“坑中坑”深淺異形基坑關(guān)鍵施工技術(shù)

2014年度技術(shù)總結(jié)第頁/共7頁“坑中坑”深淺異形基坑關(guān)鍵施工技術(shù)劉桂峰、毛科上海分公司第三工程管理部[摘要]根據(jù)上海漕河涇興園技術(shù)中心工程基坑的特點(diǎn)，通過優(yōu)化“坑中坑”施工方案，提出先將大面積基礎(chǔ)底板施工完成后再施工主樓落深區(qū)的“坑中坑”，利用已經(jīng)施工完成的基礎(chǔ)底板作為支撐點(diǎn)，及時(shí)施工坑中坑區(qū)域的鋼支撐，完成換撐工作，并設(shè)置減壓降水井，降低承壓水頭，通過合理設(shè)置“坑中坑”基礎(chǔ)底板的施工縫，順利完成“坑中坑”基礎(chǔ)底板施工，實(shí)踐證明其方案是成功的。[關(guān)鍵詞]土方開挖;換撐;承壓水;施工縫;鋼支撐。工程概況上海漕河涇興園技術(shù)工程位于上海漕河涇新興技術(shù)開發(fā)區(qū)內(nèi)，由兩幢38層辦公樓（高度152.5m）和裙房（高度14.0m）組成，基地總面積32945m2，總建筑面積18.8萬m2，其中地下建筑面積45856m2，地上建筑面積142438m2?；幽媳遍L240m，東西長110m，整個(gè)基坑形式為不規(guī)則矩形，基坑面積22900m2，大面積基坑開挖深度為9.8m，主樓區(qū)基坑開挖深度11.4m，局部坑中坑挖深-17.5m，詳見圖1。圖1基坑支護(hù)平面布置圖基坑圍護(hù)工程簡介本基坑處于典型的上海軟土區(qū)，開挖深度內(nèi)以淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土和淤泥質(zhì)粘土為主，大面積基坑圍護(hù)形式采用攪拌樁重力壩止水、鉆孔灌注樁及一道混凝土支撐（主樓區(qū)局部二道鋼支撐）進(jìn)行擋土及支護(hù)，主樓坑中坑區(qū)域重新進(jìn)行了加固和支護(hù)，坑中坑四周采用水泥土攪拌樁+鉆孔灌注樁+鋼支撐進(jìn)行擋水和支護(hù)，水泥土攪拌樁為φ800@600的雙排旋噴止水樁，樁底標(biāo)高為-24.1m，鉆孔灌注樁為φ700@900，樁底標(biāo)高為-24.1m，樁頂標(biāo)高為-11.3m，樁頂設(shè)置1000×700鋼筋混凝土圈梁，在圈梁標(biāo)高處設(shè)置一道H400×400×13×21型鋼支撐。坑中坑底部采用高壓旋噴樁封底，坑中坑土方開挖采用1：1放坡處理，并采用配筋噴射混凝土護(hù)坡，詳見圖2。圖2基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖主樓坑中坑關(guān)鍵施工方案確定根據(jù)基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)形式和工程結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，確定了整個(gè)基坑分成若干個(gè)小基坑，采取分塊開挖的施工方案，先開挖裙房區(qū)的淺基坑，后開挖主樓區(qū)深基坑，待大面積基礎(chǔ)底板形成后最后開挖主樓區(qū)的坑中坑土方，坑中坑混凝土后澆（詳見圖3），該方案的特點(diǎn)是：（1）大基坑轉(zhuǎn)化為若干個(gè)小基坑，分區(qū)分塊開挖土方，及時(shí)施工基礎(chǔ)底板，可以有效減小基坑的時(shí)空效應(yīng)，從而有效控制基坑變形；（2）基坑土方開挖先開挖裙房區(qū)較淺部位，避免了一次性開挖面積較大，深度較深，施工周期長，基坑暴露時(shí)間長的不利影響；（3）主樓坑中坑土方最后開挖，可以利用已經(jīng)施工完成的基礎(chǔ)底板作為換撐點(diǎn)，有效實(shí)施鋼結(jié)構(gòu)斜拋撐施工，將坑壁側(cè)壓力傳遞到已施工完成的基礎(chǔ)底板上，提高了基坑施工的安全性；（4）主樓坑中坑混凝土后澆，可以減少基礎(chǔ)底板的一次性混凝土澆筑量（后澆混凝量4200m3），有利于大體積混凝土底板裂縫的控制；為謹(jǐn)慎起見，我們多次邀請了上海市科技委專家對基坑施工方案進(jìn)行了論證。先后對基坑圍護(hù)的設(shè)計(jì)方案和基坑施工方案進(jìn)行分析比較，經(jīng)多次優(yōu)化，最后專家組一致認(rèn)為上述方案可行。圖3坑中坑區(qū)域土方開挖剖面示意圖施工流程（1）大面積基礎(chǔ)底板施工完成后，利用已施工完成的鋼筋混凝土牛腿，安裝鋼支撐，作為主樓坑中坑區(qū)域的第二道支撐，見圖4。圖4施工完成的鋼支撐（2）開挖坑中坑土方至排樁壓頂支撐梁底，鑿除排樁頂部的混凝土，排樁鋼筋保留，以便錨入壓頂支撐梁內(nèi)；（3）壓頂圈梁施工并養(yǎng)護(hù)，并完成坑中坑鋼支撐系統(tǒng)安裝；（4）坑中坑土方開挖至深坑底部-17.5m處，同時(shí)進(jìn)行配筋護(hù)坡噴射混凝土及坑底墊層施工；（5）坑中坑基礎(chǔ)底板混凝土第一次施工及養(yǎng)護(hù)，第一次施工至-12.5m處（鋼支撐底部），并待混凝土強(qiáng)度達(dá)到80%后，拆除鋼支撐；見圖5，圖6。圖5坑中坑基礎(chǔ)鋼筋安裝綁扎圖6坑中坑第一次混凝土澆筑完成并拆除鋼支撐（6）坑中坑第二次施工基礎(chǔ)底板至-9.1m（基礎(chǔ)完成面）處，完成坑中坑基礎(chǔ)底板混凝土施工并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。承壓水減壓施工方案坑中坑土方開挖坑底穩(wěn)定性驗(yàn)算本工程受第⑤2層微承壓含水層、第⑦層承壓含水層的影響，基坑開挖時(shí)應(yīng)對下部承（微）壓含水層進(jìn)行驗(yàn)算并分析。根據(jù)上海巖土工程勘查設(shè)計(jì)研究院有限公司提供的地質(zhì)勘察報(bào)告，本場區(qū)開挖范圍內(nèi)土層分布見表1:表1層次地基土名稱粘聚力（KN/m2）內(nèi)摩擦角（o）重度（KN/m3）土層厚度（m）滲透系數(shù)(cm/s)①填土010181.4-②粉質(zhì)粘土1714.518.11.72.0E-06③淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土111817.23.75.0E-05④淤泥質(zhì)粘土131216.69.67.0E-06⑤1粉質(zhì)粘土111718.05.95.0E-05⑤2粉砂夾粉質(zhì)粘土519.518.16.94.0E-04⑥粉質(zhì)粘土--19.31.4-⑦1-1砂質(zhì)粘土--18.33.57-⑦1-1夾粉質(zhì)粘土--19.31.92-⑦1-2粉砂--18.67.3-⑦1-2夾粉質(zhì)粘土--18.32.37-⑦2粉細(xì)砂--18.824.9-⑨1粉細(xì)砂--19.418.35-基坑底板的穩(wěn)定條件：基坑底板至承壓含水層頂板間的土壓力應(yīng)大于承壓水的頂托力。即：H·γs≥Fs·γw·h式中：H—基坑底至承壓含水層頂板間距離（m），取12.75；γs—.基坑底至承壓含水層頂板間的土的平均重度（kN/m3），取18.3；h—承壓水頭高度至承壓含水層頂板的距離，取19.4（m）；γw—水的重度（kN/m3），取10kN/m3；Fs—安全系數(shù)，一般為1.0～１.2，取1.05。12.75×18.3≥19.4×10×1.05穩(wěn)定性分析第⑤2層微承壓含水層、⑦層承壓含水層水頭埋深按最不利的水頭考慮，取高水位，根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，為地表以下3m。計(jì)算結(jié)果：在本工程地下水頭按3m考慮，第⑦層承壓含水層不會(huì)產(chǎn)生突涌；第⑤2層微承壓含水層聯(lián)通區(qū)，基坑可能產(chǎn)生突涌。承壓水降水施工方案根據(jù)本工程受古河道切割的地質(zhì)特點(diǎn)，基坑開挖時(shí)，古河道切割區(qū)地下水頭在高水位的情況下，基坑可能產(chǎn)生⑤2層微承壓含水層突涌，確定在基坑內(nèi)，古河道切割區(qū)布置8個(gè)減壓井，主要針對⑤2層微承壓含水層進(jìn)行降壓降水。8個(gè)減壓井分別布置在4個(gè)坑中坑區(qū)域，每個(gè)坑布置2口減壓井，減壓井采用直徑273mm鋼管作井管，直徑為273mm橋式網(wǎng)管做濾水井管。濾水管包扎60目土工布，減壓井深度36m，采用直徑2～3cm優(yōu)質(zhì)粘土球進(jìn)行止水密實(shí)回填3～5m，改用當(dāng)?shù)卣惩粱蚬献悠叹恋孛妗p壓井降水實(shí)施效果為了更準(zhǔn)確掌握承壓水的情況，檢驗(yàn)承壓降水抽水效果，現(xiàn)場進(jìn)行了抽水試驗(yàn)，承壓降水井出水量一般在30～40m3/h，理論計(jì)算和實(shí)測數(shù)據(jù)基本吻合，本工程共布置8口減壓井，試驗(yàn)表明，5口井就可以將水頭降低至最深開挖面以下，試驗(yàn)還表明，該地區(qū)承壓水水源非常充足，需要連續(xù)降水，同時(shí)，短期內(nèi)抽取承壓水不會(huì)對周圍建筑物造成影響。實(shí)際施工中，開啟了4口減壓井就已經(jīng)將地下水降至挖土面以下1.5m，另外4口減壓井未使用，基礎(chǔ)施工完成后，對減壓井進(jìn)行封井處理，深井封井底部采用碎石或黃砂填充，上部2米采用C30混凝土封口。坑中坑護(hù)坡、圈梁加鋼支撐施工坑中坑采用45度放坡開挖，為了減少基坑開挖后土方的暴露時(shí)間，必須隨著挖土深度的增加及時(shí)做好護(hù)坡施工，提高深坑的安全穩(wěn)定性。（1）邊坡護(hù)坡采用150mm厚的C40噴射混凝土，其內(nèi)配φ6@150的雙向鋼筋網(wǎng)片。（2）深坑第一次土方開挖之前，首先利用前期施工大底板時(shí)預(yù)留的牛腿，安裝鋼斜拋撐，作為主樓深坑區(qū)的第二道支撐，保證圍護(hù)灌注樁樁底的穩(wěn)定性。（3）土方開挖至坑中坑壓頂圈梁底部，鑿除鉆孔灌注樁頂部的混凝土，保留其主筋，以便錨入頂圈梁混凝土內(nèi)，圈梁混凝土強(qiáng)度等級為C40，其強(qiáng)度達(dá)到C30時(shí)，方可安裝鋼內(nèi)支撐，并開始鋼支撐下方的土方開挖。坑中坑基礎(chǔ)底板施工坑中坑土方開挖至坑底后，開始基礎(chǔ)底板的鋼筋安裝綁扎，集水坑、電梯井模板支設(shè)固定，澆筑混凝土至鋼支撐梁底（-12.5m處），并在電梯井和集水坑四周施工縫處預(yù)埋止水鋼板，封閉施工縫處的滲水通道。待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后，拆除鋼支撐，施工-12.5m以上的基礎(chǔ)底板，并對施工縫進(jìn)行鑿毛處理，清掃干凈，方可澆筑混凝土，基礎(chǔ)底板施工至-9.1m，坑中坑基礎(chǔ)底板施工完成。結(jié)語坑中坑基礎(chǔ)底板分2次施工，合理設(shè)置施工縫，完成坑中坑施工的換撐工作，及時(shí)拆除鋼內(nèi)支撐，節(jié)約了材料費(fèi)用，提高了基礎(chǔ)底板的施工質(zhì)量。通過在坑中坑附近設(shè)置減壓井，有效的降低了承壓水頭，減小了坑底突涌的風(fēng)險(xiǎn)，提高了坑中坑施工的安全性，實(shí)踐證明，減壓降水的實(shí)施方案是成功