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上海市胸科医院肺部肿瘤临床医学中心病房楼基坑工程

289 2021-01-25 10:53:34


一、工程简介

上海市某医院肺部肿瘤临床医学中心病房楼主体结构地面以上 13 层,设置2 层地下室,框架一剪力墙结构,基础采用桩筏基础,桩基采用钻孔灌注桩。本工程基础筏板厚度为600mrn,部分承台厚度为800mm,其余承台厚度 1100mm。基坑规模∶基坑总面积约4900m²,基坑总延长 279m。基坑开挖深度;筏板底开挖深度 10.05m,承台厚度为 800mm 处开挖深度 10.25m,承台厚度为1100mm 处开挖深度 10.55m。


二、基坑周边环境概况

本工程位于上海市徐汇区胸科医院内,拟建区域为拆迁后场地,图1为场地总平面图,基坑周边环境情况如下.


拟建场地北侧有直径 300mm的煤气管线,距离地下室外边线的最近距离仅 1.6m,往北是紧邻 2 幢4 层楼房,为砌体结构,条形基础,距离基坑最近约7.3mi 医院外为淮海西路.道路下地下管线众多。管线最近处与基坑相距约41m。淮海西路下有已建的 10 号线地铁区间隧道,隧道顶埋深约 10m,直径约6.2m,其最近处距基坑约 38.9m。


基地西侧邻近 15 层的新建病房楼,新建病房楼结构为钢筋混凝土框架结构,基础形式为桩基础,采用直径 400mm 和500mm的静压桩,桩基持力层为⑦,砂质粉土层 新建病房楼下设地下车库,与本基坑最近距离约 15.1m。该 15 层的新建病房楼原基坑开挖深度 5.4m。靠近本基坑侧采用复合土钉支护,土钉长度12m,采用8×3.5钢管,上灯与本基坑围护体的净距仅为 0.26m。


基地南侧邻近院内3层的进修楼和1层的氧气站。进修楼基础形式为条形基础,进修楼与本工程基坑最近处距离约6.5m,氧气站与本工程基坑最近相距约18.8m。


基地东侧邻近原有地下污水池及一栋9层的居民楼。污水池外侧有一幢6层的美港宾馆。原有地下污水池结构埋深约4.40m,与木工程地下室相距最近仅约1.7m; 美港宾馆采用条形基础,该建筑距离本基坑地下室最近约17.3m;9层居民楼采用钢筋混凝土结构,与基坑的最小距离为 25.0m.


三、工程地质及水文地质情况

1. 工程地质条件

拟建场地属滨海平原相地貌单元。自地表至65.0m 深度范围内所揭露的上层形成于第四纪的全新世(Q1)及上更新世(Q3),主要由饱和的粘性土、粉性土和砂土组成.具有成层分布的特点。根据现场对土的鉴别及室内上工试验成果综合分析,本基地上层特点为∶场地受古河道切割,第⑥层暗绿色粉质粘土层顶埋深40m左右;场地按成因可分7层,其中第①、⑤、⑦层又各分若干亚层。场地部分表层为20cm左右厚的水泥地坪,填土主要为杂色粘性土,夹有混凝土块、碎砖头、石子等杂物∶场地东北角局部有暗浜。地基土参数如表1所示。


2. 水文地质条件


拟建场地浅部地下水属潜水类型,主要补给来源为大气降水。钻探期间浅层地下水初见水位埋深约2.7~3.7m.稳定水位埋深约0.86~1.38m。据上海地区经验.潜水位埋深一般为地表下0.3~1.5m,年平均地下水位为地表下0.5~0.7m.基坑工程设计时取地下水位埋深0.5m.


本场地在深度约29m以下的第⑤2 层灰色粘质粉上为微承压水层。约 42m以下草黄色砂质粉土为承压含水层。本工程基坑开挖深度 10.55m.第⑤.层、第⑦层最浅埋深分别为 28.7m、42.0m,按最不利的承压水头理深3m计,基坑开挖至基底上覆土重均能满足微承压水和承压水的突涌稳定性要求。




四、基坑支护结构设计

  1. 基坑支护总体设计思路

本工程位于上海市胸科医院内,医院内空间较小,建筑物非常密集,拟建场地周边存在多幢多层建筑物及地铁隧道,对沉降较为敏感,且基地东侧紧贴地下污水池 因此本工程环境条件相当复杂,环境保护要求高 本工程基坑开挖深度较深,在如此复杂的环境中实施深基坑工程,给围护设计和施工都带来较大的难度,同时也提出了更髙的要求本着-安全、合理、经济、可行"的原则。针对本基坑工程的开挖深度、面积、地质条件以及周边环境等实际情况,本基坑工程拟采用钻孔灌注桩作为基坑的围护体;由于本工程开挖深度较深、施工场地狭小、周边环境保护要求高,采用三轴水泥土搅拌柱作为止水帷幕,并采用顺作法实施。综上所述,即采用如下总体设计方案,钻孔灌注排桩结合三轴水泥土搅拌桩止水帷幕+两道钢筋混凝土支撑。考虑到对地铁的保护,水平支撑采用十字正交的布置方式,以有利于基坑变形的控制。


2.围护体设计

普遍区域挖深10.55m,采用*850@1050 钻孔灌注桩作为围护体,排桩有效长度为 20.0m,排桩插入坑底以下11.3m,进入第⑤n层土。南侧3层进修楼侧考虑到对环境的保护,排桩有效长度增加到 22.5m,插人坑底以下 13.8m。东侧靠近污水池区域采用 0@100钻孔灌注桩作为围护体,排桩有效长度为22.0m,排桩插入坑底以下 13.3m。基坑北侧考虑到对建筑物、地铁及煤气管线的保护,采用900@1100钻孔湍注桩作为围护体、排桩有效长度为 24.5m,排桩插入坑底以下 15.8m。


普遍区域排桩外侧采用φ850@60o三轴水泥土搅拌桩作为止水锥器、止水锥幕深入基底以下7m,排桩与地下室外墙之间保持80mm的操作面,普遍区域围护体节点如图2所示。污水池与本工程地下室相距最近仅约1.7m,北侧煤气管地下室的最近距离仅 1.6m.为最大限度地节省临时围护体的空间,污水池侧、北侧和西北角外墙防水做法如下,在激注国护柱内侧采用隔离材料施工隔离层,然后砌砖墙,并在砖墙上敷设防水材料,最后以砖瑞为外模浇筑地下室外增。


因此这三个区域采用双排 850@600 三轴水泥土搅拌桩作为止水帷容,排间搭接200mm,止水帷幕深入基底以下7m,钻孔灌注围护桩在三轴水泥土搅拌桩中套打,钻孔灌注桩内侧距止水帷幕内侧200mm,围护体节点如图3所示。普遍区域围护体剖面如图 4 所示。


3.水平支撑体系设计

本工程基坑竖向设置两道临时混凝土支撑,支撑系统正交十字对撑形式 围护体顶部设置压顶圈梁兼作第一道支撑的围棋.钢筋混凝土支撑釆用C30混凝土 两道钢筋混凝土支撑杆件截面尺寸及中心标髙如表2所示,第一道支撑具体平面布置如图5所示,第二道支撑的平面布置如图6所示。


基坑实施阶段在第一道钢筋混凝土支撑的中部区域设置贯通南北的施工栈桥平台,挖土机 运土车 混凝土泵车 运输车等施工设备可在栈桥上运作 栈桥还可作为施工材料的堆放场地,在加快基坑出土速度的同时,缩短基坑工程施工工期 栈桥面板采用现浇钢筋混凝土板,厚度250mm,栈桥的平面布置可参见图5


4.立柱和立柱桩设计

本工程中采用临时钢立柱及柱下钻孔灌注桩作为水平支撑系统的竖向支承构件 栈桥区域采用4L160mmX16mm型钢格构柱,其截面为460mm X 460mm,其他区域采用4L140mmX14mm型钢格构柱,格构柱插入作为立柱桩的钻孔灌注桩中不少于3m。支撑立柱桩尽可能地利用主体结构工程桩,不能利用的则另外加打。栈桥区域利用工程桩的立柱桩,其桩身全截面范围扩径至800mm;其他非栈桥区域利用工程桩的立柱桩,其桩顶4m范围扩径至800mm。本工程共需63根立柱桩,其中34根利用主体工程桩,钢格构立柱在穿越底板的范围内需设置止水片。


5.地基加固及降水

为了减小基坑开挖对周边环境的影响,在环境保护要求较高的东侧、北侧和南侧邻近进修楼对坑内被动区土体进行加固,以提高坑底被动区土体抗力。减小基坑变形。本工程基坑挖深约10.55m,考虑基底以下4m的加固体深度,基坑加固深度不超过 18m,因此本工程被动区加固体采用经济性较好的双袖水泥土搅拌桩,加固体宽度5.2m,单排之间搭接200mm。加固体范围为第一道支撑底至基底以下4m,其中基底以上水泥掺量8%,基底以下水泥掺量 13%。双轴水泥土搅拌桩加固体与围护体之间采用压密注浆填充加固,压密注浆深度范围同双轴水泥土搅拌桩加固体。坑内局部落深处(电梯井、集水井等)周边采用A80o@200高压旋喷桩加固,局部深坑内采用压密注浆进行封底加固。基坑加固平面布置如图7所示。基坑浅层采用轻型井点降水、深层采用深井进行降水.降水深度控制在坑底以下0.5m~1.0m。基坑开挖前进行预降水、时间不少于四周。

五、基坑施工工况

标准挖土工况与地下室施 工顺序如下:

步骤1.大面积开挖至第一道支撑底部,其后浇筑第一道压顶梁及混凝土支撑;

步骤2.待第一道支撑达到设计强度的80%后,分层、分块、对称、平衡开挖至第二道支撑底标高,施工第二道混凝土围檩和支撑;

步骤 3.分层、分块、对称、平衡开挖至基底;

步骤 4. 及时浇筑垫层和底板;

步骤 5.待底板达到设计强度的80%后,拆除第二道支撑∶步骤6.浇筑地下一层结构梁板,并在结构缺失区域设置临时换撑构件;步骤7.待地下一层结构梁板达到设计强度的80%后,拆除第一道支撑;步骤8.浇筑地下室顶板结构,待顶板达到设计强度的80%,拆除内部临时换撑。


六、现场基坑监测

本工程基坑开挖深度较大,周边环境复杂,紧邻有多幢建筑,环境保护要求严格;且土的工程性质差,不确定因素多;为确保基坑施工安全、顺利地完成,对基坑的施工全过程进行监测。施工现场的监测点布置如图 ! 所示。

1.围护墙的测斜

在基坑四周的固护墙内布置 12个测点监测围护墙的侧向位移、测点编号为CX~ CX12.


2.上体的测斜

在基坑各侧坑外布置4个测点,监测土体的侧向位移发展情况,测点编号TXI~ TX4.


3.墙顶位移监测

在围护墙顶布置20个测点,监测连续墙顶的竖向位移和水平位移,测点编号 W1~ w20,其中在围护墙堵的测斜点处必布置一个测点。


4.坑外地下水位监测

在坑外各侧共布置 12 个测点监测坑外地下水位的变化情况,测点编号SW1~SW12。5,建筑物变形监测


在每栋建筑物上均设置沉降测点,各测点的位置如图1 所示。七、监测结果与分析 1.围护墙侧移(图 8 和图 9)


图8 和图9 为围护体的各个测斜点在各个工况下的侧移情况。从图中可以看出,围护体的变形随着开挖深度的增大变形逐渐增大,步骤1时由于还是浅层土方的开挖。围护体的变形普遍很小;步骤2时基坑变形增长较快;最后一层土方开挖并浇筑底板(步骤 3)时墙体变形增长最快;底板浇筑期间(步骤 4)墙体变形仍有一定的发展;拆除支撑并施工地下结构完成(步骤 8)时,墙体的变形有较小的增长。围护体的最大侧移为 60.72mm,发生于 CX5 测点,位于 11.5m 的深度处,围护体的最大侧移与基坑开挖深度的比值为0.58%。


南侧CX1、CX2、CX3三个侧点的最终侧移分别为47.1mm、55.7mm 和49.5mm. CX2 处于南侧边的中部,其变形较靠近于基坑角部的 CX1 和 CX2 要大。同样,基坑西侧位于中部的 CX5 的最大侧移(60.72mm)也要较靠近于基坑角部的 CX4(51.09mm)要大。基坑东侧位于基坑中部的 CX11 的最大侧移(49.7mm)也要较靠近基坑角部的 CX10(45.3mm)、CX12(44.9mm)略大。这说明基坑的变形存在一定的空间效应。


2.上体的侧移

图 10 为坑外4个土体测斜点在各个工况下的侧移情况。对比图 10 和图9可以看出.土体的侧向变形规律与围护墙的变形规律相似,在步骤2 和步骤 3 两个阶段变形发展最快。在浇筑底板期间(步骤4)变形仍有一定程度的增长,在支撑拆除和地下室结构施工期间变形增长很小。土体的最大侧移为60.1mm,发生于 TX4 测点,位于12.0m的深度处。TX1、TX3 和 TX4 测点的侧移略大于其对应位置的围护墙测点的侧移,而TX2的侧移与对应的围护墙测点(CX5)的侧移大小差不多。


3.围护墙顶位移

图 11为围护墙墙顶的沉降曲线,图中将四侧墙体的测点连在一起。围护墙顶由于墙体的侧移而表现为沉降,沉降的发展规律也与墙体的侧移变形密切相关。在步骤1和步骤 2时墙顶的沉降很小。当基坑开挖到坑底时沉降发展最快。至地下室施工完成,墙顶最大沉降为 20.6mm,发生于W6测点位置。从图中还可以看出,围护墙整体沉降较均匀,最大差异沉降发生于 W13 和 W14 网点处,最大差异沉降为4.2mm。


4.坑外地下水位的变化

图12为基坑施工期间坑外各地下水位测点的水位变化情况,部分测点(SW7、SW10、SW11)由于损坏而没有数据 图中的时间轴起点为2010年12月1日,对应于第一层土方开挖的时间 从图中可以看出,各个测点的地下水位大体上呈现出下降的趋势,但下降的幅度并不大 至施工结束,最大地下水位下降值为73cm,位于SW2测点 总体而言,围护结构的施工质M较好,没有显著的渗漏现象。


5. 周边建筑沉降

图 13、14为基坑周边各建筑物沉降测点的历时沉降情况。从图中可以看出,在围护体和桩基施工阶段,各建筑物都发生了较显著的沉降,例如南侧氧气站 F10 测点在该阶段产生的最大沉降达到9.7mm。世博会期间工程停工,各建筑物的沉降基本没有大的变化 步骤1阶段建筑物沉降开始增大,步骤2和步骤3阶段沉降发展最快,步骤4阶段仍有一定程度的发展,随后的各个工况沉降基本趋于稳定 南侧3F进修楼最大沉降为30.2mm,发生于F6测点;氧气站的最大沉降为21. 2mm,位于F10测点;北侧砌体建筑物的最大沉降为21. 9mm,位于F35;东侧污水池的最大沉降为30. 7mm,位于F53;东侧9层建筑物最大沉降为20. 7mm,位于F40。总体而言,基坑周边各建筑物的沉降并不大,基坑开挖没有影响这些建筑物的正常使用。


八、小结

上海市胸科医院肺部肿瘤临床医学中心病房楼位于上海软土地区,基坑周边的环境较复杂,环境保护要求较高。本文先介绍了该工程的概况和工程地质条件,考虑到基坑开挖深度、面积、土层及周边环境条件,最后采用了钻孔灌注桩结合三轴水泥上搅拌桩隔水+坑内两道十字正交钢筋混凝土支撑系统的总体设计方案,并详细地介绍了支护结构各单项的设计。对基坑工程施工进行了全过程的监测,监测结果表明,基坑工程的施工对周边环境的影响在可控的范围内,基坑周边建(构)筑物的正常使用没有受到影响。本工程的设计和实施可作为同类基坑工程的参考。





感谢供稿作者:

徐中华、王卫东、王建华、刘溢

(华东建筑设计研究院有限公司地基基础与地下工程设计研究所,

上海交通大学土木工程系,同济大学地下建筑与工程系)

本文仅供学术经验分享之用

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