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特殊环境下超大超深基坑施工技术

TRD工法 2018年11月10日 项敏 144

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TRD工法在上海星港国际中心项目应用

特殊环境下超大超深基坑施工技术
摘要

上海星港国际中心项目的基坑规模与深度在民用建筑领城比较罕见,同时面临“中心城区、软土地基、多层承压水影响、紧邻地铁”等诸多因素影响,施工难度极高。通过合理选型图护设计、科学开展施工部署,安全、高效地完成了深基坑施工,从中积累的一些经验可为同类基坑工程提供借鉴。


关键词  

深基坑施工;紧邻地铁;承压水;斜交支撑;分坑开挖; TRD工法


1 工程概况

星港国际中心工程位于上海市虹口区北外滩核心区域,用地总面积40577.40㎡,总建筑面积445000㎡,地上为2幢高263m、50层的超高层办公楼和1座3层的商业中心,地下为6层总建筑面积190000㎡的地下车库及商业街。

基坑长约220m、宽约140m,基坑面积30440㎡。大部分为地下6层,主楼区域挖土深度29.6 m (最深处35.3m),裙房区域挖士深度27.3m;邻近地铁侧地下5层,挖士深度23.2m,总土方量逾80000m³,为当时上海民用建筑的最深基坑。


2 深基坑施工所面临的问题


2.1 周边环境复杂

基坑东、南、西三侧紧邻市政道路,各类管线密集,基坑围护结构距最近管线仅4m.北侧与地铁代建的地下3层结构外墙(地下连续墙)共墙,距离轨道交通12号线提篮桥站19~25m.东、南侧有高层办公楼、老式砖木结构民居等建筑物。


2.2 受多层承压含水层影响

根据勘察报告,场地深155m范围内地层均为第四系松散沉积物,主要由饱和黏性土、粉性土和砂土组成。场地内承压水主要有:⑤3t、 ⑧2 (微承压水),⑦、⑨层(承压水)。基坑开挖深度范围内直接影响的为⑤3t、⑧2 (微承压水)及⑦层承压水,并接近⑨层临界开挖深度。

2.3 施工场地狭小

工程用地面积40577m’,基坑面积30440m’, 地下连续墙边距围墙仅8~10m.现场在搭建必要的办公等大临后,基坑周边已无堆场和道路布置条件。


2.4 进度要求高

对于地下6层的规模,施工周期较长,塔楼的地下室部分若与整体地下室同步回筑,则势必影响上部结构最终封顶的施工节点。因此,在基坑施工策划阶段就需提前考虑塔楼与围护的相互关系,为塔楼提前进入地上结构施工创造条件。

针对基坑工程的上述特点,围绕基坑与地铁安全,兼顾进度控制要求,须本着设计、施工的一体化的目标,统筹策划,开展深基础施工”。

3 围护设计的选型及优化


3.1 选型原则

1)分坑施工:由于紧邻地铁,为减少基坑施工对地铁的影响,故将基坑划分为若千小型基坑,通过设置开挖前置条件实施分坑施工,各坑之间采用地下连续墙作挡土墙以形成临时分隔。

2)减小基坑变形、防止水土流失:基坑围护能提供足够的刚度,挡土墙须具备良好的阻水性能。

3)塔楼能提前施工:一旦基础底板形成,围护支撑布局就应不影响或少影响塔楼施工。


3.2 优化方案

将基坑分为A-1、A-2. B、C. D-1、D-2三大三小共6个基坑(图1),

特殊环境下超大超深基坑施工技术

基坑开挖工况为:先同时开挖A-1、A-2区;待A-1、A-2区回筑至B5层板并达到强度后,开挖B区;待B区底板完成浇筑后,开挖C区:待B区B5层板达到强度,且C区底板完成浇筑后,B区与C区同步拆撑回筑;待A-1、A-2区出±0.00m后,开挖D-1,D- 2区。各坑之间以地下连续墙进行分隔(北侧利用已建地铁代建区原有围护结构)。

基坑外围采用地下连续墙“两墙合一”形式,墙厚1200mm,深度55~58m; 分坑中隔墙厚度1200mm,深度52~55m;北侧邻近地铁代建区,围护利用原有地下连续墙(墙厚1200mm,深度50m)。

地下连续墙两侧采用3种不同方式进行槽壁加固基坑北侧靠地铁侧的中隔墙两侧采用三轴搅拌桩φ850mm@600mm,桩深41m; 基坑东、西、南三侧的地下连续墙外侧采用厚700mm的TRD工法搅拌墙,内侧采用φ850mm@600mm三轴搅拌桩,深度均为41m;基坑东北角邻近地铁无原有地下连续墙的局部区域,地下连续墙外侧采用φ2000mm @1200mm的MJS旋喷桩,内侧采用φ850mm@600mm三轴搅拌桩,深度41m.

土体加固分别采用水泥土搅拌桩加固,三轴水泥土搅拌桩裙边、抽条加固”。深坑封底设计:针对基坑下部承压水层,对深坑部位果取高压旋喷桩满堂加固,提高坑底土抗承压水的安全储备。根据塔楼的布局特点,A区摒弃传统的支撑正交方式,优化布置成斜交形式,避开塔楼核心简和外围立柱,采用6道混凝土支撑。B区为地下室及裙房,支撑与地下连续墙正交,采用6道混凝土支撑。C、D-1、D-2区采用钢管支撑与混凝士支撑结合的形式,上下6道。此外,根据现场交通组织和施工场地需求,将A、B区首道支撑(图2)的局部设置成栈桥。

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3.3 围护施工控制重点

地下连续墙埋深超过50m并隔断⑦层承压水,作为围护体,需要发挥止水帷幕作用。除控制地下连续墙垂直度、墙身混凝士密实度外,重点控制地下连续墙接缝处质量,通过自制强制式刷璧机、制订刷壁工艺、防绕流措施等加强现场质量管控。TRD工法搅拌墙作为基坑外围的槽壁加固和止水帷幕,可基本隔断微承压水层,施工的关键过程为垂直度控制、施工冷缝处理、基坑拐角处墙体搭接和搅拌桩的均匀性控制。虑到封底加固深度超深,普通旋喷桩压力不够等因素,裙房电梯井、集水坑等满堂加固采用φ1000 mm@600mm三重管高压旋喷桩,塔楼最深部位的电梯井、集水坑等采用φ2000mm@1300 m的RJP高压旋喷桩进行加固””。


4 深基坑开挖


4.1 降水控制

由于地下连续墙底进入⑧1黏土层,隔断⑤3t层微承压水、⑦层承压水基坑内外的联通,所以设计了79口疏干井、42口联合井进行潜水和微承压水层的降水。在第⑦层承压含水层布置49口泄压井直接将其压力释放、泄压。对于第⑧2层微承压水,布置11口降压井和备用井随开挖深度加深逐步开启,达到按需降水的要求。对于第⑨层承压水,布置观测备用井,加强水位观测,必要时进行减压降水,防止基坑突涌的发生。开挖期间,针对不同的挖土工况,制订降水井运行方案(表1)。在泄压井运行前,须完成抽水试验、落实双电源的应急措施,确保排水系统的排水能力。

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4.2 土方开挖及支撑施工

4.2.1 A区基坑

表层土按现场维护加固施工流程,由南往北进行施工。

第2层土方开挖按“盆式开挖”原则进行,同时结合栈桥布局及出土难易度进行坑边分块(图3)。由于支撑布局为斜交,故以先形成斜角对撑为原则进行挖土及支撑施工。每个分块要求在挖士完成后48 h内完成支撑浇筑,北侧支撑因紧邻地铁,故要求在24h内完成浇筑。A区2个基坑同步开挖,基坑面积各约10000m’,栈桥面积占基坑面积的50%以上.经第2层土方开挖发现,栈桥面积大,便于交通组织,但同时土方的垂直运输出现了局部盲区,需通过大量的平面驳运来进行,挖士效率低,增加了卸土后基坑边坡的暴露时间。因此在第3层~第6层土方开挖中,与设计沟通,并经地铁运营方同意,以控制基坑变形、加快基坑施工为原则,不断调整挖土和支撑的施工流程。

以A-1区第6层挖土为例(图4),挖土深度从-21.9m到- 25.5m,挖深3.6m,土方量约40 000m’。考虑垂直运输工效降低,计划20d内完成挖士及支撑施工,通过优化调整挖土流程,最终提前3d完成全部工作量。

A区基坑从第2层士方开挖到基础底板浇筑,在跨越一个春节的基础上,用168d的时间全部完成,开创了“半月撑”记录。

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4.2.2 B区基坑

B区在A区地下5层结构浇筑完成后,开始第2层以下的土方及支撑施工。

B区支撑与围护地下连续墙正交,且布局较为简单,按“盆式开挖”分块进行挖土及支撑施工,优先形成南北向对撑,最终历时122d完成基坑开挖、底板施工。

4.2.3 C、D区基坑

C、D区为狭长形基坑,设计采用2道混凝土支撑、4道钢支撑。

B区底板完成后,开挖C区;待A-1. A-2区出士0.00m后,开挖D-1、D- 2区。

实际施工中,为避开春节的停工影响,C区基坑在征得设计和地铁运营方许可的情况下,在B区靠地铁侧底板完成后,提前开始第2层以下的土方开挖,在春节前完成了底板施工及地下5层的结构回筑。


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5 实施效果与小结


从A区第2层土方开挖到D区底板施工完成,整个基坑施工历时511d,到所有地下室回筑完成,历时696d,施工期间对地铁运营没有产生影响。基坑分块开挖对地铁车站运营的保护作用是明显的,邻近地铁侧的基坑最后开挖,暴露时间最短,基坑变形最小。

从基坑周边环境来看,基坑施工对周边地面、地下管线的沉降影响较大,人行道有不同程度的凹陷与隆起。基坑西侧的煤气管线(埋深0.7m, 1961年埋设),在A区基坑施工阶段,累计沉降166mm,到D区底板完成时,累计沉降达206mm.

从围护体系的变形看,A区地下连续墙最大测斜累计为81.4mm,B区为76.5mm, C区与地铁共墙处为9.9mm,D区中隔墙处为26.6mm.虽然A区支撑体系为斜交,相较B区支撑的正交,在传力体系上存在削弱,但从实际的基坑变形来看,没有明显差距”。

地下连续墙外围TRD工法搅拌墙作为止水帷幕,有效隔断潜水和第⑤3t层微承压水,地下连续墙底进入⑧1點土层,隔离⑦层承压水基坑内外的联通,落深基坑采用RJP封底加固方案代替降⑧2层承压水的方案,有效减少了降压井的运行时间。

主楼区域支撑斜交,为塔楼提前出零施工创造了有利条件。挖士与支撑施工组织时,应考虑斜交体系的挖士分块和支撑分段对施工效率的影响。在栈桥布局时,不仅要考虑为平面运输提供便利,而且要减少“斜交死角”对垂直运输的影响。


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来源:《地基基础》 2017.8

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编辑整理:

TRD工法

      TRD工法(Trench-Cutting & Re-mixing Deep Wall Method),又称等厚度水泥土地下连续墙工法,其基本原理是利用链锯式刀具箱竖直插入地层中,然后作水平横向运动,同时由链条带动刀具作上下的回转运动,搅拌混合原土并灌入水泥浆,形成一定强度和厚度的墙。


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        TRD工法通过水平横向运动成墙,可形成没有接口的等厚连续墙体,其止水防渗效果远远优于柱列式地下连续墙和柱列式搅拌桩加固,其主要特点是环境污染小、成墙连续、表面平整、厚度一致、墙体均匀性好、防渗性能好、施工安全,与传统柱列式地下连续墙相比隔渗,经济性好。 


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▲TRD-EN工法机


TRD工法适应粘性土、砂土、砂砾及砾石层等地层,在标贯击数达 50~60 击的密实砂层、无侧限抗压强度不大于5MPa的软岩中也具有良好的适用性。可广泛应用于超深隔水帷幕、型钢水泥土搅拌墙、地墙槽壁加固等领域。


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原文始发于微信公众号(TRD工法网):特殊环境下超大超深基坑施工技术