超大型深基坑施工技術(shù)

超大型深基坑施工技術(shù)

1地下主副產(chǎn)物—工程概況杭州錢江國際廣場(chǎng)項(xiàng)目包括兩棟40層和兩棟29層高層公共建筑和酒店。優(yōu)雅的庭院由三到五層組成。1.4號(hào)29層建筑和酒店高104.7米，2.3號(hào)40層建筑和酒店高154.5米。倉庫的總建筑面積為22939平方米，總建筑面積為25.83億米，其中地上建筑面積為199920米，地下建筑面積為53210米。采用鉆孔灌注樁鋼筋混凝土整體筏板基礎(chǔ),主樓部位底板厚2.00m和2.90m,其余部位厚0.80m。大樓基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁,有效樁長27~29m,樁端持力層為圓礫層,屬摩擦端承樁。設(shè)計(jì)3層連通式地下商務(wù)廣場(chǎng)。本工程±0.00相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高7.50m,場(chǎng)地自然地面相對(duì)標(biāo)高-0.40m。工程基坑形狀呈不規(guī)則菱形(見圖1),占地面積28000m2,基坑開挖深度分別為14.65m和16.30m(局部坑中坑深達(dá)20.10m),土方開挖量40萬m3。2原池塘內(nèi)粉土粉土擬建建筑場(chǎng)地屬錢塘江三角洲沖海積平原,基坑深度范圍內(nèi)的土體以砂質(zhì)粉土為主,土質(zhì)較均勻、強(qiáng)度高,自上而下各土層主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如下:①1雜填土雜色,松散,局部為稍密,重度γ=18.5kN/m3,內(nèi)摩擦角φ=15°,粘聚力c=8kPa,以粉土為主,含碎石、磚塊、混凝土等建筑垃圾,層厚0.60~6.90m;①2素填土灰褐色、灰黃色,松散~稍密,稍濕,主要成分為粉土,多見于原池塘底部,γ=18kN/m3,φ=12°,c=10kPa,層厚0~4.80m;②砂質(zhì)粉土褐黃色、灰色,稍密~中密,干強(qiáng)度和韌性低,γ=19.14kN/m3,φ=32.4°,c=6.2kPa,層厚1.00~6.10m;③砂質(zhì)粉土淺灰色,很濕,稍密,部分過渡為粉砂,干強(qiáng)度和韌性低,γ=19.26kN/m3,φ=32.0°,c=6.5kPa,層厚1.60~9.30m;④夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土灰色,流塑,具水平微層理、干強(qiáng)度和韌性中等,層厚1.50~2.10m;⑤粉砂青灰色,很濕,中密狀,局部密實(shí)或稍密,干強(qiáng)度和韌性低,γ=19.60kN/m3,φ=33.7°,c=5.5kPa,層厚4.30~11.20m;⑥淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土灰色,流塑,局部近軟塑,具水平微層理,干強(qiáng)度和韌性中等,γ=18.00kN/m3,φ=14.2°,c=13.2kPa,層厚2.40~6.10m;⑦1粉質(zhì)粘土灰綠色至灰黃色,可塑,局部為軟塑,干強(qiáng)度和韌性中等,夾有少量粉土或鈣質(zhì)結(jié)核,γ=19.60kN/m3,φ=19.4°,c=26.7kPa,層厚1.00~5.50m。3承壓水地下水保水體系場(chǎng)地有一層地下潛水層和承壓含水層。潛水位地表以下2.0m左右,水層厚度近18m,為孔隙潛水,滲透性良好,與周圍地表水和河流水系聯(lián)系密切。主要受大氣降水和地表水補(bǔ)給,滲透系數(shù)1.20×10-4~1.54×10-4cm/s。承壓水含水層賦存于⑧粉細(xì)砂層和⑨圓礫層,隔水層底標(biāo)高-19.46~-25.55m,含水層厚度達(dá)25m,承壓水頭為地表下5.0~9.3m。地下水對(duì)鋼筋混凝土無腐蝕性,對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋和鋼結(jié)構(gòu)腐蝕性中等。4基坑地面位置工程場(chǎng)地為杭州市錢江新城B-03地塊?；?xùn)|面為城星路,距離用地紅線0.7~8.8m(與圍護(hù)樁中心線距離);基坑?xùn)|側(cè)南端與地鐵車站入口相連;南面為富春路,距離用地紅線1.8~12.8m,路南與在建地鐵車站距離約21m;基坑西面為四號(hào)路,距離用地紅線2.2~7.0m,四號(hào)路以西為杭州第二電信通信樞紐大樓,與本工程最小距離為56m;基坑北面為四號(hào)路,距離用地紅線5.6~7.0m。緊鄰基坑周圍地下有密布的電纜管、污水管、雨水管、供水管、煤氣管及通信電纜等眾多管線需要保護(hù),且場(chǎng)地條件非常緊張,環(huán)境條件及其要求比較苛刻(見圖1)。5砂性地層基巖結(jié)構(gòu)1)基坑屬超大型深基坑,占地面積2.8萬m2,開挖深度14.65~16.30m,其中電梯井部位的挖深達(dá)20.10m,基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系的整體剛度及其差異變形或位移的控制監(jiān)控難度較大。2)場(chǎng)地土為高砂性地層,地表雜填土和素填土厚4.50~6.00m,其下至基坑底板基本為砂層,其地下潛水賦存豐沛,厚度達(dá)18m,且與南側(cè)錢塘江水體貫通補(bǔ)給,砂層滲透性能良好,對(duì)基坑止水帷幕和降水提出了極為苛刻的要求。3)基坑呈不規(guī)則的菱形,長軸方向約200m,短軸方向140~160m,如基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)置水平內(nèi)支撐,其長度將達(dá)120~170m,鋼筋混凝土內(nèi)支撐的溫差脹縮可能使其產(chǎn)生收縮裂縫,基坑圍護(hù)體系稍有不均勻沉降或變形,極有可能引起斷裂而突發(fā)基坑安全事故。4)基坑四周埋有眾多地下管線,為確保這些管線和周圍道路安全,必須在基坑施工過程中,將圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形與地下土體的位移嚴(yán)格控制在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)。6基站防護(hù)設(shè)計(jì)的調(diào)整本工程原設(shè)計(jì)2層地下室,基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)方案幾經(jīng)變更調(diào)整,基坑圍護(hù)施工長達(dá)3年。6.1灌注灌注鋼筋混凝土樁頂圍采用?800mm@600mm和?900mm@700mm的鉆孔灌注咬合樁及樁頂圍檁加2層水平鋼筋混凝土內(nèi)支撐,坑內(nèi)深井降水。由于該方案每延米造價(jià)3萬元,因造價(jià)較高而未被采納。6.2基坑圍護(hù)方案上部8.60m采用土釘墻,其下采用鉆孔灌注排樁墻懸臂擋土,在鉆孔灌注樁樁頂與土釘墻支護(hù)接觸處施工1道鋼筋混凝土圍檁,并沿圍檁一周設(shè)1道預(yù)應(yīng)力土釘(見圖1b)。該方案最大特點(diǎn)是坑內(nèi)不設(shè)內(nèi)支撐,其每延米造價(jià)2.7萬元。該方案與原方案相比明顯增大了基坑圍護(hù)施工的風(fēng)險(xiǎn)。確?；由喜?.6m邊坡的變形與位移滿足設(shè)計(jì)要求,并保持其穩(wěn)固安全有很大的難度。通常土釘墻圍護(hù)基坑的變形與深部土體位移較大,加之基坑規(guī)模大,場(chǎng)地土質(zhì)為砂性土,整個(gè)基坑又未采用止水帷幕,僅在2、3號(hào)樓的圍護(hù)排樁后側(cè)設(shè)計(jì)了非封閉的高壓旋噴樁,其作用僅能延緩基坑外地下潛水向坑內(nèi)滲透的速度。基坑降水全部依靠基坑內(nèi)間距達(dá)10m×10m的282口?600mm自流深井,基坑圍護(hù)方案調(diào)整前施工的井深18m,調(diào)整后井深增至20m。因基坑邊坡上的三級(jí)井點(diǎn)降水管打設(shè)深度較淺,在形成基坑地下水降水漏斗后會(huì)很快失去降水功能。6.3樁頂鋼筋混凝土圍方案按照重新設(shè)計(jì)的基坑圍護(hù)方案,全部鉆孔灌注排樁及大部分坑內(nèi)自流降水深井施工完畢,基坑土方開挖至標(biāo)高-6.00m,并在邊坡完成第4道土釘錨管施工時(shí),得知錢江新城首期地鐵開工建設(shè),且在本基坑旁邊設(shè)一地鐵車站,與地下商務(wù)廣場(chǎng)直接相通。為此決定將地下室由2層加至3層,基坑開挖深度比原方案加深2m。正在實(shí)施的基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)方案必須做相應(yīng)調(diào)整,以解決基坑加深后新的基坑質(zhì)量安全問題。1)基坑邊坡上部土釘墻圍護(hù)高度由-9.00m上抬至-6.00m,下部鉆孔灌注排樁的樁頂標(biāo)高由原來的-9.00m開挖接長至-6.00m,兩者通過樁頂鋼筋混凝土圍檁相連接,提升整個(gè)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度,以利于控制土釘墻段邊坡的變形與位移。2)在鉆孔灌注排樁后側(cè)施工一排?850mmSMW擋墻樁,內(nèi)插H700×300×13×24型鋼,空間較小時(shí)改做?650mmSMW擋墻,內(nèi)插H500×300×13×18型鋼。SMW擋墻施工冷縫采用高壓旋噴樁封閉。SMW樁墻深-26~-28m,樁端進(jìn)入地下潛水層底板隔水層⑥淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土和⑦粉質(zhì)粘土層,使整個(gè)基坑的地下潛水層被封閉性能良好的止水帷幕所圈閉,基坑降水時(shí)坑外潛水被阻斷分隔,保證了基坑降水效果。為避免因基坑降水而引發(fā)坑內(nèi)外土體的不均勻沉降,在基坑邊坡外側(cè)設(shè)計(jì)施工了66口自流深井同時(shí)降水(前期施工的井深18m,后來增加的18口井深達(dá)22m),使整個(gè)基坑的降水井多達(dá)348口,既能保證坑內(nèi)降水,又能保證周邊埋設(shè)管線及道路的安全。3)地下室因由2層改為3層后,地下室浮力將增加5.6×105kN,調(diào)整方案補(bǔ)充施工206根?800mm抗拔樁,以平衡地下室的新增浮力。4)在菱形基坑所在兩銳角部位(2、3號(hào)樓)5.60m處增設(shè)1道鋼筋混凝土大角撐,其余部位均在圍檁與基坑現(xiàn)澆底板間設(shè)鋼管斜向支撐,鋼管規(guī)格?609mm×16mm,Q235鋼。5)在基坑圍檁上打設(shè)一圈預(yù)應(yīng)力土釘,自由段長5m,錨固段長13m,成孔直徑150mm,鉆機(jī)成孔傾角15°,預(yù)應(yīng)力土釘采用3?22鋼筋作為傳力桿件,鎖定拉力70kN,二次注漿,設(shè)計(jì)抗拔力為250kN。以此增強(qiáng)懸臂擋土墻的抗傾覆能力。6)除基坑內(nèi)外均采用深井降水和地表設(shè)明溝及集水井排除地表水外,電梯井坑中坑部位采用高壓旋噴樁圍護(hù),施工時(shí)增設(shè)輕型井點(diǎn)等輔助降排水措施。在后續(xù)施工過程中,為方便地下室結(jié)構(gòu)施工,先在基坑圍檁以下的懸臂段增加2道預(yù)應(yīng)力土釘,然后將鋼管斜向支撐撤銷。7土方開挖及施工1)基坑邊坡下部鉆孔灌注排樁及角撐鋼結(jié)構(gòu)立柱樁施工與工程樁施工同時(shí)進(jìn)行。2)基坑邊坡上部土釘墻施工①先進(jìn)行基坑內(nèi)外深井降水工作,在地下潛水位穩(wěn)定下降7m以下時(shí),可進(jìn)行基坑土方開挖作業(yè);②挖土至第1道土釘標(biāo)高以下0.3m,立即進(jìn)行土釘墻和土釘錨管的施工,土方開挖從此應(yīng)分段分片進(jìn)行,每開挖20m左右土方即施工土釘墻和土釘錨管,待部分土釘施工完畢后,再做相鄰段土方開挖;③第1道土釘以上的土釘墻養(yǎng)護(hù)48h后可向下進(jìn)行土方開挖,挖至第2道土釘標(biāo)高后按②要求進(jìn)行土方開挖及土釘墻施工,直至開挖到標(biāo)高-7.00m。3)SMW擋墻及角撐施工①施工SMW擋墻壓頂梁及SMW擋墻,然后進(jìn)行角撐施工;②壓頂梁及角撐混凝土達(dá)80%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,大面積挖土至標(biāo)高-10.00m,施工鉆孔灌注排樁樁頂圍檁;③基坑中間范圍和西北角及東南角的土方可開挖到底,除保留一定寬度的周邊土體外,其余部位土方按設(shè)計(jì)要求均可挖除;④在保留周邊土的范圍進(jìn)行圍檁以下2道預(yù)應(yīng)力土釘?shù)氖┕?預(yù)應(yīng)力土釘注漿7d后,可進(jìn)行預(yù)留土方的挖除作業(yè);⑤施工各相應(yīng)范圍的基礎(chǔ),在大樓基礎(chǔ)與圍護(hù)樁之間施工傳力帶;⑥施工地下2層樓板及樓板與圍護(hù)樁之間的傳力帶;⑦地下2層樓板及樓板與圍護(hù)樁之間的傳力帶混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,拆除水平角撐,施工地下1層樓板,同時(shí)進(jìn)行地下2層以下的外墻防水及土方回填施工,回填完成后,拔除SMW擋墻型鋼并對(duì)所留空洞回灌砂漿使之密實(shí)。8基坑降水監(jiān)測(cè)整個(gè)施工過程進(jìn)行全過程監(jiān)測(cè),實(shí)行動(dòng)態(tài)管理和信息化施工,監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括周圍建筑物、道路路面沉降、傾斜、裂縫,地下管線的沉降、變形;圍護(hù)樁沿深度方向的側(cè)向位移,角撐軸力監(jiān)測(cè),基坑內(nèi)外地下水位監(jiān)測(cè),圍護(hù)樁頂沉降及其位移等。監(jiān)測(cè)報(bào)警值:圍護(hù)結(jié)構(gòu)的累計(jì)最大水平位移5cm,變化速率連續(xù)3d>3mm;地下水位每天升降幅度>80cm;角撐軸力6000kN等。在基坑施工過程出現(xiàn)過如下情況:①基坑邊坡上部土釘墻噴射混凝土面及鄰近坡頂?shù)孛娉霈F(xiàn)較大裂縫,最寬達(dá)5~7cm,長3~7m;②基坑北側(cè)15m長的土釘墻體嚴(yán)重滲漏水并垮塌;③3號(hào)樓基