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上海花园饭店工程主楼深基坑基础施工.doc

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上海 花园 饭店 工程 主楼 基坑 基础 施工
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上海花园饭店工程主楼深基坑基础施工上海第一建筑工程公司 马兴宝一、 工程概况 花园饭店是外资项目,位于锦江俱乐部内,在原有俱乐部游泳池拆除基础上,将现有锦江俱乐部和新建的主楼,群房联成一体,共同组成一个综合性的五星级饭店。 该工程三十四层(地下一层),总高度为 122.56m,七层到三十二层为标准客房,共有 500 套(其中包括总统高级客房一套)七层以下全为公用部位,内设中,西,日餐厅及大、中、小宴会厅,另有四层群房为商场、健身室、美容室、蒸汽浴室、按摩室、保龄球房、电子游戏室及游泳池等,屋顶部分设有公园及停机坪,东侧有专用观光电梯,另还设有独立地下车库。 本工程主楼结构平面为长 68 米宽 20 米,采用纵横 25 道剪力墙与梁板组成一个钢度大的现浇钢筋混凝土剪力墙结构体系,上部结构采用滑模施工工艺,四层群房为框架结构。 整个新建地下建筑结构均采用 STK—50 直径 609 X 11 钢管桩承重,桩长 39 m,送桩 6 m,部分送到 8.4 m,打桩过程中采用袋装砂井,减少空隙水,以稳定土壤。主楼桩承台为 3 m 厚的钢筋混凝土板式基础,5200 立方米混凝土采用泵送混凝土,分二层浇捣。挖土采用大型挖土机和抓斗结合,挖土深度为 6.20 m,部分深达 8.5 m,拉森钢板桩挡土,井点降低地下水位。 工程地质情况: 新建场地地形比较平坦,地面标高一般在+2.8—3.2 米之间,勘察孔口高程引测自长乐路 199 号房前的市设水准点 0—401,其标高为 2.533 米。在深度 120.4 米范围场地地基土自上而下共分 11 层,均为第四纪松散沉积物,主要由饱和软粘土和砂性土相互交替组成。第 8 层粉细砂作为本工程主楼的桩基持力层。桩尖进入粉砂层约 2 米,用开口钢管桩 φ609 X 11,单桩极限承载力可达 650 吨/根,高层计算沉降量为 35.7 厘米,实际沉降估计控制在 25 厘米左右。 二.施工方案选择 花园饭店四周建筑物都很靠近,尤其是北面的外商办公楼为 6 层轻钢结构,基础很浅,施工要求不能干扰外事活动,又要保证该楼建筑设备及人员绝对安全,因此,对主楼地下室基坑施工方法曾进行过四种方案研究比较。 1 放坡明挖。 2 地下连续墙。 3 平拉锚杆或斜锚杆。 4 钢板桩挡土。 前三种或受场地限制,或因造价过高,未被采用。主要考虑减少土体的移动,保护邻近特殊建筑物和附近民房正常使用,我们选用了钢板桩挡土施工工艺。该工艺用刚度比普通槽钢大得多的 U 型拉森钢板桩,以锁口法组成板桩墙并加上多层支撑,来减少基础外面的土体位移和抵挡地下水产生的水平压力。为了使板桩转角处也能相互锁口,我们把基础四周转角处组成 90 度和 120 度转角桩,并留有一处不锁口,待全部板桩结束后再进行封口,这种全锁口的钢板桩对挡土、防水作用均好。 三、挖土、降水支撑安装及浇捣混凝土施工技术 1 基坑降水 本工程挖土深度 6.2 米,根据计算的降水要求,对可能采用一,二级轻型井点,喷射井点,电渗井点等降水措施逐一进行比较。 后二种井点费用大,施工麻烦,管理复杂,设备供应也有困难,而且由于挖土深度不算太深,采用上述两种方案在经济上也不合理。其次因四周建筑物尤其外商办公楼距新建筑较近,附近居民也仅3—4 米,还要考虑降水对这些建筑物带来的不利影响。 根据地质资料,在层高标高-13 米处有一层不透水层,层厚约 8—10 米。18 米钢板桩尖要求深入第二层不透水层 1 米,这时井管的滤头进入潜水层,此潜水层上下两层为不透水层,加上钢板桩又为全封闭型的,井管埋设在钢板桩内侧又大大浅于板桩深度,因此经过分析比较决定采用轻型井点降水。为防止井点降水影响周围建筑物的沉降,甚至出现墙体裂缝,在钢板桩外又采用回灌水办法。利用钢板桩外的砂井作为回灌井,并沿着砂井布置一道砂沟将井点抽出的水适时回到砂沟,再由砂沟经过砂井回灌到地下。通过施工实践,降水效果良好,甚至在电梯井深处挖深至 8.5 米,也很干燥,周围建筑物也没由于降水产生沉降及裂缝。 其中四个观察孔在钢板桩的外侧,在基坑内设有一个观察孔,板桩内侧观察值经整理如表: 阶 段 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 平均降水值 4.9cm 9.4 5.4 4.0 第Ⅰ阶段是从开始观察之日起到第一层土开挖止。 第Ⅱ阶段是从开挖起至土挖到(5)观察孔处为止。 第Ⅲ阶段是从(5)观察孔起至挖土挖至第一层结束。 第Ⅳ阶段是从第一层土完毕至第二层土才开始。 从上述平均降水值看,当开挖土时,降水效果明显高于不开挖的时候,所以说明土的密实性是很大的,当土扰动或挖土时减少了土的密实性,使得降水的效果明显提高。 从以上数值看,随着时间的推移,钢板桩外侧的地下水均下降了,但其下降的平均值只有 4—6 毫米,这说明内侧的降水基本不影响钢板桩外的地下水位,从 σ 值来看基本上是越来越小,也就是说水位越来越稳定了,从汇总情况来观察,最不稳定是(1)号观察孔,其 , σ 的 值分别为 1.89 和0.135,从地质报告所示,地下水静止水位深度的相应标高为 2.13—1.29 米,而 ±3σ 值是2.295—1.486 米,可见其水位还低于最低的水位,标高也属于正常范围,但为保证附近建筑物的安全,施工时还是采取回灌水提高水位,不使其降到+1.8 米以下。 从以上观察值和实际的施工情况看,钢板桩的封闭性较好,基本上无渗水现象,板桩内侧的降水情况良好,外侧水位稳定,施工工作得以顺利进行。 2 挖土及支撑 挖土方案与支撑方案有很大关系,由于外商办公楼乃轻钢结构,刚度差,日方对挖土引起板桩变形极为担心,提出了很高的要求,并制定详细测试方案,经过多方面研究协调决定采用日方提出的先支撑后挖土的方法,所有支撑步骤,节点处理,材料规格都按他们制定方案执行。 日方原设计支撑方案,拉森钢板桩伸出天然地面 2 米,这样连挖土深度 6.2 米共 8.2 米,计三道支撑,第一道在顶端,第二道及第三道,各为 3 米,第三道支撑离基底 2.10 米。 后经我们数次讨论,认为钢板桩伸出地面,无法施工,给打桩也带来困难,日方最后同意改为自然地坪高出 10 厘米,但日方还是坚持三道支撑,当时支撑材料已到,另一方面对进口支撑性能也还不十分了解,因此最后决定采用三道支撑,只是第二道,第三道各自高度由 3 米改为 2.2 米,第三道支撑离基底为 1.70 米。 由于决定先撑后挖方案,因此对施工挖土带来很多麻烦,选择施工机械时,土方施工队传统的 1.8立方米液压反铲优势无法发挥,只得采用 0.4 立方米反铲辅以 0.14 小型挖土机入基坑,局部配合人工挖土。 挖土程序先挖沟槽,深宽为 800 X 1200,离自然地面 100 处设围檩及第一道支撑与水平斜撑成井字形,然后正式进行挖土,挖到设计标高后架设第二,三道支撑,挖第二层土时条件更困难,只能采用2 台 1 立方米抓斗在跨外进行,下配 0.14 立方米小型挖土机水平运送,最后余下 30 厘米土层用人工抄平。从施工实际情况来看,由于先撑后挖,挖土速度是缓慢一些,劳动力也多化一些,但对保证邻近建筑物绝对安全,防止板桩变形和土体移动,提高场地文明均有很大好处,有位卢森堡外国专家来工地参观后赞赏说,这工地场容管理堪称一流水平。可见基础工程中板桩支护,降水,挖土和支撑各方面效果还都是不错的。 3 混凝土浇灌 主楼基础底板混凝土厚为 3 米,这中间有一道桩支撑,为回收支撑一次浇灌 5200 立方米混凝土,在供应和运输上均有困难,故采取二层浇灌方案,第一层 0.9 米,第二层为 2.1 米。 底板混凝土属于大体积混凝土,所以我们特别注意混凝土水化热引起的温差,为此采用测温手段进行监控,并采取了相应的技术措施,浇捣时配备泵车三台,从东到西,南北两个方向平行浇捣,另一台中间协助配合使用。 主要技术措施: 3.1 利用 60 天强度,减少水泥用量,300#混凝土强度 R28=260#。 3.2 采用 425#矿渣水泥,掺加减水剂和粉煤灰 3.3 采用中间层间放一排冷却水管(Φ2”),使进水温度 5°到出水温度 30°带走了一部分热量,对减少内外温差起到辅助作用。 3.4 加强养护,浇捣完混凝土后,两侧及面上都覆盖一层塑料薄膜加二层草袋,以防内外温差过大,产生收缩裂缝。 3.5 混凝土底板的侧模板底部每隔 10 米留一个 10 X 10 厘米孔洞,以便混凝土泌水流出。 3.6 混凝土浇捣时要求配合足够振捣器,插入间距不得大于 35 厘米,不得漏振,严禁任混凝土自行流淌。 3.7 为了保证浇捣混凝土不产生离析,混凝土自高处倾落时,其自由倾落高度不超过 2 米,超过 2米时用溜槽下落。 3.8 为了保证结构整体性,浇捣中途不得停歇,如必须间歇时,不应超过 2 小时。分层浇捣时采用踏步式进行,每批厚度 50 公分,踏步宽控制 3 米左右。 3.9 浇灌混凝土时合理安排劳动组织,加强管理,使已定的施工方案和采用技术措施顺利执行,这点也是很重要的。 四、钢板桩支护技术的研究 为对花园饭店主楼基础的板桩支撑系统的安全可靠性实行监护与测试,我们请上海勘察院和上海施工技术研究所对侧向土压力及钢板桩变形,支撑应力等进行测试,根据所提供的挖土各阶段支撑压力与变化规律如表(括号内数值为 KN 单位): 支撑 内力 测点 第一道支撑预压时应力 挖至第二道支撑标高压力 第二道支撑预压时应力 挖至第二道支撑标高压力 第三道支撑预压时应力 挖至第二道支撑标高压力 历时最大压力 1—1 11.0 (107.87) 30.8 (302.04) 22.8 (223.59) 19.5 (191.23) 18.9 (185.35) 18.4 (180.44) 36.8 (360.88) 1—2 9.6 (96.11) 29.1 (285.31) 21.7 (212.80) 18.5 (181.42) 19.6 (192.21) 21.9 (214.77) 31.8 (304.99) 1—3 12.4 (121.60) 28.2 (276.55) 19.9 (195.15) 21.6 (211.82) 23.6 (231.44) 17.4 (170.64) 36.5 (357.96) 1—4 12.4 (121.60) 28.9 (283.41) 20.6 (202.01) 19.6 (192.21) 21.7 (212.80) 19.7 (193.17) 33.6 (329.50) 1—5 11.2 (109.83) 32.5 (318.72) 24.1 (236.34) 22.7 (222.61) 21.6 (211.82) 20.6 202.02 36.4 (356.96) 第一道支撑 1—6 12.9 (126.51) 28.4 (278.51) 23.2 (227.51) 22.2 (217.71) 19.9 (195.15) 31.1 (305.99) 2—1 30.5 (299.10) 98.6 (966.94) 91.9 (901.23) 92.6 (908.10) 100.4 (984.59) 2—2 28.9 (283.41) 80.2 (786.49) 79.5 (779.63) 79.6 (780.06) 81.6 (800.22) 2—3 27.2 (266.74) 92.9 (904.17) 92.4 (906.13) 96.6 (947.32) 96.6 (947.32) 2—4 39.3 (385.40) 90.8 (890.44) 93.2 (913.98) 93.2 (913.98) 2—5 40.6 (398.15) 81.8 (802.18) 75.7 (742.36) 78.4 (768.84) 86.9 (852.20) 第二道支撑 2—6 37.4 (366.77) 69.6 (682.54) 73.2 (717.85) 81.9 (803.16) 81.9 (803.16) 3—1 19.0 (186.33) 33.0 (323.62) 3—2 12.0 (117.68) 37.8 (362.85) 3—3 17.0 (160.71) 34 (333.43) 3—4 11.0 (107.87) 12.0 (117.68) 3—5 8.0 (78.45) 36.0 (353.03) 第三道支撑 3—6 8.0 (78.45) ) 据表可看出支撑压力的变化规律为: 1 预加荷载,使支撑顶紧围檩,板桩开始受力。 2 随着开挖,支撑压力逐步增加,直至该支撑一定范围内的土体全部挖去,该支撑所受压力接近其最大值。 3 随后,该支撑受相邻支撑压力变化的影响,而不断调整其压力值。 4 该层土全部挖至设计标高后一段时间,各支撑压力得到稳定。 5 预顶下道支撑时,因下道支撑压力陡增,上道支撑压力要减少,即开始“压力分摊”。 6 支撑压力理论计算与实测值比较: 压 计 阶 力 算 段 值 方法 包络图法 假象支点法 水土混合 侧压力 下部分担法 日方设计 取用值 实测 平均值 第一阶段挖土至标高 0.40 R1 37.34 34.13 52.12 26.58 29.56 R1 10.07 20.68 第二阶段挖土至标高-2.60 R2 103.67 97.65 103.57 114.42 85.9 R1 13.02 9.63 R2 56.20 87.05 第三阶段挖土至标高-3.25 R3 98.19 52.78 71.47 62.5 35 R1 37.34 34.13 52.52 26.58 34.25 R2 103.61 97.65 103.57 114.42 90.1 历 时 最 大 压 力 值 R3 98.19 52.78 71.47 62.50 35 7 支撑系统的安全可靠性分析 支 撑 压力 实测最大值 位移 压力 日本设计值 位移 支撑压力 允许值 支撑压力允许值 压力 实测最大值 第一道支36.8(360.88KN) 45.0(441.30) 140.5(1377.83) 3.82 撑 2.86 2.87 100.4(984.59KN) 124.0(1216.02KN) 第二道支撑 0.45 3.65 226.2(2218.26) 2.25 36.0(353.04KN) 32.7(320.68KN) 第三道支撑 3.60 140.5(1377.83) 3.96 通过测试分析: (1)本工程的板桩压力实测值与按假象支点计算结果较接近,与国内目前常用计算方法所得结果相差较大。 (2)撑一道支撑,挖一层土的施工方法,较符合板桩墙受力的计算假定。 (3)支撑杆件的设计计算应考虑杆件的受力不均匀性,以及温度应力,因支撑杆件较大,不应忽略。 (4)给各道支撑预加压力能使各支撑杆件受力较为均匀,尤其对减少板桩墙位移,保护邻近建筑物(构筑物)效果显著。 5 工程使用的以 H 型钢组成的工具式支撑系统,安装速度快,组合灵活,安全可靠。 五.效果与评价 1 花园饭店工程主楼基础占地 1500 平方米,应用国外钢板桩与工具式支撑进行挡土,邻近建筑都未产生裂缝,沉降,说明这些技术措施是成功的、有效的。 2 采用 U 型拉森钢板桩加上足够刚度的工具式支撑,板桩墙的变形是很小的,井点放在坑内,由于锁口拉森板桩有一定阻水作用,坑外的地下水绕过板底端也被坑内井管吸收,这两方面措施配合在一起,对邻近建筑物的影响大大减少。 3 由于板桩有足够深度,井点放在坑内,井点降水效果良好,本工程局部达 8.5 米,但挖出土后还是土壤干燥,说明这些措施配合亦使降水效果提高。 4 采用工具式支撑,先撑后挖,每次分层减少高差挖土的方法对板桩变形、土壤稳定和邻近建筑的安全大大有利,也利于科学管理,如挖土机械能采取一定措施,劳动组织进一步完善,基础施工工期还可加快。 5 要控制工程桩的变形,应尽可能合理安排打桩流程,周围设置一定数量的砂井,以减少后打的桩对先打的桩的影响。 6 本工程由于采用多层工具式支撑,对混凝土浇捣带来一定的难度。我们采取了分层浇捣混凝土的方法,经实践证明,只要严格施工技术措施,同样可以防止产生任何裂缝。 7 本工程采用集中搅拌,搅拌运输车运输,泵送与布料入模,以及采用冷却水管和水化热测试方法,使承台混凝土内外温差控制在规范要求之内,加上必要的保温措施,也是质量能得到保证的良好条件。 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