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大型深基坑施工情况分析,围护系统优化实录

408 2020-09-25 08:58:37

第一部分    工程概况

1.1 地理位置及周边环境
本工程为上海市静安区闸北广场合并重建城市更新项目总承包工程,项目位于上海市静安区天目西路街道130街坊13丘。东临大统路、南至天目路西路、西侧为新梅华东大酒店,北靠静安区行政办公大楼及上海站地区治安派出所。

1.2 建筑、结构概况

本工程建筑面积100255m²,塔楼层数36层,地下3层,建筑高度179.6m。塔楼结构类型型钢混凝土框架-钢筋混凝土筒体,地下室为钢筋混凝土框架结构。

1.3 桩基围护概况


本工程基坑面积约为8204m2,基坑周长约415米,开挖深度裙房区域为15.7m,塔楼区域为17.5m,局部深坑18.7m。

基坑围护采用地下连续墙+三道钢筋混凝土支撑的支护形式,混凝土强度等级C30。

本工程围护为地下连续墙,深度45m,已隔断第一承压水层⑦1层粉性土,每幅地墙连接处采用RJP止水加固

本工程为城市更新项目,项目场地包含原闸北广场一期及二期工程,其中原闸北广场一期已完成地下两层结构施工,原闸北广场二期已完成桩基施工,需对其进行拆除。

1.4 参建单位


建设单位:上海闸北广场房地产发展有限公司

                 上海汉基房地产发展有限公司
主体结构设计单位:华东建筑设计研究院有限公司
围护设计单位:上海申元岩土工程有限公司
地质勘察单位:上海申元岩土工程有限公司
监理单位:上海市工程建设咨询监理有限公司
总承包单位:上海建工一建集团有限公司
1.5 监测数据概况

本工程现已完成大底板的混凝土浇筑工作,这张表蓝色部分为桩基围护阶段施工阶段,灰色为土方开挖、地基基础施工阶段,根据基坑监测数据,管线部分沉降受施工影响较大,各施工阶段均在进行沉降。

周边建筑物沉降主要集中于地墙施工阶段,即18年3月1日至18年7月,但未达到累计报警值。

本工程各阶段施工均未对坑外潜水及承压水造成较大影响。

本工程各阶段施工均未对坑外潜水及承压水造成较大影响。

根据监测,本工程土方开挖阶段至第三、第四批土时,立柱桩存在较大的隆起现象,经过底板混凝土浇筑后,现已趋于稳定。

本工程地墙测斜变化较大阶段集中于土方开挖后至支撑施工完的时间段,日变量最大达到2mm



第二部分   工程难点、特点

2.1 地处市中心闹市区,周边环境复杂,基坑安全要求高

基坑周边紧邻静安区政府办公大楼、新梅华东大酒店、机械停车库等建筑物,北侧18层上海站派出所大楼距离基坑边线最小距离仅为10.7m,基坑施工安全对周边建筑影响较大。

1、对于局部超深的电梯井深坑,采用旋喷桩加固的方式并设置型钢支撑。

2、垫层形成的同时完成围檩暗梁结构施工,达到一定强度后吊装型钢支撑。
3、土方开挖采用1:1.5放坡开挖方式,开挖过程中附近疏干井及降压井全部开启,持续降水,防止坑底凸涌。
4、结构底板拟配置87台水钻机及80台绳锯切割机采用钻孔结合切割的方法进行拆除,减少对周边环境的影响。
5、对栈桥平面布置进行优化,增加栈桥板作为材料堆场、夜间值班室及仓库使用,确保施工物资后勤保障,加快整体地下室施工进度。

2.2 地下空间改造,清障体量大,文明施工要求高

本工程作为城市更新项目,最大的难点就是清障,场地一期范围内存在原有大底板需要拆除,厚度约为1.9~2.3m,局部深坑4m,拆除工作量近10000m3,拆除工作量巨大。

考虑到周边环境复杂,原结构底板主要采用钻孔结合切割的方法进行拆除,局部底板位于第二道支撑正下方无法切割或无法吊装的部分,采用机械配合人工破碎拆除。

原结构底板拟考虑采用钻孔结合切割的方法进行拆除,局部底板位于第二道支撑正下方无法切割或无法吊装的部分,采用机械配合人工破碎拆除。


这个是隔音棚的示意,有支撑支护区域使用钢管作为支撑,无支护区域使用钢丝绳进行拉设,同时每个区域开设钢管制作宽度约10m的吊装口,可以人工将隔音棚打开出土或吊运砼块。

隔音棚不仅仅降低机械产生的施工噪音,同时能够起到降尘的效果。基坑内拆除施工产生的扬尘,在上升过程中被湿的麻布吸附,明显提高现场扬尘控制效果。

2.3 北横通道施工时间长,交通组织配合要求高

项目南侧天目西路高架桥改建,黄色线为北横通道T3D下匝道,施工时间为2019.3~2020.6,与本工程结构施工工期重合,会对本工程材料运输影响较大。

由于原转盘下闸道西侧高度不够,我项目部土方车及材料运输车辆无法通过,必须如绿色箭头所示必须从东侧逆行绕行,根据了解该原有转盘下匝道拆除施工时间为2019.3下旬~2019.5,在拆除前我项目部认为其拆除过程会对材料运输及土方外运造成较大的影响。

根据与北横通道施工指挥部沟通,减小对车辆通行的影响,大统路位置下匝道根据立柱分三段拆除,第一、二段拆除时本工程车辆于第三段下方行走,第三段拆除时车辆于第一段区域行走。

此外根据和北横通道指挥部沟通了解,T3、T3d匝道下部结构施工时间为2020.7~2020.12,若下闸道底部高度不足会对我项目材料进场造成极大影响。

虽然通过与北横通道指挥部确认,大统路路口下匝道桥底标高为+7.140,路面标高为+3.030,留有4m高度供车辆经过,宽度超过12m,基本不会影响后续钢结构车辆进出。但我项目部后续依然会继续跟进下匝道施工,积极配合交通组织,减少其施工对本项目的影响。


第三部分   城市更新技术介绍

3.1 全套管回旋钻机围护清障技术

使用全套管回旋钻机围护清障、拔除老钻孔桩

本工程对原闸北广场围护及部分老工程桩采用全套管回旋钻机进行拔除,对周边土体有一定保护。由于整个清障取出障碍物过程均在地底套管内进行,采用冲抓斗直接抓取。

采用全套管回旋钻机进行围护清障和老桩拔除,对周边土体有一定保护。由于整个清障取出障碍物过程均在地底套管内进行,清障施工采用冲抓斗直接抓取。
原钻孔灌注桩长桩拔除实际速度为3~5天/根、短桩拔除实际速度为1~2天/根。
地下连续墙及清障过程中遇到较多地下障碍物
一标段地下连续墙原计划中采用成槽机一次成槽,但在实际进场后发现地下障碍物较多,遇到老桩注浆管、导管、金属构件、不规则障碍物,采用传统成槽机施工一旦需要障碍物无法处理,如再换全回转钻机逐孔进行清障时间太长,对清障工期影响太大,而且CD机清障孔大对地墙外侧土体也有扰动,效果也不好,故采用双轮铣槽机进行成槽清障,直至原搅拌桩深度(约20米),以下深度再改用传统成槽机进行成槽,这样可将清障区域局限在地墙施工位置,避免扩大,同时也避免成槽过程中遇障碍物再换CD机清障反复对槽壁稳定性的影响。

3.2 围护系统优化方案

先行施工首道支撑代替原有斜换撑

围护系统优化方案主要分为两块,其一是使用首道支撑替换斜撑,首先介绍原方案设想,原方案斜撑完成后无法进行桩基打设,故首先进行一期换撑板带区域的桩基施工

然后进行一期区域地下一层结构拆除,再于地下二层进行斜撑施工

其次拆除地下二层结构。

结构拆除后于底板开孔进行桩基施工。

最后在原有底板上搭设排架并施工首道支撑。

而优化方案施工首先进行立柱桩及顶圈梁施工。

然后拆除地下一层结构,于地下二层楼板上搭设排架支撑,施工第一道支撑栈桥

支撑施工完成后原结构拆除至地下室底板,于底板开孔施工工程桩,考虑到支撑栈桥底下净高仅为6.1m,故栈桥下的桩基需采用定制桩架施工。

优化方案有如下优势:

优化方案2,栈桥设计优化
考虑到施工现场场地狭小,基坑约占了82%左右的场地,同时原围护设计方案的栈桥距离基坑边缘最远超过40m,无法满足现场施工要求。采用优化后的栈桥设计,北侧区域通过栈桥就可以到达,利于后续工作的展开。

3.3 配合围护系统优化,采用异形桩架成桩技术

桩架优化

这一部分为配合围护系统优化方案的桩基施工桩架优化

本工程第一道支撑主梁底标高为-2.300,原结构底板面标高为-8.300,栈桥下方净空高度为6米。原GPS-10型桩架高度为10.3m,无法施打栈桥下的桩。经与桩架单位沟通,将桩架外形尺寸改为4.5×2.2×5.8m(长×宽×高),满足工程需要。原工程桩钢筋笼由9米一节改为4.5米一节。

栈桥下工程桩工效分析

栈桥下抗压桩由5节笼变更为8节笼,成桩时间增加4小时/根,抗拔桩由3节笼变更为4节笼,成桩时间增加2小时/根。

原抗压桩为6节笼,计划成桩需24小时; 
根据现场施工情况,
栈桥外抗压桩为5节笼,实际成桩时间为10小时。
栈桥下抗压桩为8节笼,实际成桩时间为14小时。
原抗拔桩为3节笼,计划成桩需12小时;
根据现场施工情况,
栈桥外抗拔桩为3节笼,实际成桩时间为6小时。
栈桥下抗拔桩为4节笼,实际成桩时间为8小时。
3.4 底板静力切割拆除技术

桩基施工阶段,由于工程桩需在底板上进行打桩,故需在每次打桩前进行底板开孔施工,底板开孔采用水钻机进行底板清除施工,而底板清障施工方法与之类似,采用水钻配合切割进行底板拆除。根据现场实际情况,现场配置87台水钻机及80台绳锯切割机进行底板拆除,每天钻孔783孔,切割240m2,工程底板拆除总量约为10000m3,最终60天拆除完成。

3.5 潜水与承压水控制施工技术

深基坑潜水与承压水控制施工技术

根据本工程地质水文情况及施工实际工况,对整个基坑按200㎡布1口辅助降水井,整个基坑共布置真空疏干井39口。减压井5口、1口观测井,坑外观测井5口

真空深井孔径为650mm,井管过滤器为圆孔过滤器,外包40目滤网,管外回填滤料。长度为一期11m、二期22m

若初始水头按4.40m计算,当基坑开挖至地面以下14.78m处时,上覆土压力约为261.45kpa,承压水处于临界状态,即开挖第四层土方时需要对承压水进行减压。

基坑降水深度较深,周边环境相对复杂,为加强控制降水及挖土时对周边环境的影响,在基坑外围设置承压水观测井(应急井),除前期应有观测作用,随时观测坑外水位变化情况外外,后期应具有回灌功能,必要时加以回灌,以减缓因降水造成的沉降问题及挖土造成的位移问题。


本工程由于一区范围存在原有地下室,施工桩基时桩身会穿过承压水层,必须在桩基施工前打设减压井减压。项目部先于2区区域打设减压井,将承压水水头降至底板以下标高时在由东向西依次打设减压井,避免了打设1区减压井过程中的承压水突涌。

该图为各施工阶段承压水水头高度控制情况,桩基施工阶段主要将水头控制于原结构底板面以下1m,确保桩基施工安全,土方开挖阶段则与第四层土方开挖前将水头降至计算标高,确保基坑安全。



第四部分       工程效益

围护系统优化及桩架优化方案

常规基坑每施工一道支撑挖一层土方,而本工程拟考虑二次利用既有围护体系和结构体系,再对新建围护结构、支撑、换撑体系进行优化改进,虽少量增加工期,但能有效进行环境控制和增效节本。

安全方面
本工程地处上海火车站中心区域,周边环境非常复杂,临近静安区政府、天目西路匝道、酒店、火车站站区治安派出所等多个市政机构,基坑安全风险较大,周边环境非常敏感,斜撑状态下基坑需至少敞开6个月施工工程桩,不可预见的情况较多,使用优化方案,有助于施工工程桩时基坑的稳定,减少对周边环境的影响。
工期方面
采用优化方案,桩基分节增加,抗压桩比原方案多耗时11天,抗拔桩比原方案多耗时5天,工程桩施工比原方案多耗时16天。
成本方面
采用调整方案节省斜撑工作量、底板开洞、接长钢立柱、底板搭设排架等工序,对工程总体造价有利。
全套管回旋钻机围护清障技术
在存在既有围护体、地下室结构的情况下原位施工新建围护结构体系,采用铣槽机一次成槽以及采用CD机分段清除新老围护结构相碰、老围护桩偏位及地下不明障碍物,减少对周边环境的影响,达到业主、设计所需要的效果。
原结构底板静力切割拆除技术

传统的人工剔凿或机械破碎效率低、噪音和污染严重、对基坑稳定性影响大。而采用静力切割拆除技术,使用水钻与绳锯相结合对底板进行拆除,具有着拆除快速、省时、省力、安全可靠、飞石危害小、无震动、粉尘少等优点,同时能够做到保证对基坑稳定性影响减少到最小。


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