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​上海莘庄某基坑工程之逆作法施工

309 2021-01-25 13:04:37



一、工程简介及特点

该工程由一幢4 层大型购物中心与一幢32 层酒店综合楼组成,主楼建筑高度 170.5m,总建筑面积为197828m²(地上部分为91593m².地下部分为106235m²),主楼结构形式为框筒结构,裙房为框架结构,地下室共4 层,内部拥有大面积开放绿地和广场。


龙之梦基坑平面呈长方形,南北宽 160m,东西长 167m,围护结构总周长约627m,占地面积约 26060m²。基坑开挖深度,主楼19.45m,钳房 18.25m。围护结构采用地下连续墙,并二墙合一,墙身分段采用0.8m、1.0m两种厚度,长度 32.85m,基础形式为桩筏基础。主楼底板厚2.2m,核心筒底板厚2.8m,裙房底板厚1.0m。工程桩为钻孔灌注桩。


该基坑工程平面规模大,开挖深度大,属特大特深基坑,在设计、施工中的突出特点主要有∶

1.周边环境比较严格,周边均为市区繁忙道路、路下地下管线众多,周边建筑物部分位于基坑开挖2 倍范围内。

2.楼层结构复杂,包括梁板结构、无梁楼盖结构类型,还有夹层、剪力墙等;主楼与裙房的 B1、B2 层楼板不在同一标高。

3.基坑埋深大,坑底回弹量大,调整立柱不均匀沉降难度大,采用岛式中央留土、分层分块的挖土方式来限制坑底隆起。

4.地下结构采用边跨区域逆作、中央大开口顺作的施工方法;逆作区楼板采用自上而下边跨数目逐步增加的踏步式逆作施工工艺。


二、工程地质条件

工程地质资料表明,场地地表为填土,地形较平坦,地面相对高程为1.50~2.32m(黄海高程),地貌类型属长江三角洲冲积平原。


水文地质资料表明。勘探深度内地下水主要为浅层孔隙潜水。部分微承压水和深层承压水。潜水水位埋深0.50~0.70m,微承压水主要赋存于④-∶砂质粉土夹粉质黏土和⑤,砂质粉土夹粉质黏土,④,-;微承压水水位为4.80~5.25m. ⑤,;微承压水水位为 7.97m。第一承压水层为⑦.砂质粉土,第二承压水层为⑤.粉砂。两承压水相互贯通、承压水水头7. 92m,且与微承压相互贯通。


三、基坑周边环境情况

整个地块周边环境如下,基坑东侧距离红线约6.40m,距离沪闵路(路宽约40m》中心线34m;西侧距离红线7.5m,距离蒂东路(路宽约 12m)中心线 !7.5m;南侧距离红线最近距离约8.5m,距离莘建路(路宽约16m)中心线 18.5m;北侧距离红线约6米,距离苹松路(路宽约 24m)中心线 25m,如图 2所示.


四、基坑围护结构方案及支撑体系设计

1. 基坑围护结构方案

为加快施工及出土速度,基坑采用边跨区域逆作、中央大开口顺作的施工方法。根据基坑抗倾覆、抗隆起稳定性、抗管涌稳定性、基坑变形及节约造价的要求,围护墙分段采用0.8m、1.0m两种厚度的地连墙,槽段B、C、E(图中阴影部分)为 1.0m厚地连墙,槽段 A、D为0.8m 厚地连墙,围护结构平面布置详见图 3。


基坑主楼区域位于基坑东北角,挖深达19.45m。其余为裙房,挖深18.25m。地连墙长度设计为 32.85m,混凝土等级为 C30,抗渗等级为 S10.


2. 水平支撑体系设计

(1) F1 层水平支撑体系

FI 层水平支撑为中央大开口梁板结构与桁架角撑相结合的形式。如图4所示。F1 层支撑板厚为 200mm,该层楼板厚度及主、次梁结构尺寸均与原结构设计相同。墙顶圈梁为800mm×800mm,楼板开口四周均设置加强边梁,以防止应力集中引起的楼板结构开裂,主要有LI∶250mm×550mm、L2∶600mm×90mm、L3∶400mm×800mm三种形式,具体尺寸需根据开口大小及位置确定。桁架角撑为钢筋混凝土结构,主撑为YZC2∶ 1000mm×900mm,系杆为 XGl;600m×900mm。


(2)B1~B3层水平支撑体系

B1 层~B3层水平支撑为中央大开口无梁楼盖与内嵌入式环撑相结合的形式。如图3、图5所示。加强环撑采用钢筋混凝土结构,为直径 112m的圆环形,其设置有利于水平支撑受力和土方机械入坑挖土。通常水平支撑位置越深,体系受力越大,因此各层环撑尺寸设计不同,B1层为1000mm×450mm,B、B3 为 1200mm×450mm。BI~B3各层楼板结构开口四周均设有加强边梁,开口内部设置对撑、角撑以减小边跨长度,各层边梁及内撑结构尺寸列于表2中。




考虑到中央大开口对水平支撑体系刚度的削弱,需确定逆作结构的边跨数量,以确保结构在水平荷载下的挠曲变形不致引起结构裂缝通过计算,F1层 B1层〜B3层的边跨数量分别是3 4 5, 5跨 B2、B3层支撑结构与B1层类似,但由于下层支撑受力较大,较上层支撑多一跨。


F1层水平支撑在 B1 层逆作结构完成前采用临时角撑组成平面支撑体系,待 BI 层逆作结构完成后,F1层临时角支撑拆除,恢复中央大开口,并依次向下开挖基坑,逐步随做 B2、B3 层边跨逆作结构,图6为F1层临时角支撑布置的施工照片,图7为基坑开挖到底时的施工照片。


3.竖向支撑体系设计

(1)基坑围护典型剖面

大开口逆作法的另一特点就是,将主体结构柱位置设置的临时钢立柱和立柱桩与主体结构的柱子和工程桩有机的进行结合,使其能够同时满足基坑逆作施工阶段和永久使用阶


段的要求。该工程也不例外,同样采用一柱一桩的形式将主体结构的结构柱与格构柱相结合、工程桩与立柱桩相结合,从而构成逆作随工阶段的基本竖向支承体系。待逆作施工至坑底并浇筑基础底板后,再逐层在格构柱外围架立模板浇筑混凝土,形成永久的劲性结构柱。这种形式的"一柱一桩"系统构造形式简单、施工比较便捷,经济性也相对较好。


如图8所示,基坑竖向设置4道水平支撑系统,F1层、B1~B3层周边逆作结构边跨数目分别为3.4、5、5跨。由于楼板体系与大直径的内嵌入式环撑相结合,能够仅依靠基坑边缘的几跨楼板作为逆作阶段的水平支撑体系,并保证其结构稳定性、安全性,使得基坑中央开口巨大,留出了充裕的施工空间。


(2) 踏步式运作施工工艺特点

跨步式逆作施工工艺要求逆作楼板跨度自上面下依次增大。则减少了上层逆作区域对下层逆作区域的覆盖,大大改善了逆作随工作业环境,同时提供了踏步式逆作能工作业面,作业面上方无逆作结构覆盖,挖土机械和土方运输车不受地下结构层高的限制。


六、实测资料

图10为地连墙侧向位移曲线图,CX14、CX15 为西侧地连墙中部测点,CXI3、 CX16为西侧地连墙角区测点,具体测点位置见图3.随基坑开挖深度和时间增大,地连墙侧向位移逐步增大;最大侧移位置随开挖深度增加逐步下移。施工结束后,位于地连墙中部CX14、CX15两测点最大侧移分别为37.7mm、40.2mm,而位于角区CX13、CXI6两测点最大侧移分别为37.0mm、39.4mm,略小于中部测点侧移数值,说明基坑围护结构在角区存在一定的空间效应,地连墙位移较小 其余各侧地连墙侧移变形趋势基本相同,北侧 东侧 西侧地连墙最大侧移值分别为39. 8mm、39.3mm、37.1mm,均满足小于0.4%H (H为开挖深度)的规范要求。


七、结论

上海莘庄龙之梦基坑工程的逆作法工程实践可以得到如下结论。

(1)对于超大超深基坑,采用大开口逆作法,通过大量的设计分析,优化调整结构边跨的运作范围,是可以确保结构变形满足设计要求,并确保永久结构无裂缝的;

(2)大开口逆作法是确保上方加速开挖,结构加速成形并迅速达到强度的有效办法,可极大缩短基坑开挖后暴露时间同,从面降低软上的时效特性,达到有效控制围护墙的挠曲变形的目的;

(3)踏步式逆作法,采取逐层逆向缩小空间,兼顾了结构受力和施工出上方便的特点、改变了传统逆作小开口才能确保刚度的看法,是逆作法的一个新发展;

(4)采用加强环梁的设计理念,可大大减小逆作结构的边跨数量,并改善楼板结构的受力特性,是一项值得深入研究和进行推广的新技术;

(5)对于超大超深基坑。基坑开挖后的坑底隆起是导致周边变形和立柱隆起的主要因素之一,采用中央土方延迟开挖,是降低坑底隆起风险的有效途径。




感谢供稿作者:

赖允瑾、王鑫、周生华

(同济大学土木工程学院地下建筑与工程系)

本文仅供学术经验分享之用

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