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上海卢湾区某临轨道交通基坑工程

395 2020-12-04 09:49:52


一、工程概况

1、建筑工程概况

该工程为上海市卢湾区新一轮的旧区改造地区之一,也是打浦桥地区中心的重要组成部分。
基地北临泰康路,南至城市主干道徐家汇路,西邻瑞金二路,东侧为数幢22至28层高的公寓及办公楼。
该工程基地总用地面积为44101㎡,建设一座高140m的31层办公楼(C楼),二座高100m的29层公寓式办公楼(A、B楼)及地下二层至地上五层的商业裙房以及地下三层配套车库、轨道交通9号线打浦桥站及设备用房。位于基地内的轨道交通9号线打浦桥站与该地块项目同步开发建造,一体化设计施工。


2、基坑工程概况

该项目基坑开挖总面积约40176㎡,基地外边围护总边长约1015m。该项目基坑结合地铁9号线打浦桥站施工与工期节点要求,共分为四个基坑独立交叉施工,即车站东端头井基坑、车站西端头井基坑、9号裙房基坑和其余区域整体大基坑(含地块南、北大基坑及车站中间段基坑)。基坑总平面图详见图1。该项目基坑施工筹划安排如下:

(1)一期施工车站东、西端头井基坑及9号裙房基坑,其中9号裙房基坑须在地铁盾构推进前完成±0.00以下结构。

(2)二期施工地块南、北大基坑及车站中间段基坑。

基坑围护结构除9号裙房基坑采用钻孔灌注桩加水泥土搅拌桩止水帷幕外,其余基坑均采用地下连续墙。车站东、西端头井基坑开挖深度约26.32m,车站标准段开挖深度约24.73m,9号裙房基坑开挖深度约8.6m,地块南、北大基坑开挖深度约17.5m.


3、基坑周边环境

基坑东侧为数幢22至28层高的塔楼,包括双钱公寓、华轮大厦、思源公寓及宝鼎大厦,最近距基坑围护边约9m。
基坑南侧为徐家汇路,道路红线宽50m,为城市主干道。路下距基坑由近及远(4~35m)有电力1根、上话12孔、煤气300mm、上水150mm、上水300mm、上话36孔、雨水1350mm、合流2000mm(35m)等地下管线。
基坑西侧为瑞金二路,道路红线宽32m,为城市次干路。路下距基坑由近及远(15~28m)有上话6孔、上话12孔、上水500mm、雨水900mm、雨水1350mm、合流2700mm(21m)、雨水1350mm、煤气300mm、电力1根、信息27孔、电力1根等地下管线。

基坑北侧为泰康路,道路红线宽16m,为城市支路。道路北侧为一排多层老住宅,距离基坑最近距离约19m.


4、工程地质概况

根据上海现代建筑设计集团申元岩土工程有限公司《卢湾区55街坊岩土工程初步勘察报告(工程编号0601-K-006,日期2006年2月10日)》、中交公路规划设计院上海分院、上海市地质勘查技术研究院《上海轨道交通9号线二期工程打浦桥站岩土工程勘察报告(工程编号2005-003M,日期2005年5月)》所提供的资料,本场地的地质条件如下。

(1)地形地貌

地貌形态为滨海平原地貌,地势较平坦,目前场地地面绝对标高在3.46~5.49m.基坑设计时取自然地面绝对标高为4.50m。

(2)场地地质条件

(3)地下水

本场地浅层地下水属潜水类型,主要补给来源为大气降水,位随季节变化而变化。

上海地区一般地下水位埋深一般为0.30~1.50m,年平均地下水位为0.5~0.7m。

本场地第⑤-2层、第⑦层分别属微承压水和承压含水层,其中⑤-2层仅在基地西南角局部有分布。第⑤-2层的微承压水水头埋深为地下9.35m,且⑤-2层最浅埋深为26.7m,当基坑开挖深度在16.58m以下时,按《基坑工程设计规程》计算,基坑底部土体抵抗承压水的稳定性安全系数不满足规程要求,因此采取措施按需分级降低微承压水头。

第⑦层的承压水水头埋深为地下9.40m,且⑦层最浅埋深为46.2m,在本基坑开挖深度范围内,按《基坑工程设计规程》计算,基坑底部土体抵抗承压水的稳定性安全系数满足规程要求。


(4)不良地质现象

拟建场地内未发现暗浜存在,局部地段杂填土厚度较大。在围护设计中需考虑不良地质现象对围护结构施工及开挖的不利影响。


二、基坑支护设计

1、围护结构

为加快施工进度及满足地铁9号线打浦桥站施工盾构进出洞工期节点要求,一期开挖施工两端头井基坑与9号楼裙房基坑,二期开挖施工南、北区大基坑及车站中间段基坑。

其中,大基坑施工到第四道支撑后,开挖大基坑最后一层土体的同时,按坑中坑方式开挖地铁车站标准段局部落深基坑。

基坑均采用内支撑顺作开挖,根据基坑抗倾覆、抗隆起稳定性、抗管涌稳定性、基坑变形以及节约造价的要求,确定地下室与车站围护墙均采用1000mm厚地下连续墙,其中车站标准段局部落深基坑围护结构采用800mm厚地下连续墙。围护结构平面布置详见图2。


(1)车站东、西端头井围护

车站东端头井基坑开挖深度26.3m,围护墙采用1000厚地下连续墙,墙深49m.基坑开挖底面位于第⑤1-2层土中,地下墙墙趾位于⑦-2层土中。

西端头井基坑开挖深度25.9m,围护墙采用1000厚地下连续墙,墙深48m.基坑开挖底面位于第⑤1-2层土中,地下墙墙趾位于⑤-3层土中。


(2)大基坑围护

大基坑开挖深度17.5m(塔楼C范围开挖深度加深至20.6m),围护结构采用1000厚地下连续墙,地墙深37m(基坑边有局部深坑处地墙加深到40m).基坑开挖底面位于第⑤1-1层土中,地下墙趾置于⑤3层土中。


(3)车站标准段局部落深基坑围护

车站标准段局部落深处采用坑中坑方式进行开挖,围护结构采用800厚地下连续墙。

由于大基坑与车站标准段基坑一体化施工,如果大基坑施工工期拖延,将会影响落深基坑的开挖,进而影响地铁铺轨时间节点。为此,经过工期测算,充分考虑了各种不利因素,在设计上预留了应急措施:必要时,当大基坑开挖到第三道支撑底时,可以直接往下单独开挖车站标准段,施工完车站站台层主体结构。因此,局部落深基坑的围护墙加高到大基坑第三道支撑底部。地下墙墙趾位于⑤-3层土中。



(4)9号裙房基坑围护

9号裙房基坑围护采用Φ850mm@1000mm钻孔灌注桩,桩长18m.基坑开挖深度8.6m,基坑开挖底面位于第③1层土中,桩底置于⑤1-2层土中。


2、坑内加固

为了控制和减少开挖阶段围护墙的水平变形与基坑周边的地表沉降,从而保护周边道路下的地下管线、相邻建筑及区间隧道的安全,基坑内进行适当的高压旋喷桩土体加固。

大基坑四周进行裙边加固,加固宽度为10m。深度为坑底以下4m,以及第二、三道支撑间2.5m;C塔楼局部落深3.1m,护坡加固宽度为3m,加固深度为6m。

基坑内的电梯井、集水井等局部深坑周边及坑底也进行了地基加固。


3、支撑体系

(1)车站东、西端头井基坑支撑

车站端头井基坑共设7道支撑,其中第1、4道为1000mmx1000mm 混凝土支撑,其余为Φ609mm钢管支撑。端头井采用钢支撑处均设置钢围檩,可以适当加大支撑间距,简化支撑布置形式,方便基坑开挖,加快施工速度。基坑支撑体系布置详见图3、图4.


(2)大基坑支撑

大基坑竖向采用四道钢筋混凝土支撑体系。支撑形式采用对撑、角撑及边桁架,结构受力明确,整体性好。并形成大的出土孔,加快施工进度。其中,第一道支撑与栈桥布置结合,方便施工车辆的运输和土方开挖作业,提高施工效率。钢筋混凝土支撑抗强度高,混凝土强度增长后,刚度大、变形小,采用时空效应法开挖施工对控制基坑侧向变形、保证基坑整体稳定性较有利。

大基坑钢筋混凝土支撑具体布置情况:

第一道支撑埋深1.1m,截面为1000mmx1000mm,圈梁截面为1000mmx1000mm.

第二道支撑埋深5.60m,截面为1000mmx1000mm,围檩截面为1200mmx1000mm.

第三道支撑埋深10.0m,截面为1000mmx1000mm,围檩截面为1200mmx1000mm.

第四道支撑埋深13.8m,截面为1000mmx1000mm,围檩截面为1200mmx1000mm.


(3)车站标准段局部基坑支撑

车站中间段局部落深基坑竖向采用二道支撑,第一道为混凝土支撑,第二道为Φ609mm钢管支撑。各道支撑中心与大基坑开挖面的距离分别为1.0m、4m。


(4)9号裙房基坑支撑

9号裙房基坑采用竖向二道钢筋混凝土支撑体系,为加强支撑间的整体作用,在支撑间


设连系杆,支撑形式采用对撑、角撑。各道支撑中心距地面以下距离分别为0.5m、4.5m.


三、计算理论及主要计算结果

1、计算理论

(1)基坑支挡结构稳定性验算

利用圆弧滑动理论、库伦土压力理论等对基坑围护结构进行整体稳定、抗隆起、抗倾覆、抗管涌验算,以确定围护墙的插入深度。

(2)考虑时空效应参数的杆系有限元计算

围护墙施工阶段沿基坑周边取单位长度采用杆系有限元法计算。地层的被动抗力采用弹性链杆代替,地层对墙体的作用采用一系列考虑时空效应的等效弹簧进行模拟。围护墙划分为梁单元,支撑为仅承受轴力的杆单元,考虑各施工阶段施工参数变化、墙体位移的影响,满足强度及变形控制的安全稳定性要求。

围护结构开挖阶段计算时计入结构的先期位移值以及支撑的变形,按“先变形、后支撑”的原则进行结构分析,并计算内部结构回筑阶段各工况的内力组合,最终的位移及内力值是各阶段之累计值。


(3)基坑开挖卸载造成的周边环境附加变形的分析预测

为了较准确的预估基坑开挖卸载对周边环境产生的附加变形影响,以采取相应的保护措施,对基坑开挖引起的周边房屋及地下管线的附加变形影响进行了平面有限元计算分析。计算分析采用了平面弹塑性有限元分析方法,以便模拟基坑围护体系与土体间的相互作用,土体自身的弹塑性特点,以及实际开挖工况等非线性因素。以基坑中部剖面为计算结果来评估附加影响。

基坑剖面图

(4)共建基坑分区施工的相互影响三维计算预测

为了更为合理的反映基坑开挖卸载对地铁车站本体及盾构隧道产生的附加变形影响,采用三维弹塑性有限元分析方法,模拟计算大基坑开挖对已建地铁结构、区间隧道的影响。


2、主要计算结果

(1)稳定验算

基坑稳定性验算结果表岩土工程

2、降水

对于潜水,采用真空深井泵降水,每 200m²设一口井,共设 201口井。根据开按、况地下水位必须降至开挖面以下 1.0m。本工程基坑内的土层属饱和软土,含水量高,好的降水措施有利于土方开挖,也有利于控制结构的变形。土方开挖前进行两星期以上A降水过程。

该场地第⑤2层微承压水层按《基坑工程设计规程》计算,基坑底部土体抵抗承压水的稳定性安全系数不满足规程要求。因此需在基坑内(或外侧)设置承压水降水井,在基坑开挖中根据压力平衡的原则以及水位监测数据,采用按需、分级降水,以降低承压水压力。基坑开挖前为确保基坑开挖的安全,还对微承压水进行抽水试验,以确定微承压水水头高度,并编制了详细的降微承压水方案。

为减少和控制基坑降水对周围环境产生的不利影响,除了提高止水帷幕的质量外,还应对降水期间坑外水位的变化情况进行监测。


五、信息化施工及监测监控

该工程于2006 年年底开始施工东西两侧的端头井,2007年10 月开始开挖大基坑土体,2008年 12 月初完成大基坑±0.000楼板,继续向上施工塔楼。在基坑施工全过程中,对基坑本体、已建地铁车站、周边环境等均进行了跟踪监测,利用监测数据反馈指导施工,获得了较好的效果。

大基坑开挖地下墙实测位移曲线

图8为大基坑长边中部位置处的地下墙测斜位移曲线,地下墙最大水平位移为 36mm,与考虑时空效应施工参数影响的杆系有限元法计算所得的墙体最大变形(30.6mm)基本吻合。


六、结语

上海市卢湾区第 55 街坊基坑工程,基坑开挖深度深、面积大,场地周边环境复杂,基坑的安全保护等级高,同时本工程的特点是地下综合体与地铁 9号线车站一体化共建开发,"一体化建造"是一种具有创新性的建造形式,能大大缩短建造工期,节约建造成本,减少对周边环境的影响,从时间、空间以及成本的角度都有极大的优势,代表了集约化环保型城市地下空间开发建设的发展方向。但新的建造模式也带来了一系列的设计施工技术难题,本工程设计从统筹研究地铁车站与地块开发建设的各关键节点和进度要求入手,针轨道交通车站与大型地下综合体结合模式的不同特点,筹划制定了一体化共建实施开挖、回筑的最优化方案,并针对开挖与回筑立体化施工和平面分区施工工况的相互影响进行计算预测,并采取相应的设计控制措施,从而即保证了重大工程地铁建设的顺利实施,又满足了地块开发的进度要求。经过精心设计、信息化施工,至 2008年12月本基坑工程和地下主体工程全部完成,在整个施工过程中基坑安全稳定,基坑的变形控制也满足周边环境设施的保护要求,同时保障了地铁车站与地下综合体的一体化共建的顺利实施。







作者:贾坚  罗发扬  黄大明  谢小林  翟杰群(同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司)

本文仅供学术经验分享之用

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