上海大型超深基坑降水、挖土和支撑的施工技术.doc
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1、上海市卢湾区108地块项目大型超深基坑降水、挖土和支撑施工技术摘要:本文探讨了在软土地质情况下,通过某项目实例,介绍了超深基坑施工技术。主要包括周密设计降水方案,制定详细的挖土方案和支撑方案等。关键词:基坑 降水 挖土 支撑Abstract: The technical features for construction of extra deep foundation pit with some treatment measures were introduced in combination with the foundation engineering of a building, li
2、ke dewatering, excavation and bracing.Key word: Foundation pit, Dewatering, Excavation, Bracing一、 工程概况1) 本工程位于上海市中心枢纽卢湾区新天地版块,东临嵩山路,南至太仓路,西邻马当路,北靠兴安路,两地块之间为黄陂南路,建成后为两幢楼高99.99米共二十四层的超五星级国际酒店。基地面积约为10244m2,总建筑面积约为101,684m2,两地块均各自含有5层地库。挖深为20.4521.95米左右,局部集水井部位挖深达24.65米。2. 围护设计概况1) 本工程基坑属于一级基坑,支护体系采用“两
3、墙合一”1米厚地下连续墙加五道钢筋混凝土水平支撑。2) 地下连续墙深38m43m不等,标准槽段为6m,地下墙采用圆形柔性锁口管接头形式,砼设计强度等级为水下C30,地下连续墙抗渗等级P8。3) 第一道支撑断面:混凝土圈梁断面尺寸10001000,混凝土角撑及对撑断面尺寸800700,混凝土连杆断面尺寸600600。4) 第二道支撑断面:混凝土圈梁断面尺寸1100800,混凝土角撑及对撑断面1000800,混凝土连杆断面尺寸700700。5) 第三道支撑断面:混凝土圈梁断面尺寸1200800,混凝土角撑及对撑断面1000800,混凝土连杆断面尺寸700700。6) 第四、五道支撑断面:混凝土圈梁
4、断面尺寸1300800,混凝土角撑及对撑断面1200800,混凝土连杆断面尺寸700700。7) 第一、二、三、四、五道支撑中心相对标高分别为-2.050、-5.750、-9.700、-13.800、-17.800。混凝土支撑强度等级均为C30。钢格构柱规格470470,型钢4L18018或4L18016。8) 本基地在深度约45米以下的第2层灰绿灰色砂质粉土层为微承压含水层,约49米以下的第层砂土层为承压含水层。根据围护设计计算,对于地下室底板范围承压水不受影响承压水影响,对于深基坑部位(深度1.5m的集水井、深度1.7m的隔油池、深度2.7m的电梯井等位置)2层的微承压水会对基坑底产生影响
5、。对于围护坑边集水井落深区域,地下连续墙将局部加长,并采用旋喷桩设置坑底加固;对于电梯井落深区域,采用800600旋喷桩进行坑中坑围护,坝体宽2.6米,有效桩长6米,落深区亦采用坑底低掺量旋喷桩封闭措施,有效桩长3.3米。9)3. 工程地质资料层号土层名称层厚m层底标高颜色1杂填土0.30.832.72.972.06-1.402素填土0.200.823.102.001.45-0.523浜填土未钻穿未钻穿褐黄灰黄色粉质粘土0.801.742.200.43-0.16-0.80褐黄灰黄灰色淤泥质粉质粘土3.003.824.70-3.33-4.01-4.70灰色灰色淤泥质粘土8.309.4510.30
6、-12.73-13.46-13.97灰色1a灰色粘土3.404.004.60-16.76-17.46-18.46灰色1b-1灰色粉质粘土5.205.837.00-22.6323.28-24.41灰色1b-2灰色粉质粘土17.8020.3424.40-40.73-43.64-47.59灰色2灰绿灰色砂质粉土1.104.588.40-45.55-48.21-51.97灰绿灰色3灰绿灰色粉质粘土0.702.022.70-47.50-49.71-52.00灰绿灰色灰绿灰色粉砂16.2018.9721.40-67.87-68.11-68.26灰色灰色粉细砂未钻穿未钻穿灰色二、基坑的降排水施工措施2.1基
7、坑的明排水1、在挖土的同时按10m左右间距挖好明沟,明沟中的水最终汇集到集水井中,每个挖土区设二个集水井;2、开沟做支撑时,在支撑旁挖200100断面的排水沟,使支撑沟槽内不积水。3、挖土到坑底时,按20m间距挖300250盲沟,盲沟内填道碴作为排水沟及垫层底的滤水沟,盲沟中的水通入集水井中;4、垫层表面按20m间距做20050凹沟,用以排除基坑内的明水,凹沟与基坑四周的集水井贯通;5、在基坑施工期间,必须保证基坑内的干燥,在基坑四周设置挡水坎(高250宽120),防止施工期间,场地内的水流向基坑内。在场地内道路的两侧设排水沟。2.2降水施工方案1、水文地质条件分析:根据勘察报告,按其水文地质
8、特性,本场地的地下水类型可分为两类:潜水型与承压水型。潜水层本场地潜水主要赋存于、层土中,其补给来源主要为大气降水,排泄方式主要为蒸发,潜水与地表水体也有较强的水力联系。勘探期间实测场地浅部地下水见水位埋深为0.30m2.70m(上海市年平均地下水位离地表面约0.50m1.50m)。承压水拟建场地位于古河道区域,缺失第层和第层土,第与第层相贯通,土性变化大,整个场区内约44m以下第2层砂质粉土层为微承压含水层,约67m以下第层砂土层为承压含水层,在基坑底板开挖时,应考虑降低承压水水头,以确保基坑底板开挖的安全。另外根据勘察报告,场地内的第3层呈透镜体状分布,局部地区2层微承压含水层和第层承压含
9、水层是相互连通的。2、降水的设计计算及方案1. 方案设计与施工的依据 本工程岩土工程详细勘察报告 DGJ08-11-1999岩土工程勘察规范 GB500272001供水水文地质勘察规范 JGJ/T111-98建筑与市政降水工程技术规范 SZ-08-2000上海地基基坑工程施工规程 GB5029699供水管井技术规范 GJ120-99建筑基坑支护技术规程 JGJ59-99建筑施工安全检查标准 上海市标准施工现场安全生产保证体系 城市地下水工程与管理手册2. 真空疏干管井布置a) 真空疏干管井布置原则一般根据基坑面积按单井有效抽水面积A(井的经验值为一般为200250)来确定,而经验值是根据场地潜
10、水含水层的特性及基坑的平面形状来确定。本工程基坑面积约为4249,根据以往的布井经验,可按200布一口井来计算,采用多级滤水管,并加真空的措施,以确保每口井的出水量。b) 坑内真空疏干管井数量的估算估算公式: n = A / a井式 中: n 井数(口); A 基坑降水面积 (m2); a井 单井有效抽水面积 (m2);3. 减压管井布置a) 基坑底板稳定性验算 在主体结构内需对2层承压含水层进行验算。 基坑底板的稳定条件:基坑底板至承压含水层顶板间的土压力应大于承压水的顶托力,即:Hs Fswh式中:H 基坑底至承压含水层顶板间距离(m);s 基坑底至承压含水层顶板间的土的平均重度(kN/m
11、3);h 承压水头高度至承压含水层顶板的距离(m);w 水的重度(kN/m3),取10kN/m3;Fs 安全系数,一般为1.0.2,经验值取1.1;b) 稳定性验算第2层、第层最浅层面埋深分别为43.8m、50.7m。基坑开挖深度最深为-24.3m(不包括电梯井、集水井落深区)。勘察报告实测的第2层承压水水位埋深为4.9m,层承压水水位埋深为6.5m,另外根据勘察报告,场地内的第3层呈透镜体状分布,局部地区2层微承压含水层和第层承压含水层是相互连通的。计算如下:计算第2层的承压含水层的顶托力FswhFswh = 1.0510(43.80-4.9)=408.45409kPa;第2层的上覆土压力为
12、:Hs = (26.0-21.05)18.0+17.818.1=411.28411kPa;Hs411Pa Fswh409kPa说明:承压水的顶托力小于上覆土压力2kPa,基坑是安全的,不需要减压;对于局部落深1.5、1.7、3.7m时计算第2层的承压含水层的顶托力Fswh = 1.0510(43.80-4.9)=408.45409kPa;落深1.5m时第2层的上覆土压力为:Hs = (26.0-21.05-1.5)18.0+17.818.1=384.28384kPa 409kPa,基坑是不安全的,需要降低承压水头2.5m;落深1.7m时第2层的上覆土压力为:Hs = (26.0-21.05-1
13、.7)18.0+17.818.1=380.68381kPa409kPa,基坑是不安全的,需要降低承压水头2.8m;落深3.7m时第2层的上覆土压力为:Hs = (26.0-21.05-3.7)18.0+17.818.1=344.68345kPa409kPa,基坑是不安全的,需要降低承压水头6.4mc) 水文地质计算为了降低承压含水层水头,确保基坑开挖施工顺利进行,须进行降水水文地质计算。本次计算承压水水头埋深按5.6取值,减压井过滤器位于第2以及层承压含水层的上部,为非完整井。选用各向异性的非完整井非稳定流公式计算,参数利用区域参数,公式如下: 式中s水位降 (m)T导水系数 (m2/d)Ur
14、r 2 S /(4T t i)S储水系数B越流因数r 抽水井至任意点距离 (m)t i第i阶梯出现到计算时刻的时间n 井数M含水层厚度(m)Qi第i井的流量, (m3/d)Kz垂直渗透系数 (m/d)Kr水平渗透系数 (m/d)L 抽水井过滤器下端至含水层顶板距离 (m)L1观察孔过滤器下端至含水层顶板距离 (m)d 抽水井过滤器上端至含水层顶板距离 (m)d1观察孔过滤器上端至含水层顶板距离 (m) d) 减压管井布置根据上海地区的经验承压水水头高度一般在地表以下3.0011.00m之间,本次勘察报告通过现场试验测得第2承压水水位埋深。故本工程暂地块的基坑内各布置2口减压管井。在现场施工完成
15、后除了观测实际承压水的水头高度值以外,另在现场做一组非稳定流的抽水试验,获得准确的水文地质参数,再对局部落深部位基坑稳定性进行复算,必要时重新调整减压管井的数量和结构。ii. 井的结构设计1. 井口:井口应高于地面以上0.50m,以防止地表污水渗入井内,一般采用优质粘土或水泥浆封闭,其深度不小于3.00m。2. 井壁管:各类管井的井壁管均采用焊接钢管,井壁管直径250mm(内径)。3. 过滤器(滤水管):各类管井均采用圆孔滤水管,滤水管外均包两层30目40目的尼龙网。4. 沉淀管:沉淀管主要起到过滤器不致因井内沉砂堵塞而影响进水的作用,沉淀管接在滤水管底部,直径与滤水管相同,长度为1.00m,
16、沉淀管底口用铁板封死。5. 填滤料:真空疏干管井:各井从井底向上至地表以下2.00m均围填中粗砂或瓜子片。减压管井:各井从井底向上至地表以下42.00m均围填中粗砂或瓜子片。6. 填粘性土封孔:在中粗砂的围填面以上采用优质粘土围填至地表并夯实,并做好井口管外的封闭工作,对于减压管井尤其要在过滤器的上部用粘土封填密实,以确保下部承压含水层与上部潜水不连通。iii. 降水对环境影响的分析和控制近二十年来上海深层(针对2、层及其以下层)降水实践经验证明,深层降水对地面沉降的影响相对基坑开挖的造成影响来说是较小的,成井和降水运行管理控制得好,抽水结束后大部分可以回弹,由于降水引起的承压水头降落漏斗的坡
17、度不大,对建、构筑物产生的差异沉降可以忽略不计,不会影响其安全性。1. 沉降控制措施:a) 临近建筑物和地下管线的减压井的抽水时间尽量缩短。b) 在降水运行过程中随开挖深度逐步降水以降低承压水头,根据抽水试验得到的参数,计算不同井组合下坑内地下水的深度,随基坑开挖深度确定井群的运行。没有抽水的井可作为观测井,控制承压水头与上覆土压力足以满足开挖基坑稳定性要求,这将使降水对环境的影响进一步降低。 c) 采用信息化施工,对周围环境进行监测,发现问题及时处理调整抽水井及抽水流量,指导降水运行和开挖施工。 d) 加强基坑开挖和降水时的环境监测,根据监测资料绘制相关的图表、曲线,以调控降水运行。2. 沉
18、降控制监测a) 潜水观测孔:孔深20m左右,孔径100mm。b) 承压水水位观测孔:孔深50m左右,孔径600mm设置在坑外,暂定为2口,视试抽水情况再定具体数量。监测要求:施工结束后及时记录各层的基准数据。 抽水运行后,每天监测数据一次。 数据值变化较大时。加强监测次数。iv. 封井方法采用井内高压注浆法,由注浆泵、注浆管、托盘、搅拌机、浆液桶等组成。将带有托盘注浆管下到托盘位于井过滤器顶部以上五米左右然后开始注浆,达到注浆压力待浆液凝固后,将安装在托盘上部的反丝扣接头卸开,提出注浆管(将托盘留在孔内)待浆液固结后孔内抽水,观测封孔效果,然后割去井管,进入大底板浇注工序 。封井技术参数如下:
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