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上海瑞金医院普通病房综合楼基坑工程

279 2021-01-12 11:13:36


一、工程简介

上海瑞金医院普通病房综合楼工程位于上海市瑞金二路197号瑞金医院院内东北端,主体建筑主要由一输 20 层的住院中心及4层的保障中心裙房组成,并设有3层地下室,采用桩筏基础,工程桩均采用钻孔灌注桩(图 1)。

本工程基坑面积约为 10060m²,周边约 488 延长来;基坑常规开挖深度达到了 15.5m,塔楼开挖深度 16.4~16.9m,局部落深区域最大开挖深度达到了18.9m。除了东侧临近思南路外,其余三侧均临近院内建筑。基坑安全等级为一级。



二、工程地质及水文地质条件


拟建场地网滨海平原地貌,地表以下由深厚的软粘土、粉性土和中密一密实的砂上组成,双盖层厚度大于90m。拟建场地地基土展软弱场地类型,场地类别为Ⅳ类。场地总体地形平坦,地面标高在3.3~3.7m之间。根据勘查报告,本场地勘察深度范围内所揭露。


的土层均为第四纪松散沉积物、根据地层成因、土性不同和物理力学差异.共分为9层,其中第⑤、⑦层按其土性及土色差异又可分为若干亚层。本场地处于古河道切削区,自 46.0~54.0m土层分布复杂,缺失第⑥层硬土层和第⑧层粘性土层。第⑤3层灰色粉质粘土厚度较大,第⑦层土层面埋深、厚度变化较大。土层的具体分布及其物理力学性质指标详见表1.


潜水,拟建场地浅部土层中的地下水届于潜水类型,其水位动态变化受控于大气降水和地面蒸发等,地下水位丰水期较高,枯水期较低,水位埋深一般为0.3~1.50m。设计计算按上海地区经验和相关规范,按年平均地下水位α.5m 考虑。


承压水,场地内第⑦层为上海地区常规的第一承压水含水层,埋深最浅处约 49.2m。根据上海地区承压水头长期观测资料和工程经验,其承压水头埋深一般在3~1lm之间,呈周期性变化。根据上海市《岩土工程勘查规范》DGJ 08-37—2002有关公式计算,坑底土体抗承压水头稳定性安全系数大于 1.05,满足规范要求。



三、基坑周边环境


本工程除了东侧临近思南路外,其余三侧均临近院内建筑。图3显示了本工程四周环境情况.


1. 基坑东侧


思南路道路边线与地下连续墙外边线最近距离约为7.85m,思南路宽约8m、思南路另一侧分布有3~6层建筑,距离本工程地下室外墙约为25~30m。>地 下管线∶思南路地下管线分布详见表 2。


2. 基坑南供


地下车库为地下一层,抗拔桩基础,桩顶埋深4.85m,柱下为 29m长φ700 的钻孔灌注桩,其余为22m长纠400 钻孔灌注桩,桩端扩径至800mm,本工程地下连续地外边线与地 下蜜边线距离约为19.1m,


九号病房楼为地上14层建筑,设有一层地下室,基础形式为桩筏基础,其外边线距离本工程地下连续墙外边线约为 7. 6m。


3.基坑西侧


行政办公楼为历史保护建筑,1921年建,砖混结构,地上2层,天然地基浅基础。本工程围护结构外边线距离保护建筑外墙最近处约8.2m。


老九号楼也为历史保护建筑,该建筑现为瑞金医院院史馆,地上 2层,天然地基浅基础。本工程围护结构外边线距离保护建筑外墙最近处约7.1m.


六号病房楼建于1986 年,地上 12 层,设有一层地下室,基础形式为桩箱基础,采用的混凝土 450mm×450mm方桩,桩顶埋深4.85m,桩长 25m。本工程地下连续墙外边线距离其外墙约 15.7m.。


4.基坑北侧


科研实验楼刚刚封顶并投入使用,此建筑基础形式为桩筏基础,桩顶埋深约7.6m,采用的为 550 钻孔灌注桩,桩长 30m,其外墙边线距离本工程地下连续墙外边线约 11.3m。


锅炉房外墙边线距离本工程地下连续墙外边线约 10.5m。


综上所述,本工程周边环境比较复杂,基坑周边建筑物较多,其中基坑西侧有两幢历史保护建筑是本次围护设计保护重点。基坑东侧思南路下有较多的地下管线,本次围护设计也需要采取相应的措施,确保其安全。


四、基坑围护设计方案

1. 总体方案设计


本工程基坑面积约 10060m²,胡房区域开挖深度 15.5m,主楼区域开挖深度 16.4~ 16.9m,基坑安全等级为一级。基坑周边分布有道路、建筑及管线等,且距离基坑均较近,周边环境保护要求高,尤其是临近两幢历史保护建筑区域基坑环境保护等级为一级。根据上海地区经验,采用地下连续墙加3道钢筋混凝土内支撑顺作法开挖施工。考虑经济性,地下连续墙同时作为地下室结构外墙,即"两培合一"。


基坑西侧两幢历史保护建筑年代久远,结构基础等抗变形能力差,保护要求高,一方面地墙的厚度、插入深度增大,同时在地下连续墙与保护建筑之间增设钻孔灌注桩作为隔离桩,以减小基坑开挖变形的传导。


地墙成槽施工过程中对环境的影响亦较大,对保护建筑区域、东侧临近思南路区域的地下连续墙采用水泥土搅拌桩槽壁加固措施,以减小地墙成槽时对保护建筑和管线的影响。


2.围护结构


(1)地下连续墙厚及埋深


裙房常规开挖区域( 剖面),基坑开挖深度 15.5m,设计采用 800 厚地下连续墙作为围护结构,兼做地下室外墩,即"两墙合一",墙底埋深31.6m,有效长度 29.7m。临近思南路侧(1-1'剂面),道路下分布较多管线及马路对面的多层建筑均处于两倍基坑开挖深度范围内,为减小成槽时对其影响、地下连续墙内外侧采用φ650@450的三轴水混搅拌桩槽壁加固,机埋深 22.5m,水泥掺量为 20%。


裙房区域临近保护建筑(行政楼)区域(2-2 剖面),基坑开挖深度 15.5m,设计采

用1000mm厚地下连续墙作为围护结构,兼做地下室外墙,即"两墙合一",墙底埋深 38.8m,有效长度 36.9m,地下连续墙的内外两侧设置s50@450的三轴水泥搅拌桩槽壁加固,桩埋深 22.5m,水泥掺量为 20%。


主楼常规开挖区域(3-3 剖面),基坑开挖深度 16.4m,设计采用 000mm厚地下连续墙作为围护结构,兼做地下室外墙,即"两墙合一",墙底埋深 33.65m,有效长度 31.7。


主楼区域临近保护建筑(老九号楼)区域(4-4 削面),此区域境边分布较多承台,基坑开挖深度 16.9m,设计采用100mm厚地下连续端作为图护结构,蒸做地下室外墙,即"两端合一",墙底埋深3.8m,有效长度36.9m。地下连续墙的内外两侧设置 中650@ 450mm的三轴水泥提拌桩槽壁加困,桩埋深 23.5m,水泥掺量为20%。


(2)地下连续墙止水

地下连续墙作为围护结构外墙和永久使用阶段地下室结构外墙的一部分,除受力要求外.对其止水性能的要求也很高。


1)地下连续墙本身采用抗渗等级较高的混凝土浇筑。


2)地下连续墙与底板的连接位置设置膨胀橡胶止水带等措施有效的控制地下水的渗漏。


3)地下连续墙内侧墙幅间设置扶壁梁、桂,一方面增加地下连续墙整体性,一方面控制接缝处渗水。


(3)地下连续墙墙底注浆


地下连续墙底需进行墙底注浆加困,每幅地下连续墙绑扎钢筋笼时均应预埋两根注浆管,地下连续墙的墙身混凝土浇筑完毕并完成初凝以后,通过低压慢速的渗透注浆,对槽底沉渣进行充填处理,提高地下连续墙的墙身竖向承载力,减少与主体结构间的不均匀沉降。


(4)地下连续墙的接头


1)槽段接头,本工程拟采用圆形锁口管接头,该接头构造简单,工艺成熟,施工适成性较强。


2)结构接头;采用地墙内预留钢筋接驳器和预埋钢筋的方法与地下各层楼板连接。


3)地下连续墙的墙面施工质量与后浇筑的结构墙体存在较大差距,在地下连续墙内侧拟设内村砖墙或者钢筋混凝土墙,可同时改善内立面和防潮作用。


(5)隔离桩设计


为控制基坑开挖变形传导,在两幢保护建筑与地下连续墙之同设计φ700@1000mm钻孔灌注桩,桩底埋深 30.8m,有效桩长 30m,桩顶设有 80mm×800mm冠梁。


3.坑内加固


考虑基坑开挖深度较深、开挖面积较大,周边延长来较长,为控制基坑开挖产生的围护结构及周边地层的变形,在保护建筑、保留建筑、道路及地下管线基境内制局部区域设置 5600 宽,5m 深φ650@450mm三轴水泥搅拌桩超边加固或收式加固,第一道支撑下至坑底水泥掺量 10%,坑底以下水泥掺量 20%。

对于电梯井、集水井等局部落深1~2.5m。考虑采用φ800@600mm旋喷桃加固并封底。


4. 支撑体系


本工程共设置了三道钢筋混凝土内支撑,相关信息详见表3。支撑体系的布置以对撑为主,辅以角撑和边桁架的形式。



本工程地下室设计充分利用了红线内的空间,围护结构外边线距离红线均很近,基坑工程可利用的地面施工空间狭小,对工程的开展、施工组织与管理和工例都非常不利。


结合第一道支撑设置了施工挖运土用的栈桥,支撑及栈桥平面布置图见图8,土方开挖期间需要设置竖向构件承担水平支撑的竖向荷载,本工程采用800钻孔灌注桩内插480mm×480mm角钢格构柱,钢立柱插入立柱桩中不少于3m。格构柱穿越底板时需设置止水钢板。本工程共设置 173根立柱桩,其中73根利用主体结构工程桩。



5.土方开挖工况


第一步;首先开挖至一1.800 处;


第二步,开糟施工第一道围棉及支撑;(2010.11.1~2010.12.6;36d)第三步,待第一道支撑和围檫达到设计强度后,分层分块开挖至一7.600处∶


第四步,开槽施工第二道围檩及支撑;(2010.12.9~2011.1.11;34d)


第五步,待第二道支撑和围概达到设计强度后,分层分块开挖至-12.600处;


第六步∶开槽施工第三道围模及支撑;(2011.2.21~2011.3.27;35d)


第七步,待第三道支撑和围概达到设计强度后,分层分块开挖至坑底处,并立即浇注垫层;(2011.3.10~2011.4.25;47d


第八步,施工底板及换撑带;对局部落深较大的区域,应待大面积常规开挖区域砼垫层浇注完成后,方可开挖;(2011.4.16~5.25;40d)


第九步∶待底板及换煤带达到设计强度后,拆除第三道支撑;(2011.5.26~6.9; 14d)


第十步∶施工地下三层结构及地下二层楼板和相应的换撑带;(201.6.7~8.8;63d)


第十一步,待地下二层楼板及换撑带达到设计强度后,拆除第二道支撑;(2011.7.17—8.15;30d)


第十二步:施工地下二层结构及地下一层楼板和相应的换撑带;(2011. 7. 25〜9. 29;67d)


第十三步:待地下一层楼板及换撑带达到相应设计强度后,拆除第一道支撑(2011.9. 8〜10. 10;31d)6.考虑空间效应的土方分块开挖第一步土方大开挖即可,第三步及第五步的土方开挖要求分块 盆式开挖,如图9 土方开挖分块示意图,土方开挖顺序为:1A、IB—2A、2B、2C、2D—3A、3B、3C,及时形成支撑 第七步的土方开挖分块根据后浇带位置分为5块,详见图10, 开挖顺序为A—B—C—D—E,并及时浇注垫层和底板。


7. 基坑降水


基坑内降水采用真空深井井点降水。基坑总面积10060 平方米,普通开挖深度为 15.5~16.9m,局部电梯井集水井落深1~2.5m。基坑面积大,深度深,施工周期长。目着土方的开挖,需要将潜水逐步降至开挖面下α.5~1.0m,预降水周期不少于3周。根据上海地区的类似工程经验,按照每200平方米布置一口降水井原则,本工程共布置51□真空深井,其中裙房及地下车库区域34口,井埋深 21m,主楼区域布置17口.井增深22m。


五、基坑监测

l. 监测项目


本工程采用信息化施工,施工期间根据监测资料及时控制和调整施工进度和施工方法。根据工程实际情况,设置了如下监测项目。


(1)周边环境监测

a)地下综合管线垂直、水平位移监测;

b)周边建(构)筑物垂直位移、倾斜、裂缝监测; 

c)周边地表沉降剖面监测。

(2)基坑围护监测

a)围护培顶部沉降及水平位移监测;

b)围护墙体侧向变形监测∶ 

c)围护墙墙体应力监测 

d)深层土体侧向变形监测; 

e)土压力监测

f)支撑轴力及支撑两端差异沉降监测; 

g)立柱桩垂直位移监测∶ 

h)坑外潜水位监测∶ 


2.监测结果

(1)围护桩测斜

图 13为临近思南路侧地下连续墙 CX5 测斜点的监测结果,该区域基坑开挖深度 15.5m,采用800mm厚地下连续墙。图 14 为临近老九号楼(保护建筑)地下连续墙 CX14 测斜点的监测结果.该区域基坑开挖深度 16.9m,采用1000mm厚地下连续略。


第-层土方开挖时,地下连续增水平氨形较小,第二、第三层土方开挖过程中,每一层土方的开挖,地下连续端均有较明显的一次变形,障后变形发展变缓,但仍在持续增。值够准变的是开挖至坑底后,虽然柄铺浇注了20mm厚混凝土垫层,但是地下连续墙的变形仍在发展,底板施工期时间较长的选,采积产生的变形也较大。底板完成后,地下室逐层施工及拆除支撑的过程中地下连续端的变形虽仍有发展,但相对较小。


(2)地下连续墙竖向位移


图 14列出了四周部分地下连续墙顶测点竖向位移监测结果,随着土方的开挖,由于

卸土回弹,地下连续墙均表现为隆起,底板完成后,由于地下室结构的自重较大,地下连续墙有所下沉,直至第一道支撑拆除、地下连续墙竖向变形仍表现为上浮状态。

(3) 立柱桩桩顶竖向变形

图 16列出了部分立柱桩竖向上抬的监测结果。本地区土体是比较软弱的,随着开挖深度的增加,坑内土体回弹还是比较明显的,虽然立柱下均有30m长的立柱桩 且支撑体系荷重也较大,但是立柱桩均发生了 8〜12mm的上抬 待基坑开挖到底,立柱桩上抬达到了最大值,其后逐渐回落。


六、小结


本工程基坑面积大,开挖深度较大,周边环境复杂.西侧分布有2帧历史保护建筑,且距离基坑较近,东侧临近市政道路管线,其中不乏重要的煤气管等;其余范围也紧邻高层或多层建筑。是上海这样一座建筑密集城市的典型基坑工程。

本次基坑围护设计考虑采用地下连续墙"两墙合一"结合三道钢筋混凝土内支撑顺作开挖施工的方法也是上海地区常用的围护型式。针对周边不同的保护要求,采用不同的地下连续墙厚度及插入深度,并在临近保护建筑或管线区域采用了槽壁加固、坑内被动区加固、隔离桩等多种控制变形的措施。支撑体系在变形要求高的区域以对撑为主,并适当加强。


上海软土地区的基坑工程"时空效应"明显,一方面结合第一道支撑设置栈桥,以方便上方挖运及钢筋混凝土工程的施工,加快施工速度,减小基坑暴露时间。另一方面,考患基坑面积较大,要求分块、分层,局部盆式开挖,充分减小面积过大的空间效应。


根据实测数据显示,整个基坑工程从土方开挖至地下室结构完成约一年时间,变形得到有效控制,地下连续墙测斜最大值为30mm,周边建筑、管线沉降也在安全范围内。设计维工均较为成功。可作为类似基坑工程参考。


感谢供稿作者:

梁志荣 魏 样

(现代设计集团上海申元岩土工程有限公司)