240m，东西长110m，整个基坑形式为不规则矩形，基坑面积22900m2，大面积基坑开挖深度为9.8m，主楼区基坑开挖深度11.4m，局部坑中坑挖深-17.5m，详见图1。图1基坑支护平面布置图基坑围护工程简介本基坑处于典型的上海软土区，开挖深度内以淤泥质粉质粘土和淤泥质粘土为主，大面积基坑围护形式采用搅拌桩重力坝止水、钻孔灌注桩及一道混凝土支撑（主楼区局部二道钢支撑）进行挡土及支护，主楼坑中坑区域重新进行了加固和支护，坑中坑四周采用水泥土搅拌桩+钻孔灌注桩+钢支撑进行挡水和支护，水泥土搅拌桩为φ800@600的双排旋喷止水桩，桩底标高为-24.1m，钻孔灌注桩为φ700@900，桩底标高为-24.1m，桩顶标高为-11.3m，桩顶设置1000×700钢筋混凝土圈梁，在圈梁标高处设置一道H400×400×13×21型钢支撑。坑中坑底部采用高压旋喷桩封底，坑中坑土方开挖采用1：1放坡处理，并采用配筋喷射混凝土护坡，详见图2。图2基坑支护结构剖面图主楼坑中坑关键施工方案确定根据基坑围护设计的结构形式和工程结构的实际情况，确定了整个基坑分成若干个小基坑，采取分块开挖的施工方案，先开挖裙房区的浅基坑，后开挖主楼区深基坑，待大面积基础底板形成后最后开挖主楼区的坑中坑土方，坑中坑混凝土后浇（详见图3），该方案的特点是：（1）大基坑转化为若干个小基坑，分区分块开挖土方，及时施工基础底板，可以有效减小基坑的时空效应，从而有效控制基坑变形；（2）基坑土方开挖先开挖裙房区较浅部位，避免了一次性开挖面积较大，深度较深，施工周期长，基坑暴露时间长的不利影响；（3）主楼坑中坑土方最后开挖，可以利用已经施工完成的基础底板作为换撑点，有效实施钢结构斜抛撑施工，将坑壁侧压力传递到已施工完成的基础底板上，提高了基坑施工的安全性；（4）主楼坑中坑混凝土后浇，可以减少基础底板的一次性混凝土浇筑量（后浇混凝量4200m3），有利于大体积混凝土底板裂缝的控制；为谨慎起见，我们多次邀请了上海市科技委专家对基坑施工方案进行了论证。先后对基坑围护的设计方案和基坑施工方案进行分析比较，经多次优化，最后专家组一致认为上述方案可行。图3坑中坑区域土方开挖剖面示意图施工流程（1）大面积基础底板施工完成后，利用已施工完成的钢筋混凝土牛腿，安装钢支撑，作为主楼坑中坑区域的第二道支撑，见图4。图4施工完成的钢支撑（2）开挖坑中坑土方至排桩压顶支撑梁底，凿除排桩顶部的混凝土，排桩钢筋保留，以便锚入压顶支撑梁内；（3）压顶圈梁施工并养护，并完成坑中坑钢支撑系统安装；（4）坑中坑土方开挖至深坑底部-17.5m处，同时进行配筋护坡喷射混凝土及坑底垫层施工；（5）坑中坑基础底板混凝土第一次施工及养护，第一次施工至-12.5m处（钢支撑底部），并待混凝土强度达到80%后，拆除钢支撑；见图5，图6。图5坑中坑基础钢筋安装绑扎图6坑中坑第一次混凝土浇筑完成并拆除钢支撑（6）坑中坑第二次施工基础底板至-9.1m（基础完成面）处，完成坑中坑基础底板混凝土施工并进行养护。承压水减压施工方案坑中坑土方开挖坑底稳定性验算本工程受第⑤2层微承压含水层、第⑦层承压含水层的影响，基坑开挖时应对下部承（微）压含水层进行验算并分析。根据上海岩土工程勘查设计研究院有限公司提供的地质勘察报告，本场区开挖范围内土层分布见表1:表1层次地基土名称粘聚力（KN/m2）内摩擦角（º）重度（KN/m3）土层厚度（m）渗透系数(cm/s)①填土010181.4-②粉质粘土1714.518.11.72.0E-06③淤泥质粉质粘土111817.23.75.0E-05④淤泥质粘土131216.69.67.0E-06⑤1粉质粘土111718.05.95.0E-05⑤2粉砂夹粉质粘土519.518.16.94.0E-04⑥粉质粘土--19.31.4-⑦1-1砂质粘土--18.33.57-⑦1-1夹粉质粘土--19.31.92-⑦1-2粉砂--18.67.3-⑦1-2夹粉质粘土--18.32.37-⑦2粉细砂--18.824.9-⑨1粉细砂--19.418.35-基坑底板的稳定条件：基坑底板至承压含水层顶板间的土压力应大于承压水的顶托力。即：H·γs≥Fs·γw·h式中：H—基坑底至承压含水层顶板间距离（m），取12.75；γs—.基坑底至承压含水层顶板间的土的平均重度（kN/m3），取18.3；h—承压水头高度至承压含水层顶板的距离，取19.4（m）；γw—水的重度（kN/m3），取10kN/m3；Fs—安全系数，一般为1.0～１.2，取1.05。12.75×18.3≥19.4×10×1.05稳定性分析第⑤2层微承压含水层、⑦层承压含水层水头埋深按最不利的水头考虑，取高水位，根据地质勘察报告，为地表以下3m。计算结果：在本工程地下水头按3m考虑，第⑦层承压含水层不会产生突涌；第⑤2层微承压含水层联通区，基坑可能产生突涌。承压水降水施工方案根据本工程受古河道切割的地质特点，基坑开挖时，古河道切割区地下水头在高水位的情况下，基坑可能产生⑤2层微承压含水层突涌，确定在基坑内，古河道切割区布置8个减压井，主要针对⑤2层微承压含水层进行降压降水。8个减压井分别布置在4个坑中坑区域，每个坑布置2口减压井，减压井采用直径273mm钢管作井管，直径为273mm桥式网管做滤水井管。滤水管包扎60目土工布，减压井深度36m，采用直径2～3cm优质粘土球进行止水密实回填3～5m，改用当地粘土或瓜子片固井至地面。减压井降水实施效果为了更准确掌握承压水的情况，检验承压降水抽水效果，现场进行了抽水试验，承压降水井出水量一般在30～40m3/h，理论计算和实测数据基本吻合，本工程共布置8口减压井，试验表明，5口井就可以将水头降低至最深开挖面以下，试验还表明，该地区承压水水源非常充足，需要连续降水，同时，短期内抽取承压水不会对周围建筑物造成影响。实际施工中，开启了4口减压井就已经将地下水降至挖土面以下1.5m，另外4口减压井未使用，基础施工完成后，对减压井进行封井处理，深井封井底部采用碎石或黄砂填充，上部2米采用C30混凝土封口。坑中坑护坡、圈梁加钢支撑施工坑中坑采用45度放坡开挖，为了减少基坑开挖后土方的暴露时间，必须随着挖土深度的增加及时做好护坡施工，提高深坑的安全稳定性。（1）边坡护坡采用150mm厚的C40喷射混凝土，其内配φ6@150的双向钢筋网片。（2）深坑第一次土方开挖之前，首先利用前期施工大底板时预留的牛腿，安装钢斜抛撑，作为主楼深坑区的第二道支撑，保证围护灌注桩桩底的稳定性。（3）土方开挖至坑中坑压顶圈梁底部，凿除钻孔灌注桩顶部的混凝土，保留其主筋，以便锚入顶圈梁混凝土内，圈梁混凝土强度等级为C40，其强度达到C30时，方可安装钢内支撑，并开始钢支撑下方的土方开挖。坑中坑基础底板施工坑中坑土方开挖至坑底后，开始基础底板的钢筋安装绑扎，集水坑、电梯井模板支设固定，浇筑混凝土至钢支撑梁底（-12.5m处），并在电梯井和集水坑四周施工缝处预埋止水钢板，封闭施工缝处的渗水通道。待混凝土强度达到设计强度的80%后，拆除钢支撑，施工-12.5m以上的基础底板，并对施工缝进行凿毛处理，清扫干净，方可浇筑混凝土，基础底板施工至-9.1m，坑中坑基础底板施工完成。结语坑中坑基础底板分2次施工，合理设置施工缝，完成坑中坑施工的换撑工作，及时拆除钢内支撑，节约了材料费用，提高了基础底板的施工质量。通过在坑中坑附近设置减压井，有效的降低了承压水头，减小了坑底突涌的风险，提高了坑中坑施工的安全性，实践证明，减压降水的实施方案是成功