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上海浦东某地块基坑工程基坑支护设计方案

365 2021-01-15 17:42:53


一、工程概况

上海浦江镇125-2 地块位于上海市浦东新区浦江镇中心西部江栀路以南,陈行路以北,浦秀路以东,浦锦路以西所围合的区域内。


场地内拟建建筑物包括基坑周边14幢5层多层住宅(1号~14 号)、3 幢12 层小高层住宅(15号~17号)、1幢3层幼儿园(34号),基坑中部16幢3层低层住宅(18号~33号),以及场地西侧一整体地下车库。基坑总平面如图1所示,图中阴影填充区域为地下车库范围。


本工程基坑总面积约4万m²,周长约1038m,总体是较规则矩形。除小高层住宅区域基坑开挖深度为3.45m外,其余区域的挖深均为5.80m,另有电梯井、集水井等局部深坑降深 1. 20~2. 70m。

二、水文地质概况

根据本工程地勘报告,拟建场地属滨海平原地貌类型;本次勘察所揭露的 55.45m深度范围内的地基土属第四纪全新世及上更新世沉积物,主要由饱和粘性土、粉性土及砂土组成,一般呈水平层理分布;场区浅部有多条暗浜分布,暗浜区分布有浜填土,状态松散,局部含浜底淤泥。图2 为一典型工程地质剖面。


上海地区的地下水,主要有浅部土层的潜水,部分地区浅部土层中的微承压水和深部粉性土、砂土层中的承压水,对本工程设计及施工有影响的是潜水。


拟建场地潜水受大气降水及地表径流补给,本次勘察期间所测得地下水静止水位埋深为0.40~1.60m。其绝对标高在 3.26~4.50m。上海市年平均地下水位埋深为.50~ 0.70m 之间,基坑设计时按 0.50m取值。


本次基坑支护设计中所涉及的主要土层物理力学性质参数见表 1。


三、周边环境概况

本基地东临浦锦路,南侧为陈行路,西侧隔蒲秀路与浦江镇 125-1地块相望,北侧毗邻江栀路。周边均为规划空地,本基坑位于基地西侧,基地东侧为拟建建筑空地,本基坑与周边环境的关系详见图 1


基坑边线与红线之间的最小距离汇总如表2中所示。

工程场地周边道路路面下均埋设有一定数量的市政管线,分布情况见表3。


四、基坑支护设计方案

1.工程特点


分析木工程的基坑规模、地质条件、结构形式等因素,在本基坑的设计与施工中主要有如下几个难点∶


(1)基坑面积巨大,大面积、长时间开敞施工所造成的时空效应会增大围护结构变形、坑底隆起和地表沉降;


(2)基坑边线与基地红线距离很近,最小距离仅3m左右,一般为3~4m,对围护结


(3)主体结构单体数目繁多,开挖深度各异,且存在较多数量的局部深坑;


(4)场地内有较多喑浜、暗塘分布,第④层淤泥质粘土层土质软弱、层厚较厚,基坑设计、施工时均应采取一定的针对性措施;


(5)第③层淤泥质粉质粘土夹粉土及薄层粉砂,渗透性较大,在一定的动水压力下易产生流砂等不良地质作用,基坑设计中应采取有效的降水、隔水措施∶


(6)本T程桩基主要采用预应力混凝土管桩,且桩基工程先于基坑施工,开挖过程中应特别注意对已完成桩基的保护。


2.基坑围护选型


在上海软土地区,开挖深度为5~7m的基坑可采用的围护形式一般有型钢水泥土搅排墙(sMW 工法桩)、钢板桩、水泥土重力式围护墙(重力坝)等几种,这几种围护形式在技术上均是合理、可行的。


在确保基坑工程安全性的前提下,结合本工程的环境情况等进行分析;①基坑东侧在场地内部,环境条件较为宽松,可以在浅部放坡开挖卸载后,采用重力坝的围护结构型式,既确保安全,又能满足总包单位施工道路的留设要求;②基坑西侧、南侧和北侧的边线与用地红线之间的距离较小,大部分区域没有足够的空间打设满足计算厚度要求的重力坝体,设计采用较为经济的钢板桩围护结构,其中北侧江栀路路面下的管线与基坑间的距离较近,考虑到基坑开挖对周边环境的不利影响,该侧改用刚度较大的型钢水泥上搅拌墙围护;③由于本工程基坑面积超大,为节省支撑工程量。规避因支撑过长而带来的传力效果不佳等问题,设计采用中心岛式开挖方案,即围护结构施工完成后,基坑周边预留一定宽度的土体,先放坡开挖基坑中部土方并施工底板结构,再利用中部完成的底板作为斜撑基础架设钢管斜撑,再挖除基坑周边预留土坡,最后在施工完成基坑周边主体结构后拆除钢管斜撑。


支护结构平、剖面布置详见图 3~图 8。

3.基坑支护结构介绍


(1)基坑西侧、南侧区域,本区域开挖深度为5.80m,周边均为待建空地,环境条件较为宽松,采用钢板桩结合钢管斜撑的支护结构型式。拟选用拉森Ⅳ号钢板桩,坑边预留宽度不小于5m的土坡,坑内间隔 8m 布置一根 609×16 钢管斜探。


(2)基坑北侧区域∶本区域开挖深度为5.80m,周边分布有一定数益的市政管线,环境保护要求相对较高,采用刚度较大的型钢水泥土搅拌墙结合钢管斜控的支护型式,型钢。


水泥土搅拌墙为东650@450 三轴水泥上搅拌桩内插 H500×300 型锅,型钢采用"插一跳一"的布置型式,局部暗浜区域型钢布置加密为"插二跳一",坑边预留土坡,支撑采用间距 8m 布置的钢管斜撑。


(3)基坑南北侧中部小高层区域∶本区域开挖深度 3.45m,场地不具备放坡条件,拟采用水泥土重力式围护墙作为基坑挡土止水结构,水泥上重力式围护墙选用格栅式φ700@500 双轴水泥上搅拌柱,前趾加长以保证隔断第③层土。


(4)基坑西侧中部小高层区域,本区域开挖深度为3.45m。拟采用二级放坡开挖,开挖时的边坡坡度应控制在 1∶1.5 以下,坡顶采用轻型井点降水,坑外设置双轴水泥土搅拌桩止水帷幕并与基坑周边其它围护形成搭接。


(5)基坑东侧区域∶本基坑位于基地中部,周边环境相对宽松,根据场地条件分别采用格栅式 φ700@500 双辅水泥上重力式挡墙结合顶部放坡卸载及三级放坡开挖至基底,开挖时的边坡坡度控制在111.5以下,在坡顶与放坡平台处设置轻型井点降水。

五、降水方案

本基坑工程采用轻型井点降水。基坑开挖前应进行预降水,时间不少于三周。坑底加固区以上土体须满足挖土要求,坑底加固区以外范围要求降水后水位离坑底0.5~1.0米(含不作封底加固处理的落深区)。基坑开挖至基底后继续进行降水,确保地下水位位于落深区基底以下不小于1.0m。基坑内部土方分块开挖期间,应保持对基坑边坡坡体进行降水,以确保坡体的稳定性。


降水开始前及基坑开挖全过程中,需对基坑内外水位进行全面的监测,以确保降水效果。


在降水开始前应做好井点和管路的清洗和检查工作,如发现问题及时处理,防止"死井现象"的发生。在降水过程中施工单位应加强管理,确保管路畅通和井点正常工作。井点降水应确保砂滤层施工质量,做到出水常清。对出水混浊的井点管应予更换或停闭。基坑周围上部应做好排水 工作,防止雨水流入基坑。

六、简要实测资料

在基坑工程施工的全过程中。我们对基坑支护体系及周边环境安全进行了有效的监测,为信息化施工提供参数;同时根据监测资料及时控制和调整施工进度及施工方法,对施工全过程进行动态控制。


1.监测项目


根据对工程地质资料及周围环境情况的综合了解,结合施工工况的预测和分析,本次基坑监测所采用的具体项目如下。


(1)深层土体水平位移监测(测斜);

(2)围护墙顶部水平位移、沉降监测;

(3)坑外地下水位监测;

(4)基坑周边管线沉降监测;

(5)斜撑轴力。本工程测点布置见图 9。

2. 工程施工过程本工程于2011年3月开始进行工程桩及围护结构施工,期间穿插施工暗浜和深坑区域的土体加固;2011年5月中旬基坑南侧开挖中部第一皮土方,同时基坑北侧继续施工围护桩 土体加固;2011年6月底基坑中部底板达到设计强度要求后,开始由南向北进行钢管斜撑的开槽架设及周边预留土坡的开挖施工;2011年9月下旬完成基坑周边的底板浇筑及钢管斜撑拆除;2011年11月主体结构施工至士0.000; 2011年12月基坑回填,拔除钢板桩及SMW工法桩内插型钢 施工现场实景见图10〜1L3. 监测结果(1)深层土体水平位移测斜基坑施工过程中,由于土方的开挖造成坑内应力的释放,坑外的水土向基坑内产生强大的侧压力,使围护体向基坑方向产生侧向位移 本基坑周边共设置14个测斜测点,图12为一典型土体水平位移测斜曲线 实测最大位移值37mm,与计算最大位移值34mm较为接近。


由图14可知,基坑西北侧钢板桩区段的困护顶监测点位移在6月底开始出现并是迅递发展的趋势,之后随时间的推移趋于稳定,直至9月中何急聊增长、短时间内最大位移量超过60mm,之后趋于收敛。分析现场施工进度可知,该区域在6月24日开始开挖基坑中部土方,于7月25日至7月30日完成钢管斜撑的架设施工,9月10日开始拆除该区域钢管斜撑。各监测点的位移变化趋势与施工进度基本一致,围护位移的发展仅在基坑开挖和拆撑工况下出现较大变化。与图13工法桩雨护区段的位移监测曲线相比较.二者的变形趋势大致相同,但由于钢板桩围护刚度相对较小,位移变化量要大于工法桩围护。上图描述的是基坑东侧重力坝围护墙顶位移变化曲线,与前二图相比较,自立式围护体系的位移变化趋势与带支撑的板桩支护体系有着明显的不同,该区域在6月初开始挖上后即出现随时间逐步增加的位移变化,7月中句随着基坑开挖至基底并浇筑完成底板混凝土后,位移基本稳定,整个基坑施工过程中的围护位移变化总最不大、最大位移值约为 43mm、位移发展速率也在可控范围内。

七、点评

综合分析本工程的设计与施工全过程,可以得到以下结论∶

(1)上海软上地区基坑采用板式围护结合竖向斜撑的支护结构型式,配合中心岛式开挖方案,可大幅节省支撑材料、便于出土上、经济效果良好,适用于面积超大、开挖不深的基坑工程;但也存在周边地下结构二次施工、工艺复杂、总包单位施工组织要求较高等问题.

(2)本工程基坑面积巨大,时空效应显著,针对工程中可能出现的局部土压力不均衡情况,施工中采取了分区分块、先撑后挖、交叉雌工等多种控制技术,最终将基坑位移控

剩在比较理想的范围内,

(3)钢管斜撑的安装、拆除施工与基坑土方开挖的配合协调是本工程成功的一个关键点,在设计阶段也应充分考虑到斜料探施工中可能出现的不利因

(4)在小高层紧邻地库区域,为保护已施工的工程桩基、采用先开挖至地库基底,施工完成地库后回填土方,再施工挖深较浅的小高层基础的施工顺序,以确保小高层区域桩基工程的安全,结合监测数据分析,保护效果良好。

(5)土方超挖、但护体无支撑暴露的时间和空间控制、钢板桩拔出等施工操作对周边环境的影响不容忽视,结合动态监测及时采取措施、预防险情,有利于保证基坑的安全性,在基坑施工中意义重大。

本基坑工程的成功实施,丰畜了上海地区基坑支护领域的设计枝术与施工经验,也为同类型基坑支护的设计和施工提供了借鉴和参考。





感谢供稿作者:

钟铮、林巧、颜正红

(上海建工集团股份有限公司技术中心)