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上海外滩33号公共绿地及地下空间项目

388 2021-01-12 10:53:34



一、工程简介

上海外滩 33号项日位于上海市黄浦区外滩源地区中山东一路33 号,即原英国领事馆。

本项目总占地面积约2.26万m左右,基地其中地下车库分南、北两块,基坑面积约为4283m²,基境开挖深度 16.635m~18.135m,两地下室间距为21.4m;两块地下室间在地下二层有一连接通道,南块地下室有汽车坡道通向地面。该项目主体结构主要是由纯地下室,北侧局部上部为重建的3层联合教堂。地下室3层、地下室顶板以上有1.5m的填土绿化,结构采用框架结构,局部无梁楼板体系,基础形式为桩覆基础,桩基采用储孔灌注桩。如图 1为外滩 33 号效果图。


二、周边环境情况

本工程基地位于上海若名最区外滩源,处于密集的保护建筑群中。本次新建的地下车库南侧紧贴原英国领事馆老建筑(领事馆主楼和官邸),这两栋建筑分别建于先后于1873年和188 年建成,为目前外滩"万国建筑博览会"中保存最早的建筑(图2),这两栋建筑均为砖木结构,地上2 层,基础均为墙下条形基础,由粘土砖砌筑基础加石块基础组成,基础下设木桩。地下车库北侧紧贴一栋原教会公寓(南苏州路7号),建于20世纪二三十年代,地上5层,条形基础+木桩。


两栋领事馆建筑和79号建筑距离地下车库地下室外墙约为3. Om左右。


基地西侧为圆明园路,圆明园路马路对面为174 号地块——洛克菲勒地块市级保护建筑。该侧保护建筑距离本工程地下室外墙为16~17m,此外圆明园路及南侧南苏州路路面下分布较多管线,包括上水管、雨水管、信息、电力、和煤气管线等.距离基坑较近。此外工程场地内部分布着不少古树名木,有着较高的保护要求。


综上所述,本工程环境保护要求相当高。基坑工程的总平面图如图4所示。


三、工程地质条件

拟建场地属滨海平原地貌。本工程基坑开挖所涉及的土层主要是①、②、④、⑤…、⑤、⑤,层。其中第②,层粘质粉土层含粉性土颗粒较重,水平渗透系数较大。此外开挖而土层为第 层淤泥质粘土近层底,其下为 源层粘土层,这两层土为基坑开挖的主要被动土压力区 第 层均为淤泥质软土层,是上海地区最为软弱的土层。

四、支护设计方案

本工程地下3层,基坑开挖深度为 16.635~18.135m。本工程主体结构采用主体结构与支护结构全面结合,基坑开挖全逆作施工的整体方案,地下连续墙"两端合一"作为围护结构,利用地下室梁板作为水平支撑.局部采用钢筋混凝土支撑或钢支撑作为临时支撑,承重体系采用一柱一桩竖向承重。本工程工期较紧张,因此北侧联合教堂《地上3层)考虑地上地下同时施工,可有效地加快进度。


由于本项目保护建筑距离基坑特别近,老建筑基础距离地墙仅3.0m,因此在地下室开挖前对老建筑基础进行了托换。基础托换采用在老基础位置设置托换型钢抬梁,并浇筑混凝土条形基础。条基下设置钢管桩;桩基采用契219钢管桩,桩长31m,桩端持力层为⑤,粉质粘土夹粘质粉土层。待老建筑基础托换施工完成后方可进行围护部分的施工。


同时为防止地墙成槽施工对老建筑沉降的影响,在地下连续墙内外两侧设置了650@450的三轴水泥搅排桩槽壁加固,桩长为21.235m,即常规开挖面以下5.0m。临近保护建筑部位,为减小地墙压顶施工开挖对保护建筑的影响,局部设置了三排1.55m宽三轴水泥搅拌桩。此外搅排桩施工前,在古树名木的影响范围内打设了两排 11号拉森钢板桩隔离水泥浆液、防止古树被化学污染。


2. 地下连续墙设计

地下连续墙作为主体地下结构的外墙同时兼作基坑的围护结构,即"两墙合一"。地下连续培成墙强度等级为C30,采用了三种不同的围护形式∶西侧靠近基地内部领事管楼和官邸楼老建筑一侧基坑开挖深度为 16.635m,地下连续墙采用Im厚、深34.535m的 A型槽段,东侧监近圆明同路基坑开挖深度为 16.235m,该侧因建筑保护要求最高面采用墙厚Im、深37.235m的B型槽段;北区地下室地源热泵房位置基坑开挖深度为17.935m,该侧临近南、北区之间保护古树,采用墙厚 1m、深 35.835m的C 型槽段。


由于基坑周围建筑均有保护要求,为提高施工速度,减少槽段开挖对周边建筑物造成不良影响,槽段尺寸普遍控制在5.0m左右。地下连续墙接头形式采用领口管柔性接头。


3.坑内加固

由于基坑开挖深 面积较大,为増强地下连续墙的抗倾覆稳定性,同时减小逆作施工时地墙的变形,在阳角及基坑中部的地墙内侧坑内设置多处旋喷桩墩式加固,墩式加固宽度为5m,深度为坑底以下5.0m,坑底以上低掺量高度为7. 8m。


4.水平支撑体系

1)梁板体系

本工程考虑采用逆作法方案,利用刚度较大的地下室梁板作为水平支撑,以节约造价,控制周边环境的变形,本工程地下室采用框架结构,局部无梁楼盖的形式,首层及底下各层面标高及板厚分别为:地下室顶板-2.460m、地下一层楼板-7.960m、地下2层楼板-12.160m,底板面标高为-15.860m。



2)临时支撑体系

在地源热泵开挖区域,开挖深度为17.935m,地下2 层楼板距离局部开挖面为6.5m,该区域范围较大,开挖深度较深,最后一道楼板支撑悬空较大,易引起较大变形,因此设计考虑在该区域利用大底板设置一道钢支撑。

在地下各层楼板缺失处及取上口位置设临时支撑,大洞口周边网梁加固;楼板局部缺失处对爱板的整体刚度有较大影响的区域采用钢筋混凝上支撑,以加强梁板作为水平支撑的刚度,控制梁板变形,同时保证施工安全和梁板结构的质量。

各层均设有电梯井、车道等结构开口。围护设计根据开口位置的结构水平受力性态和逆作出土等垂直运输的需要,留设取土口,取上口位置尽量布在中心位置。开孔位置及取土口四周采用梁板结构。逆作施工阶段顶层结构板考虑承受车辆荷载和施工堆载,需要对局部梁板进行加强。


3)竖向构件的结合

本工程立柱拟采用一柱一桩型式。逆作施工阶段一柱一桩的最不利工况为∶3层结构梁板仓部形成,基坑开挖至基底标高,基础底板尚未浇筑之前∶其中联合教堂区域尚需考虑3层上部结构的结构重量。该工况下立柱桩承受上部各层结构自重以及肇工超载等荷载。立柱采用φ580 钢管混凝上柱,其下为φ900 钻孔灌注桩.钻孔灌注桩长约56m.进入⑨,粉细砂层,为减少立柱沉降对结构的不利影响,桩底采取了桩端后注浆措施等以提高立柱桩的承载力并控制立柱(桩)的总体沉降以减少立柱之间的差异沉降。


五、对基坑安全及周边环境的保护措施 

1. 基地内保护建筑的保护措施

基地内的三栋保护建筑距离地下车库非常近,均仅有3.0m的净距,基坑开挖势必造成保护建筑的沉降,引起结构开裂甚至失稳,因此保护建筑的基础托换十分必要。本工程的基础托换在老基础位置设置托换型钢抬梁,浇筑成混凝土条形基础,条基下设置钢管桩;桩基采用中219钢管桩,桩长 31m,桩端持力层为⑤,层。由于老建筑基础对沉降相当敏感,基础托换施工完成后方可进行国护部分的施工。

由于本工程地下室顶板标高落深较低,第一层土开挖达4.0m左右,为减小首层开挖对环境的影响.地下连续墙顶伸至自然地坪标高,顶部采用 600mm厚混凝土压顶梁连接,确保首层开挖的围护刚度。此外为防止地下连续墙成槽施工引起的沉降,地墙两侧采用了a650@450mm的三轴水泥搅拌桩加固,其中靠近保护建筑的范围设置了三排1.55m宽的水泥搅拌桩。


2.东侧圆明园路保护建筑和管线的保护措施

东侧圆明园路保护建筑距离本工程基坑约为 16~17m的距离,且路面有众多管线。为减小基坑开挖对东侧保护建筑和管线的影响,设计增加了东侧地下连续墙的强人深度,提高基坑抗隆起安全系数,减轻因基坑卸土引起的周围环境的沉降。固扩设计还在东侧采取了坑内水泥搅拌桩全长加固的形式,以加强坑内被动土抗力,减小围护结构变形。


3.古树名木保护措施

基地内有不少古树,其中不乏具有百年历史价值的树木,有着较高的保护要求。本工程施工期间要确保这些树木的成活,不仅要加强古树木身的养护,而且要尽量减小施工对古树的伤害。为此在古树保护范围内设置了两排Ⅲ号拉森钢板桩,防止国护结构施工浆液外渗,且东侧通道钻孔灌注桩和该处钢板桩桩顶适当落低,确保古树给水通道通畅。


六、基坑围护结构计算及周围环境影响有限元计算

1. 围护墙设计计算(剖面计算——规范方法)

围护结构的计算采用规范推荐的竖向弹性地基梁法。在支撑体系的计算中,将支撑与围檫作为整体,按平面杆系有限元进行内力、变形分析。图10~图12为各剖而计算变形、受力图。


(1)11割面,基坑开挖深度 16.635m,采用1000mm厚地下连续墙,桩底埋深标高-35.660。

(2)2-2剖面(靠近圆明园路),基坑开挖深度 16.635m,采用1000mm厚地下连续墙,桩底埋深标高-38.360。


(3) 4-4剖面(地源热泵区域),基坑开挖深度17.935m,釆用1000厚地下连续墙,桩底埋深标高一36.960。



2. 周边环境分析(有限元数值分析)

有限元环境计算分析结果为临近基坑的二层别墅保护建筑水平变形为3.35mm,竖向变形为 10.05mm;四明园路洛克非勒保护建筑水平变形为7.98mm.


七、实测与环境影响分析 

  1. 施工工况

本工程自2009年1月 l2日开始施工相壁加固水泥授拌桩,2月9日拉森钢板桩施工,3月2日保护建筑基础施工,3月29日保护建筑锚杆静压桩施工,2009年4月16日开始地墙施工∶209年5月31日南区基坑开挖,2009年7月7日基坑开挖,至2009年 11月9日南区底板浇筑施工完成,2010年1月 27日北区底板浇筑施工完成。


2. 施工现场实测

基坑四周监测的主要内容为地下连续培墙顶水平、竖向位移监测,墙体深层水平位移监测.坑外地下水位监测、立柱桩沉降监测、楼板内力监测以及周边环境(管线、保护保留建筑等)监测。


3.实测结果分析

(1)连续培的变形规律

图 15 为连续坡各测斜点在各个工况下的侧移。其中CX9 为南区地下室连续墙测斜曲线,CX2、CX4 为北区地下室连续墙测斜曲线。CX4 临近官邸楼、CX9 临近领事馆楼.南区先行开挖、第一次开挖至 BO 板标离,地下连续墙处于悬臂状态,上口位移最大为 4.6mm,培体位移最大为7.8mm。北区CX4 点第一次开挖最大上口变形为13.68mm,即为墙体最大变形,B层楼板浇筑后变形即稳定。由于北区基坑面积较大,网梁练工及挖七工期较长,地培悬臂变形较为明显。南区第二次土方开挖至 BI 层深度,开挖深度约为 9.1m,B1板浇筑之前,CX9点变形最大,为23.4mm;北区第二次土方开挖至BI 层深度、开挖深度约为9.1m.B1 板浇筑之前,CX4点变形最大,为21.35mm,南区第三次土方开挖至 B2 层深度,开挖深度约为 13.3m,B 板浇筑之前,CX9 点变形最大为 31.03mm,北区第三次土方开挖至B层深度,开挖深度约为 13.3m,B 板浇筑之前, CX2点变形最大,为37.41mm。南区第四次土方开挖至坑底,开挖深度约为 16.625m.底板浇筑之前,CX9点变形最大,为36.66mm;北区第四次土方开挖至坑底,开挖深度约为16.625m,底板浇筑之前,CX2 点变形最大,为 53.8mm。


1. CX2、CX4为北区监测点814日浇筑B0109日浇筑B1,12月1日浇筑& ,127日浇筑底板2. Cx9为南区监测点7月25日浇筑B08月14日浇筑B1 .925日浇筑B2,119日浇筑底板15连续墙各测点在各个工况下的侧移


分析地墙测斜结果,南区最终最大变形量为 36.66mm,北区最终最大变形为 53.8mm; 从基坑变形实测变形资料分析,本工程基坑本身墙体变形情况基本与计算分析相符,最大变形出现在基坑开挖面位置 1~2m的位置;产生差异的主要原因是由于北区基坑面积较大为南区的3信,施工工期较长,累计变形量较大。南区西侧临近领事馆楼的CX9点变形比另两个测点变形大6~8mm,可能是由于西侧领事馆楼距离基坑较近且面积较大、荷较较重,面南区开挖较早,在保护建筑基础托换后不到一个月即开挖,锚杆静压桩承载作用尚未完全发挥,建筑超载部分作用,墙体侧向压力增大而引起变形加速。而北区邻近建筑的影响并不明显,官邸楼附近 CX4 测斜点初期位移变化较快,但在 B1 板浇筑完成以后靠近圆明岗路的CX2 点变化加速,直至基坑施工完成;分析原因可能是由于圆明园路为施工车辆重载的主要进出口、而CX2 点临近进入基坑的坡道进出口,车辆出入频紧,引起墙体变形增加。


(2)楼板内力分析

图 16 为基坑开挖阶段楼板内力变化曲线。本工程为逆做法施工,各层楼板代替水平支撑作为地下连续增的支点。从图 16 变化曲线中可以看出∶

a.在下-层土方开挖时,上一层楼板内力明显增大。当下一层楼板形成后,楼板内力仍有所增加,但增大幅度较小。

b.开挖结束底板浇注后,楼板内力保持在某一数值,后期波动比较小。

e. 基坑开挖过程中,随着深度的不断加深,楼板内力逐层加大,下层楼板承担的荷载逐渐超过上层楼板,表明围护体变形最大点逐渐下移,与测斜数据相符。而地墙自身为一刚性整体,下部往基坑内位移时,则上部有向坑外位移趋势,且上部楼板内力有不同程度减小。


(3)建筑物沉降分析

图17为基坑开挖阶段周围建筑的沉降变化曲线,其中1~3号楼分别为东侧领事馆楼、官邸楼和北侧79 号楼。临近保护建筑的沉降主要分为以下几个阶段;

a.施工准备阶段,地下连续墙施工前,现场主要进行了槽壁加固水泥搅拌桩施工、保护建筑基础开挖底板浇筑、锚杆静压桩施工和局部保护树木钢板桩施工。南区地墙施工之前1号楼西侧临基坑侧最大沉降为30.9mm、东侧背基坑侧基础上台最大5.imm; 沉降量较大的原因是由于在基础托换锚杆静压桩尚未施工之前,1 号楼西侧局部进行了导墙施工开挖1.5m导致基础沉降突变20mm,之后开情部位立即回填停止施工,可见老建筑基础对周边开挖特别敏感。西侧圆明园路临近南区的哈密大楼在进行基础托换和锚杆静压桩施工,南区地墙施工前最大沉降为12.1mm,最大沉降出现在运离本工程基坑的建筑物西侧,哈密楼东侧基础以上台为主,最大变形为2.8mm(向上)。北区地墙施工之前2号楼靠基坑一侧最大沉降为17.8mm,远离基坑侧基础上台,最大为7.3mm。3号楼近基坑

侧最大沉降为21.3mm,远离基坑侧基础上台,最大为5.6mm;西侧固明园路保护建筑最大沉降为4.7mm。该阶段引起1~3号楼基础变形的主要原因是保护建筑基础托换开挖、锚杆静压桩施工和地下连续墙糖壁加固搅拌桩施工,其中基础托换开挖和三轴水泥授拌桩施工是引起保护建筑变形的主要因素。抛开施工导墙引起的老建筑基础变形突变的因素、从保护建筑变形向西倾的总趋势看,三轴水泥搅拌桩施工是引起基础沉降的主要原因。该阶段东侧保护建筑沉降量为 20mm左右。而西侧由于保护建筑距离本工程基坑较远,该阶段仅施工了三轴水泥搅拌桩,对圆明园路保护建筑的影响不大;而哈密大楼正在进行基础托换施工.该梗的沉降估计主要是由于自身基础引起的。


b.地下连续培施工阶段;南区地下连续墙施工阶段,1 号楼最大沉降变化量为 9.6mm、累计沉降为40.5mm;四侧圆明园路哈密大楼最大沉降变化借为5.2mm,累计沉降为17.3mm。北区地下连续墙施工阶段2号楼最大沉降变化量为21.2mm.累计沉降为39mm;3号楼最大沉降变化量为 18.6mm.紫计沉降为 39.9mm,西侧圆明园路保护建筑最大沉降变化量为4.5mm,累计沉降为9.2mm。该阶段1~3号楼沉降均表现为临基坑侧沉降向下为主,背基坑侧基础以沉降为主但变化不大。地墙施工阶段引起周边建筑变形的原因主要是地墙施工梧壁土体变形引起的。由于南区基坑面积较小,东侧地紫长度为31m.且地墙施工工期较短.因此地墙施工阶段1号楼变形较小(9.6mm);而南区基坑面积较大,地墙临2号楼廷长米为55m,施工工刚也较长,因此地墙施工阶段2号、3号楼变形相对较大(基本为 2cm 左右). c. 基坑开挖阶段,各阶段周围建筑沉降变化见下表。


从以上数据、图表可知,基坑开挖阶段周固建筑的实测沉降超过设计计算环境影响预货值(周围建筑沉降小于 10mm)。而南区基坑临近的1号楼和圆明园路侧哈密大楼基坑开挖期间的沉降量明显小于北区临近的2号、3 号楼和调明园路侧建筑群。根据以上实测情况分析原图,基坑开挖阶段周围保护建筑的变形主要由三方面组成,一是由于基坑开挖上体变形引起的,二是由于保护建筑装修加载及与之相关的基础托换初期建筑沉降稳定引起的,三是由于基坑开挖期间1号、2号楼与地下开挖了一个约3m宽5m深的与本工程地下室连通的地下连通道引起的建筑沉降。


八、小结

上海外准33 号项目风于保护建筑改建项日,处于众多保护建筑群区域内。本工程基坑开挖深度深.周围环境保护要求高、保护建筑距离基坑相当近,且需考虑施工对场地内占树名木的影响。设计采用地下连续墙逆作法的围护方式,结合周边保护建筑静压钢管桩托换的地基处理形式、并采取了坑内加固、钢板桩树木保护等其他保护性措施;施工中合理安排各项施工工序,信息化施工,从而使该项日的基坑开挖和改建施工顺利实施,达到了控制周边保护建筑沉降、变形和确保古树名木存活的目的。本工程的成功实施能够为今后类似工程的设计施工提供参考。


感谢供稿作者:

陈 频 梁志荣 李忠诚

(现代设计集团上海申元岩土工程有限公司)