上海地区深基坑地下空间施工技术研究.doc

上海地区深层地下空间施工技术研究【摘要】针对上海地区地下空间施工特点,结合工程实例，阐述了上海地区地下空间施工技术的发展历程及方向。【关键词】地下空间 深基坑 支护体系 顺做法 逆作法 技术创新Study on The Construction Technique of Deep Underground Space In Shanghai Zone1 前言1。1 地下空间发展趋势开发利用城市的地下空间,始于上个世纪50年代.近年来随着城市的大规模改造，地下空间的开发已成为充分利用城市土地的一项重要措施.城市发展空间由地面向地下延伸，部分城市功能由地面转入地下，这是世界城市发展的必然趋势,也是衡量一个城市现代化的重要标志。目前，一些发达国家城市地下空间开发利用已具有相当水平和规模，有的已开始尝试开发利用50100米的深层地下空间。长远而言,开发利用地下空间，就是要把部分城市功能由地面转入地下,腾出地面以美化、绿化城市，扩大城市的开放空间.1。2 上海城市发展向地下延伸的现状上海在上世纪九十年代迎来了新一轮城市建设高潮，地上空间的不足使人们不得不考虑向地下延伸，地铁、越江隧道、地下商城的修建属于典型的地下空间开发，而徐家汇地铁商城、人民广场地下空间综合开发更是为上海的城市发展提供了一些成功的范例.上海正逐步形成以地铁为骨架、以交通节点为枢纽、以中心城区为主体的城市地下空间系统。上海地下空间开发也不断向更深层次发展,从早期的基坑挖深610米左右发展到近年来20米左右的超深基坑,而最近开工的廖创兴金融大楼以其地下5层、挖深最大达26。45米的超深基坑位列上海市基坑深度之冠。2 上海地区深层地下空间施工特点2。1 挖深大，需采取安全可靠的支护体系上海地下空间工程逐步向深、大、难的方向发展，保证安全施工的前提是可靠的支护体系。深基坑支护体系简单来讲分围护和支撑两部分，围护通常采用钻孔灌注桩结合深层搅拌桩止水帷幕，或者采用地下连续墙，支撑则通常采用混凝土或钢支撑.对于深基坑，具体采用何种支护体系，除了需要专业设计单位进行计算外，还要邀请专家对方案进行安全论证，除此之外，施工经验和经济效益也是两个需综合考虑的环节.2。2 地质条件差,易发生流砂、坍方等现象上海地区的土质属于长江三角洲冲积层，基本上是饱和的软粘土层，部分夹砂薄层,水位在地表以下1m以内。对于此类地质条件，如果挖土之前未经有效的降水或者支护体系设计不合理或者施工质量出现问题,就极易发生流砂、基坑坍方等现象，从而导致基坑破坏、坑外地面沉降、建筑倾斜甚至倒塌.2.3 周边环境复杂,环境保护要求高。上海市区建筑林立,地下管线众多，深基坑工程常常紧邻保护建筑，或城市重要管线，或城市轨道交通等,开挖前必须结合周边环境条件制定细致而有效的措施对已有建（构)筑物进行保护。目前,上海市区深基坑施工，对确保坑外周边环境安全的要求已超过坑内施工安全的需要,基坑变形控制严于强度控制的要求,因此,对基坑外环境保护已逐步成为一个专门的施工控制项目。2.4 文明施工管理要求高深基坑工程施工周期一般持续较长,过程中不可避免地会影响地面交通、环境以及周边居民生活等。而上海作为一个国际化大都市,建筑工地是施工企业对外展示自身形象的一个窗口。施工期间必须制定详细的文明标化施工管理措施，精心组织，将上述不利影响降低到最低点。3 上海地下空间施工技术的发展从早期的悬臂板桩到钻孔灌注桩加止水帷幕再到地下连续墙，从大放坡明开挖到逆作法暗开挖，上海地下空间施工技术不断创新与进步,施工队伍积累了相当丰富的经验。但是纵观整个地下空间施工技术的发展过程,地下部分施工仍然处于一个探索完善的阶段。由于工程所处环境的复杂性和多变性，造成基坑施工不乏失败的例子，甚至酿成重大事故。上海目前在建和拟建的深基坑工程数以百计，因此,对地下空间施工综合技术进行全面的总结、探讨显得尤为必要和紧迫。通过对地下空间施工综合技术进行全面的研究和总结,形成一整套完善的施工技术，并在某些施工技术方面形成工法,如逆作法、深基坑施工周边环境保护等.在某些易出质量或安全事故的工序上总结出经验教训，给后来的同类工程施工以警示作用.4 地下空间施工技术工程实例4.1 恒隆广场4.1。1工程简介恒隆广场位于上海市南京西路1222号，是一幢集商务办公、商业金融、餐饮游乐为一体的多功能大楼.基地占地面积31088 m2，由两幢高楼及裙房组成.1号主楼地下4层，地上66层，建筑总面积239000 m2.整个基坑面积达24000m2，周长670m，主楼开挖深度18。2m(局部19。25m)，裙房开挖深度13.65m。本工程地处闹市区，东侧距离20m处为亚细亚商城,西侧为波特曼大酒店，西南面为锦沧文华大酒店。基坑距离四周道路相当近,为5m左右，最近处仅为3m。工程所处地段交通繁忙,管线复杂,环境保护要求相当高。4。1。2 方案选择采用地下连续墙作为基坑围护，并将围护结构与地下室外墙合二为一.其中主楼区挖深18.2m,采用墙厚1000mm、深度33m的地下连续墙作围护，坑内沿地墙在坑底进行压密注浆地基加固，宽6。2m,深4m。裙楼区挖深13.65m，采用墙厚800mm、深度25m的地下连续墙作围护，坑内沿地墙在坑底进行压密注浆地基加固，宽6。2m,深4m。主楼与裙楼之间高差4。55m，采用10001200长度为10m的钻孔灌注排桩作为挡土墙，排桩后为1200宽深层搅拌桩止水帷幕.整个基坑支撑体系从整体刚度、保证墙体不位移、方便挖土和结构施工、保证整个工程可以组织大流水施工等多方面进行考虑，决定采用三道混凝土支撑（800*1100,8001500）加一道预应力钢支撑（609)的方案，支撑立柱采用550550的钢格构柱,插入下部钻孔灌注桩3m。整个基坑支护体系见图1、图2所示。地下结构采用常规顺做法施工，即挖土第一道支撑挖土第二、三、四支撑底板拆第四道支撑地下室结构拆第三、二、一道支撑回土的顺序.过程中再结合换撑等技术措施,基坑变形得到了较好的控制.4。1。3 实施效果从监测结果来看，地墙位移最大为72mm，未对周围环境产生不良影响，周边管线未出现爆管现象，临近重要建筑均未出现裂缝、倾斜现象，但现场办公室、沿街商店出现了不同程度的沉降，最大沉降值达10cm。总的来说，施工方案是成功的。4.2 长峰商城4。2.1工程简介本工程位于上海市中山公园商圈。主体结构由一幢10层裙楼和60层主楼组成,总建筑面积达310000 m2.其中四层地下室总建筑面积88000 m2，基坑面积26000 m2。基坑开挖深度主楼为22米（最深处达24米)，裙楼为17。55米。基坑四周环路,距离基坑南侧外墙2.5米，为深10米、地下两层地铁2号线中山公园站大厅（将来与长峰商城地下连通）。凯旋路为新建道路,有各类地下管线。离西侧外墙40米处为轻轨高架车站。北侧汇川路和东侧汇川路属原有道路也有大量管线.距北侧地下外墙40米处有一栋六层居民住宅。距东侧地下外墙30米远处为国美商场（十二层框架结构）。4.2。2 方案确定与实施4。2。2.1 方案确定复杂的周边环境和超大规模的基坑工程为沪上所罕见。如果按常规顺作法，即挖土至基坑底，从基础底板开始向上施工,需要在基坑一周施工1米厚地下连续墙作为围护墙兼作地下室外墙，坑内设五道水平支撑，坑底再进行地基加固。一方面,支撑费用过于昂贵,另一方面，工期太长，不能满足业主要求,而且如此深的基坑采用明挖顺作在上海尚无经验可循。经过反复比较、测算和论证，有关各方决定采用相对成熟、安全的逆作法施工工艺，既省去了支撑费用，又缩短了工期，而且采用刚度极大的整体楼板作为围护支撑，大大增加了基坑开挖的安全系数.挖土时利用“时空效应”理论，采取盆式挖土与抽条挖土相结合的方式，进一步保障了基坑施工过程中的安全。逆作法支护体系详见图3所示。图3 支护体系剖面图4。2。2.2 方案实施1. 采用800mm厚地下连续墙(地铁一侧地墙厚1000mm）作为裙楼基坑围护结构，采用1000mm厚地下连续墙作为主楼基坑围护结构,结合逆作法施工原理将地下四层楼板作为四道内支撑。经计算分析，在基坑开挖全过程中，围护和支撑体系受力良好,最大变形37.8mm，对周边环境影响颇小，完全达到设计要求。2。 本工程主楼采用一柱一桩半逆作法施工，裙楼采用一柱一桩全逆作法施工.首层和地下室各层楼板施工至大底板之前期间的全部荷载均由这些支承桩承担。由于逆作法的特殊性，故支承桩的定位和垂直度要求很高，本工程支承桩定位误差应控制在5mm内,垂直度要求控制在1/2001/300内。支承桩上部圆钢管柱和钢格构柱定位和垂直度控制分别由特制定位纠偏架控制和气囊法控制。3。 本基坑采用深井降水，平均每口深井作用面积约为300平方米，为提高降水效率,井管设两个滤头，第一个滤头的标高在8。5m,长1.5m，第二个滤头在坑底下2m，长4m。挖土前必须先做好预降水,并根据水位观测井的水位达到要求后方可挖基坑。要控制降水深度,达到每层土体下1m范围内，以防止过量降水引起地铁结构沉降变形过大。4土体开挖采用盆式开挖方式，按照“时空效应”理论指导挖土支撑,要求做到“分层、分块、对称、平衡、限时”开挖支撑。每层土体的留土宽度不少于4H,且最后挖除,并及时支撑，每一小块的土体挖土支撑的总施工时间控制在16H内。挖土采用挖土机结合人工挖土，在取土孔处制作了专用取土架，由蟹斗取土。4。2.3 实施效果目前，长峰商城已完成地下三层土方开挖,日出土方量1200m3左右。墙顶最大位移41mm,最大沉降14。9mm,相邻立柱最大沉降差值5。2mm，相邻立柱和地墙最大沉降差值9.2mm。基坑总体变形情况良好，施工进度符合原定计划。4.3 某地铁车站施工4。3.1 工程简介本地铁车站位于零陵路地下,横穿东安路,东主西走向,为十字形换乘地铁车站，车站总长214。8m，标准段宽度19.2m，总建筑面积9361。4m2.标准段地下二层,开挖深度14。87m,顶板覆土厚度约2.5m；换乘段（长度22.4m,宽度25.6m）地下三层,开挖深度21。64m。东、西两端各设一个端头井,西端头井平面尺寸12.5*21.4m，开挖深度为16.68m；东端头井平面尺寸为11。736m，开挖深度为16。26m。基坑采用800厚地下连续墙作为围护,标准段地墙深27m，端头井地墙深29m ，换乘段地墙深38m。土体加固采用深层搅拌桩，支撑体系采用609*16钢支撑，底板下的1200钻孔灌注桩深75m。车站周边环境复杂,东安路零陵路口的两幢高层建筑的裙房已局部侵入施工用地范围；肿瘤医院浅埋基础的放射治疗室距地下连续墙仅1.2m;东端头井距在建的有机所大楼围护仅0.5m;西端头井与环保局大楼相距2m，且这2m内都是上下水管、煤气管和高压电缆。主体结构与施工占地面积比1：1。5，基地内无能环绕基坑的道路，详见图4所示.图4 车站周边环境4。3。2 施工方案的选择本工程的基坑施工施工呈现以下特点：1、由于本工程挖深较深,标准段为14。87m，换乘段达到18。74m,施工基坑安全威胁较大。2、肿瘤医院浅埋基础的放射治疗室距地下连续墙仅1。2m，周围环境保护要求高。3、本工程位于东安路、零陵路口的交叉路口，工程施工需要对路口进行封闭,交通压力大。根据以上特点,本地铁车站中采用全逆作法施工,同时为保证进度和安全，对原设计的支撑体系进行优化后采用全机械化隧道式挖土.先施工地铁车站的顶板，再进行下部基坑的施工，选择工程桩作为支撑桩，桩内的H400型钢可作为逆作法施工时楼板荷载的支承柱。4.3.3 实施效果本地铁车站施工共暗挖土方55000m3，日均出土量300400m3（因土方运输按市政府规定只能在夜间进行，所以每天以12h计算),每根钢支撑的平均耗时34小时。由于机械挖土大大节省了人力，提高了施工速度，车站的主体结构只用了8个月就已全部完成。图5 逆作法机械化挖土场景沉降监测的结果也令人满意，重点保护对象肿瘤医院钴60放射室,东西沉降差小于5mm ,南北沉降差小于20mm ，达到了倾斜率小于1/2500的要求；地下连续墙最大水平位移为25mm，一般都15mm；其它周边建筑物沉降差20mm。5 结语从上述几个工程实例我们可以看出，对于上海地区较深基坑，逆作法在环境保护、施工进度、社会和经济效益方面均显示出其较大的优越性,但同时也存在着不足，一方面，现在逆作法施工尚未有成熟的理论研究，多数数据的取值还是经验数据，比如：地下室施工阶段上部结构能否施工或施工至几层；相邻立柱差异沉降值达多少比较危险；对于盆式挖土，盆边土留多少才算合理，这些课题都是今后理论研究的方向.另一方面,逆作法需要设计与施工单位更加密切地配合，设计在早期就要完成上下部分的结构计算和施工图,而施工单位需投入的技术管理力量相对较高，有时需要专业人员与设计对口等等.总而言之，随着上海进一步城市发展，地下空间施工技术应根据具体的工程对象做到不断改进与创新,不断积累理论和实践经验,使地下空间施工技术日臻完善，真正实现技术创优、技术创利的目标。