smw工法在上海東銀辦公樓深基坑工程中的應用

1基坑及圍護設計方案東銀交易中心項目位于舊上海北部新區(qū)i和ii區(qū)商業(yè)分區(qū)13-3號地塊。項目基地為矩形，占地面積約1.14萬米。工程為地下2層、上部結構由兩幢24層主樓和裙房組成?；娱L118m、寬28m總面積約9277m2,圍護總長度約390m,采用SMW工法圍護,鋼-混凝土混合支撐體系。SMW工法采用φ850mm三軸勁性水泥土攪拌樁內插H700mm×300mm×13mm×24mm型鋼。基坑圍護的支撐系統(tǒng)采用兩道鋼支撐,支撐平面布置形式為井字對撐的形式(圖1)?；炷羾鷻_和棧橋部位混凝土支撐的強度設計等級為C30。本基坑東鄰金珠路,道路對面是2~22層混凝土結構建筑,與地下室外墻距離約24m(基坑內邊線距地下室外墻約0.8m);南鄰紅寶石路;西側基坑邊線距離紅線約3.5m~5.9m,紅線外是30m寬城市綠化帶,綠化帶外是古北路;北側基坑邊線距離紅線約3.9m~10.2m,距基坑邊線4m~11.8m有1~4層老式淺基礎建筑物,需重點保護。2以合理的確定施工方案為前提,是施工實施的保障工作該工程的SMW工法施工工藝在國內雖已屬成熟技術,但由于在大面積基坑中單獨采用SMW工法作為圍護并布置長度超過100m的鋼支撐體系的實例并不多,在對各圍護體系進行比較后,公司組織技術人員進行計算、討論,并組織專家咨詢和論證,施工之前對各工藝的主要質量影響因素進行充分的討論準備,施工效果結合社會經(jīng)濟效益、工期控制、環(huán)境保護等各種制約影響因素作綜合分析,使工程從策劃到實施整個過程全部按其最合理的方案實行。通過編制各工序的施工專項組織設計報公司、集團審批和通過,并報送監(jiān)理和業(yè)主等各相關部門,因而為施工技術的各工序實施提供了安全可靠、合理有效的保證。在各部門審批結束的基礎上,就各工序施工向管理人員以及具體操作人員進行詳細的交底。施工實施中,我們就各主要關鍵節(jié)點、質量影響因素加以嚴格的控制和監(jiān)督,以保證施工方案得以正確、全面、有效的貫徹和實施。工法采用φ850mm三軸勁性水泥土攪拌樁內插H700mm×300mm×13mm×24mm型鋼。開挖深度9.3m區(qū)域型鋼間距1200mm,型鋼長19m;周邊有建筑物及主樓(開挖深度9.85m)靠近圍護邊的區(qū)域型鋼間距900mm,型鋼長20m;局部深坑區(qū)域根據(jù)深度適當加長。2.1smw工法深孔復雜法根據(jù)圍護墻設計深度,鉆機在鉆孔和提升全過程中,保持螺桿勻速轉動,勻速下鉆,勻速提升,同時根據(jù)下鉆和提升兩種不同的速度,注入不同摻量的攪拌均勻的水泥漿液,并采取高壓噴氣進行孔內水泥土翻攪,使水泥土攪拌樁在初凝前達到充分攪拌,水泥與土能充分拌和,確保攪拌樁的質量。SMW工法施工按圖3、4順序進行,其中陰影部分為重復套鉆,保證墻體的連續(xù)性和接頭的施工質量,該施工順序適用于N值小于50的地基土,水泥攪拌樁的搭接以及施工設備的垂直度校正是依靠重復套鉆來保證,以達到止水的作用。(1)SMW工法采用跳槽式雙孔全套復攪式連接(常規(guī)情況下均采用該種方式進行施工)(圖2)。(2)單側擠壓式連接方式(圖3):對于圍護墻轉角處或有施工間斷情況下采用此連接。根據(jù)設計要求和有關技術資料規(guī)定,三軸水泥攪拌樁下沉速度不大于1m/min,提升速度不大于1.5m/min,在樁底部1m處重復攪拌注漿,做好每次成樁的原始記錄(圖4)。2.2h型鋼定位鋼安裝及安裝H型鋼連接采用剖口對焊,在鉆孔充分攪拌均勻的水泥土初凝之前,采用大型吊裝機械將焊接定尺的H型鋼吊起,插入指定位置,依靠H型鋼的自重下插到設計規(guī)定深度,然后進行換勾法,插入的H型鋼脫離吊車,固定在溝槽兩側鋪設的定位型鋼上,直至孔內的水泥土凝固。在溝槽定位型鋼上設H型鋼定位卡,固定插入型鋼平面位置,型鋼定位卡必須牢固、水平,而后將H型鋼底部中心對正樁位中心并沿定位卡徐徐垂直插入水泥土攪拌樁體內,垂直度控制用線錘控制。若H型鋼插放達不到設計標高時則采取提升H型鋼,重復下插使其插到設計標高,下插過程中始終用線錘跟蹤控制H型鋼垂直度并用經(jīng)緯儀校核。2.3涂敷的范圍減摩劑必須用電爐加熱至完全融化,用攪棒攪時感覺厚薄均勻,才能涂敷于H型鋼上,否則涂層不均勻,易剝落?；娱_挖后,設置支撐牛腿時,必須清除H型鋼外露部分的涂層,方能電焊。地下結構完成后撤除支撐,必須清除牛腿,并磨平型鋼表面,然后重新涂刷減摩劑。2.4工夾具頂升控制及使用采用液壓千斤頂頂升原理,通過專用液壓工夾具,夾緊型鋼腹板,構成頂升反力支座。咬合型鋼受力后,使夾具與型鋼一體共同提升。2只200t千斤頂分別放置在型鋼兩側,座落在混凝土壓頂圈梁上。型鋼套在液壓工夾具內,兩邊液壓夾板咬合、頂緊型鋼腹板。液壓油泵通過200t千斤頂產(chǎn)生頂升力,形成拔力。2只200t千斤頂油路獨立控制、調壓,左右兩側同步、平衡頂升。頂升初始階段,由于型鋼平齊,液壓工夾具不能使用,采用專用丁字形鋼結構構件支座頂升。型鋼端部中心開D100mm圓孔(腹板孔二邊焊貼加強板),通過鋼銷與丁字形鋼結構構件支座孔套接、受力、傳力。2只200t千斤頂左右兩側同步、平衡頂升丁字形鋼結構構件支座,漸漸拔升。千斤頂?shù)轿缓?調換另一提升孔繼續(xù)重復頂升,直到能使用液壓工夾具為止。型鋼拔除過程中,逐漸升高的型鋼用吊車跟蹤提升,平穩(wěn)地吊牢型鋼,直至全部拔除及拔出地面后倒樁,駁運離現(xiàn)場。3鋼管及鋼支撐圍檁和支撐標高及截面尺寸如下:第一道支撐中心標高為-1.90m;混凝土圍檁截面1200mm×800mm,棧橋部位混凝土支撐截面900mm×1200mm,鋼支撐采用φ609mm×16mm鋼管,H400mm×400mm×13mm×21mm型鋼連桿。第二道支撐中心標高為-6.70m;圍檁采用2H700mm×300mm×13mm×24mm型鋼雙拼,局部采用混凝土圍檁,截面為1200mm×800mm,鋼支撐采用2φ609mm×16mm鋼管雙拼,H400mm×400mm×13mm×21mm型鋼連桿(圖5)。3.1基槽邊坡混凝土圍施工由于周邊圍墻部分離基槽過近,則采取直立開挖,并輔以相應的支撐圍護措施,并對需保護的圍墻進行技術保護。根據(jù)基槽至圍墻邊距離及圍墻重要性,現(xiàn)場主要防護的對象為北側圍墻。主要具體措施如下:凡基槽邊至圍墻距離大于2m的則以腳手管打設簡易的拋撐支撐住圍墻防止其傾側。凡基槽邊至圍墻距離小于2m的則采用基槽邊坡鋼圍檁板支撐的措施防止由于基槽邊位移或土體流失造成的圍墻損壞。第一道混凝土圍檁施工由西側開始按順時針施工,施工段分為西側1段、北側2段、東側1段、南側2段,需要注意的是圍檁與混凝土支撐或棧橋連接位置的混凝土施工必須與支撐或棧橋同時施工,故在連接段兩側1/3跨之間混凝土暫不施工。第二道局部混凝土圍檁,施工時關注鋼圍檁錨入混凝土圍檁長度必須滿足設計要求。3.2全系統(tǒng)的組成由于基坑平面較大,為保證土方開挖和結構施工期間的運輸通道暢通,基坑內(6)~(7)軸之間設置混凝土棧橋。棧橋結構同時作為支撐體系的一部分。棧橋面標高為-1.4m,寬度為8.2m,至基坑出入口處設置1:10出入坡道結構。施工段安排:棧橋施工分為南北2個作業(yè)段施工,在1/D軸設置施工縫,先北側施工段開始施工,根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)面可操作情況,保證流水搭接。在棧橋施工中油毛氈鋪設嚴格執(zhí)行,油毛氈鋪設原則如下:卷材間搭接不小于60cm采用U型卡固定,鋪設范圍必須超出墊層采用滿鋪,即棧橋、支撐中凡混凝土部分均在墊層上鋪設2層油毛氈。3.3擋土墻施工縫位置混凝土支撐施工分為東西兩個施工段,支撐與圍檁連接處在圍檁上流出后澆段(一跨加上兩側各1/3跨),施工縫位置為支撐支座間1/3跨處,并以標準磚在后澆段兩側砌筑240厚擋土墻,砌筑高度為1.5m。與棧橋連接處由棧橋留出1/3跨,并根據(jù)鋼筋留置長度在混凝土支撐留設段兩側砌筑擋土墻。3.4預應力施加工程(1)第一道支撐的架設采用刨槽設撐的方法,即由自然地坪(-0.80m)刨槽至第一道支撐的底標高-2.50m隨即放入支撐,將支撐接通至坑邊圍檁,施加預應力固定。(2)第二道支撐架設方法由自然地坪一次開挖到第二道支撐底(-7.00m),隨后放入支撐。支撐的架設順序,必須按基坑變形大的位置先施工的原則進行,最大限度減小基坑變形。(3)挖土、支撐嚴格按設計工況要求堅決做到先撐后挖。每根支撐兩端同時架設,兩端同時施加預應力,兩端同時牢固焊接幾個動作,在24h內同時完成。(4)鋼支撐預應力施加嚴格按設計要求進行,并做到分段加荷,持荷時間2min。支撐兩端共用4只油泵,8只千斤頂由專人統(tǒng)一指揮,同步協(xié)調,并用雙控即應力值與圍護墻向外位移值控制。(5)本工程支撐預應力分兩次施加到位。在達到設計預加應力值后,隨著挖土面的深入,根據(jù)基坑周邊的監(jiān)測數(shù)據(jù)和軸力計數(shù)據(jù),確定是否需復加應力,如監(jiān)測數(shù)據(jù)達到報警值,則需復加應力,使支撐應力始終在受控狀態(tài)下。第一道支撐的設計預應力為800kN,分兩次加載。除角撐外,支撐均為兩端同時施加預應力。第二道支撐為雙管,設計預應力為1000kN,分兩次加載,施加預應力時雙管同步進行。(6)由于本工程第二道鋼支撐距離長,為彌補可能由于支撐體系單方向過長造成的預應力損失,此次預應力施加端由傳統(tǒng)的在八字撐以內的不可調節(jié)型,改為八字撐以外的可調節(jié)型。4監(jiān)測內容和結果4.1基站防護配置4.1.1坑壓頂梁監(jiān)測點布設為及時監(jiān)控整個圍護體頂部的變形情況,在基坑壓頂梁布設19個監(jiān)測點,點號依次為W1~W19。監(jiān)測其垂直及水平位移,監(jiān)測點按均勻、對稱、預測位移較大、重要性等因素設置。4.1.2位移風險的監(jiān)測監(jiān)測圍護墻隨基坑開挖深度增加而使墻體產(chǎn)生水平位移的變化速率及最大位移值,及時預警,確保基坑穩(wěn)定及其周圍環(huán)境的安全。本次布置10個墻體測斜孔,深度與墻同長,測點編號為CX1~CX10。4.1.3基坑開挖期間或開挖后的止水狀況在基坑外布置9個地下水位監(jiān)測孔,孔深10m。測點編號為SW1~SW9,以對基坑開挖期間或開挖后圍護結構的止水狀況進行監(jiān)控,依此推斷圍護體有無滲漏、流砂等巖土工程病害,確保基坑及周邊環(huán)境的安全。4.1.4小及變化情況為掌握施工時支撐的受力性狀,在支撐上分別布設支撐軸力計測點,以監(jiān)測支撐應變變化情況,并據(jù)此推算受力大小及變化情況。本工程兩層支撐分別布置8個測點,編號分別為ZL1-1~ZL1-8、ZL2-1~ZL2-8。埋設方法:在鋼支撐施工時,將預先準備的鋼支撐軸力計安裝架焊接在支撐頂端,預應力施加前將軸力計安裝到位,引出測量導線,施加預應力后,軸力計界于鋼支撐和圍檁間,使用專用的讀數(shù)儀通過計算則可測得該支撐的軸力。4.2管線測點布設道路監(jiān)測點采用“T”型測繪釘打入法埋設。在遠離基坑50m外設置2個基準點,按國家二等水準測量規(guī)范引測其高程,并定期進行聯(lián)測,檢測基準點的穩(wěn)定情況,每次測試時,將沉降監(jiān)測點與基準點之間形成一條Ⅱ等閉合線路。各測點初始值均取3次測試的平均值。觀測結果采用計算機進行嚴密平差計算。根據(jù)目前收集到的管線圖,管線測點初步定為:雨水15個測點;污水5個測點;電纜5個測點。其監(jiān)測點布設原則為:取距離基坑最近的管線;取硬管線(如上水、煤氣等);取埋設管徑最大的管線;監(jiān)測點盡可能直接設置在管線出露點,如閥門、窨井上。鄰近建、構筑物的沉降變監(jiān)測點,根據(jù)其距基坑的距離、體形與結構形式、基礎形式等在建、構筑物的角點、中點及周邊按規(guī)范要求布置27個鄰房沉降監(jiān)測點,編號依次為F1~F27。4.3型鋼布置和抗?jié)B效果在精心施工下,圍護體變形在設計及相應規(guī)范要求內。整個圍護體型鋼布置均勻垂直,攪拌樁樁體水泥土均勻密實,圍護體抗?jié)B效果良好,無明顯滲漏點。鋼支撐縱橫向統(tǒng)長整齊,支撐點受力情況良好,基坑穩(wěn)定,基坑水平垂直位移等數(shù)據(jù)均在安全指標范圍內。4.4基坑開挖方案為確保深基坑施工中的安全、對周邊環(huán)境的影響減到最小,采用應急措施應對施工中的突發(fā)情況。(1)開挖后如出現(xiàn)墻體滲水或小孔流水情況,采用引流疏導等方法,以速凝水泥封填周邊區(qū)域,用引流管將水流排出;待水泥凝固后將引流管堵住。(2)開挖后如出現(xiàn)大孔流水情況,先用干海帶填充,再在外側以速凝水泥封填并埋設引流管;用引流管將水流排出;待水泥凝固后將引流管堵住。(3)如上述方案不能有效將滲漏處堵上,采用在型鋼上內焊鋼板,再在外側以速凝水泥封填并埋設引流管;用引流管將水流排出;待水泥凝固后將引流管堵住。(4)待流水止住后可根據(jù)實際情況在外側進行注漿施工,以充分保證基坑的安全。(5)在基坑開挖過程中派專人監(jiān)護,對各種情況進行及時反映及處理。(6)充分準備堵漏用的各種材料。主要材料:雙快速凝水泥、聚氨酯堵漏劑、預埋注漿咀、封孔用鋼板。(7)充分準備堵漏用的各種設備。主要有:手動注漿泵或電動齒輪泵、希里德鉆機、電焊機等。5smw工法的特點通過對東銀商務中心項目工程對于支護方案的比選后,最終選定SMW工法圍護、鋼-混凝土混合支撐體系作為確保大型深基坑安全穩(wěn)定的措施,以其適用性強、圍護成本相對低