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我国最大最深的基坑工程

386 2021-11-04 15:42:04

金茂大厦位于浦东陆家嘴隧道出口处南面,工程占地 2.3万m²,建筑总面积29万m²,地下3层,地上 88层,塔尖标高 420m(见图5-31)。地下三层面积约6万m²,基坑开挖面积近 2万m²(见图5-32),开挖深度主楼为19.65m,裙房为15.1m。主楼下有 429 根直径 914钢管桩,桩长 65m,送桩17.5m;裙房下有 632根直径 609 钢管桩,桩长 33m,送桩13.5m。该工程由中国上海对外贸易中心股份有限公司投资,美国SOM 设计事务所设计,上海建工集团总公司承包。

1 基坑工程特点

该工程是目前上海地区基础工程施工中最大最深的工程项目。其主要特点为∶(1)作为基础外墙围护工程的地下连续墙兼有承重墙的职能,地下墙壁厚 1m,深 36m。由于地下墙内壁不设内衬,这就要求施工单位在地下墙施工中确保施工质量,尤其在槽段的接缝处理,槽底沉渣清理,整个墙体的防渗等方面,必须严格把关。(2)基坑的临时支撑采用现浇钢筋混凝土支撑。(3)基础土方量大,达30万m²。(4)由于基础施工采用二阶段开挖方案,所以在主楼核心筒和地下室钢结构吊装时,混凝土支撑应不碰这些结构,故支撑设计应做到四避让∶避让塔楼核心筒、避让地下室钢结构、避让裙房地梁、避让基础钢管桩。这些都给支撑平图5-31 立面图 面布置带来了许多困难。

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2 基坑支护的设计

2.1 设计方案比选∶在金茂大厦基础工程中,SOM设计事务所原设计是采用斜拉锚方案。在主楼部分,斜拉锚共设六道∶在裙房部分,斜拉锚共设四道。斜拉锚的使用角度为 45°,锚固于7一2层砂土层,在根部10~15m 范围灌注水泥浆。斜拉锚由钢筋束组成,斜拉锚的锚固设计强度为 150t(使用荷载)。

钢筋混凝土内支撑方案由 上海建工 (集团)投标提出,在主楼部分,内支撑设四道,第一道支撑标高一3.4m;第二道支撑标高-8.3m;第三道支标高一13.1m;第四道支撑标高一17.1m。在裙房部分,内支撑设三道,标高同主楼部分。由于这一施工方案在上海有成熟的施工经验,施工可靠性强,在施工费用方面也不比斜拉锚施工方案多,所以最后经过比选认为对于金茂大厦基坑支护钢筋混凝土内支撑施工方法较适合。

2.2 岩土参数取值和土压力

在表5-16中,除主动土压力由计算得到外,其余均由地质资料获得。对于基坑围护挡土墙的主动十压力,由于朗肯理论的计算结果比较适合上海软土地基的客观情况,故可根据朗肯主动土压力计算公式得到土压力分布。

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2.3 基坑支护设计反力包络图

根据主动土压力分布图进行综合得到四道内支撑作用点支撑反力包络图如下(见图5-33)。根据朗肯理论计算,第四道支撑的反力应大干第三道支撑的反力,但我们从各种资料和文献中香阅

出,当挖土达到一定的深度时,由于深层土的变形滞后性,可对支撑反力作适当调整故第四道支撑减为 791kN/m。

2.4 基坑支护设计工况

工况一∶主楼和裙房第一次挖土结束;

.工况二∶主楼第一道支撑和主楼第二次挖土完;工况三;主楼第二道支撑和主楼第三次挖土完;

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工况四∶主楼第三道支撑和主楼第四次 A挖土结束;

工况五∶主楼第四道支撑和主楼第四次 B挖土结束;

工况六∶裙房第二次挖土结束;

工况七∶裙房第二道支撑和裙房第三次挖土结束;工况八∶裙房第三道支撑和裙房第四次挖土结束;工况九∶所有内支撑拆除和地下室三层楼板均结束。根据以上分析的边界条件以及各工况,用计算机SAP90程序进行计算可得到地下连续墙和钻孔灌注桩的弯矩包络图、剪力包络图和位移包络图。

2.5 地下连续墙和钻孔灌注排桩配筋设计

根据地下连续墙在各工况下的包络图可得地下连续墙配筋包络图,然后按配筋包络图配筋。图 5-34是以主楼某标准槽段配筋图。根据钻孔灌注排桩在各工况下的包络图得到排桩配筋如下(图 5-35)钻孔排桩直径为1200,间距为1400,桩顶标高为一8.7m,桩长 24m,桩底标高为一32.7m。

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根据本工程钢筋混凝土内支撑四避让原则得第一、第二、第三道内支撑平面布置。用计算机 SAP90程序进行计算,可得各道支撑在各点的变位值,水平弯矩值,竖向弯矩值,轴力值以及各节点的反力值等。

第一道水平支撑的围檩段面1000×80(b×h),塔吊行走支撑断面800×1000,其它断面分别为800×800、700×800、600×600.,第二道水平支撑的围檩1200×800,大开间侧支撑断面为 900×800,其它支撑断面为800×800和600×600。第三道水平支撑的围檩为1200×800、大开间处大多为1000×800局部杆件为1100 ×800,其它支撑断面分别为 900×800、700×700。第四道支撑与第三道支撑相同。根据前面的分析可得各断面的配筋图,图5-36 及图 5-37是典型断面的配筋图。

立柱支撑由两部份构成,埋入坑底以下的为钻孔灌柱桩,坑底以上部份为格构式钢结构柱,该柱插入钻孔灌柱桩内 5m,塔楼区域的钻孔桩径为1000、桩长 20m、格构柱外形截面尺寸 600×600、肢件为L1600×14、裙房区域的钻孔桩直径为850、桩长22.5m、格构柱截面尺寸为 480×480、肢件为L140×14。格构柱

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的钢材为 A3钢。根据各道支撑反力图进行计算,可得钻孔桩配筋如下(见图5-38)。

3 基坑支护的施工

本工程设计方 SOM要求采用刚性接头,所以给施工带来了难题。作为基础支护工程的地下墙兼有承重的职能,且地下墙将作为地下室的外墙内侧面没有内衬,所以对防水性和质量均有较高要求。本工程首次使用了C40 高强度水下混凝土,给工程带来

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了新的课题。由于工程桩较地下连续墙先施工,而部分送桩孔距地下连续墙很近,所以对地下连续墙施工带来了不利影响。 由于地下连续墙长36m,支承在7—2土层,而7一1 土层和7—2 土层土质较硬,成槽极为困难。

本工程地下连续墙采用了新型的柔性接头(见图5-39),标准雌段长 5.4m,标准雄槽段长6.0m,施工时采用间隔跳跃式施工方式。用二台进口液压成槽机分区流水进行施工。在距地下连续墙较近的送桩孔进行压浆处理,保证地下连续墙成槽质量。在完成的地下连续墙外侧近接头区域进行劈裂压浆施工,保证地墙的坑渗能力。在7—1层,7一2层标高处,若导杆式液压成槽机成槽。即用导杆式成槽机成槽7—1层以上部分。由绳牵式成槽机成槽7-1层和7—2土层。采用两只油压千斤顶,加扁担,分节顶升法预拔接头箱。

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导墙底部的土层必须是原状土,防止成槽时上口坍方。使用导杆式成槽机施工时,用径纬仪控制成槽垂直度; 为了确保槽壁稳定,槽内泥浆液面高度要求控制在导墙顶面下 200mm 左右。在雄槽施工时,要求对雌槽进行刷接头处理,并随时用清水冲洗接头刷,使接头连接的质量达到要求。采用空气吸泥方法进行清基,使沉渣控制在 200mm 以内。由于原沉桩孔距槽壁较近,孔隙水压力较高,易造成槽壁坍方,为此,在成槽前对原沉桩孔四周进行地基加固处理。

钻孔灌注桩是支护结构,共分为二类∶第一类是支承钢筋混凝士内支撑的,第二类是主楼挡十围护排桩。各种类型钻孔桩的直径、孔底标高见下表5-17。用日产履带式液压钻机(干钻机)成孔施工灌注桩。由于与地下连续墙同时施工,要求在使用场地上与地下连续墙施工进行流水作业。φ850桩用φ1100护口管;φ1000

桩用φ1300护口管;φ1200桩用φ1400护口管,护口管长6~7m。钢筋笼分两节吊放,钢立柱在地面拼装一次吊放,钢笼与钢立柱在洞口电焊连接。采用人造泥浆护壁保持孔壁稳定,泥浆比重为1.06~1.15,粘度控制在 20s至30s 之间。二次清孔采用正循环方式,在清孔效果不理想时,结合反循环方式清孔,立柱桩沉渣控制在 100mm 以内,排桩沉渣控制在 300mm 以内。钻孔灌注桩的强度为 C30水下,在现场进行自拌。混凝土在浇灌中,导管埋入混凝土中要求不小于 3m,保证混凝土密实度和翻浆能力。

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各道钢筋混凝土内支撑强度均为 C30。每次土方开挖到各道支撑底时,开始内支撑施工,内支撑围檩与地下墙的连接用φ28锚钢筋。采用锥螺纹连接方式。 内支撑围檩与钻孔排桩的连接用φ28 锚固钢筋,采用电焊连接方式,在主楼与裙房支撑分界处留设临时施工缝,并预留插筋和预埋件,在裙房支撑施工时,将裙房连接钢筋电焊在主楼支撑预件上,使主楼与裙房支撑连成一体。

4 基坑降水工程的施工根据承压水计算公式∶

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为了满足主楼基坑挖土阶段的降水要求,基坑降水采用浅层降水与深层降水相结合的方法。由于第一阶段主楼挖土挖到一19.65m标高,裙房挖到一4.0m标高,所以第一阶段主楼采用深层隆水方法。而裙房采用浅层的降水方法。浅层降水采用S1 轻型

井点,井点管长 7m,深层降水采用 SB-1深井泵,井管长 22m。

在基坑内深井泵的布置分二种类型,一种是可以固定在主楼支撑上保留的,另一种是在支撑的大空间中,这部分深井泵将随挖土过程分别拆除,在基坑内深井泵共有 28 口,其中9口将随挖土拆除。在第一次挖土前,在地下连续墙以内整个基坑范围内,打设6套轻型井点,轻型井点管间距控制在 2.4m 左右,进点管长6m,这部分轻型井点在第一次挖土后将拆除。

在主楼施工时,为了保证土方边坡及车道边坡的稳定,考虑在裙房区域主楼边坡处及车道处共设8套轻型井点,轻型井点在第一次挖土后打设。

5 土方工程施工

本工程土方总量约 30万m³,开挖面积达 2万 m²。为了加快主楼施工进度,土方开挖分二期进行。第一期为15万 m³,裙房开挖到一3.2m 标高,主楼开挖到一19.65m标高。第二期裙房再开挖到一15.1m 标高。

6 施工环境监测

为了指导基坑施工,基坑安全,施工期间进行了内容多样的施工环境监测。监测工作自基坑开始,到地下结构施工完成止,历时长达 2年多,积累了大量的数据,为今后基坑工程提供了非常有价值的资料。整个施工环境监测的内容如下∶

(1)地下连续墙变形监测;地下连续墙顶端的沉降观测;地下连续墙顶端的水平位移观测;地下连续墙变形观察(测斜)。

(2)基坑支撑系统监测∶钢立柱顶端沉降观察;水平支撑和围檩应力测试。

(3)挡土钻孔灌注桩观测;挡土钻孔灌注桩变形观测 (测斜);挡土钻孔灌注桩顶端水平位移观测。

(4)地下水位观测∶ 主楼和裙房基坑地下水位观测。

(5)邻近土体观测∶基坑外深层土的水平位移观测(埋设测斜管);基坑内深层土体垂直位移观测(基坑隆起)。

(6)孔隙水压力观测;

(7)施工区邻近地下管线的水平、垂直位移观测;

(8)施工区周围房屋观测;施工区周围房屋的垂直位移观测;施工区周围房屋的裂缝观测。

为了便于保存、充分利用基坑施工环境监测资料,建立了《金茂大厦基础工程施工期间监测数据库》。