基坑开挖及支撑施组Word格式.docx
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附图目录
附表
01
中山北路站地层特性表
附图ZS-
中山北路站平面布置图
02
中山北路站主体分块示意图
03
中山北路站工程地质剖面图
04
中山北路站土方开挖纵剖面图
上海轨道交通7号线4标段土建工程
—中山北路站基坑开挖及支撑专项施工方案
1.工程概况
上海市轨道交通7号线从市区的西北部穿越市中心城区至浦东的西南地区(龙阳路),途径宝山区、普陀区、静安区、徐汇区和浦东新区,线路全长约35km,共设29座车站。
本标段为4标,包括铜川路站以及中山北路站。
中山北路站位于明珠线高架南侧,东侧为拟建上粮一库地块,西侧为芙蓉花苑小区,西南角为规划中的大光复西排水泵站,南邻吴淞江,规划中的镇坪路桥部分桥坡位于车站上方,车站呈南北走向,为地下三层岛式车站,与已建成的明珠线镇坪路通道换乘,设4个出入口。
车站站台中心设计里程为SDK12+677,起始里程为SDK12+598.500,终止里程为SDK12+756.000,车站总长157.5m,车站中心处净宽17.75m。
车站总建筑面积约10725m2,基坑开挖深度:
标准段20.974m,端头井最深处22.036m。
车站东侧的1号和2号出入口与上粮一库地块会所相结合。
车站东北角的两个活塞风井与上粮一库地块相结合。
车站采用明挖顺筑法施工,基坑北侧端头井距地铁3号线较近,故基坑保护等级为一级,其余为二级。
车站主体结构采用地下连续墙加内衬,标准段采用一道钢筋混凝土支撑和5道钢支撑,端头井采用二道钢筋混凝土支撑+5(4)道钢支撑。
据地质资料显示,本工程位于苏州河以北沙层较厚的标志性区域,施工中必须采取相应措施以保证基坑开挖的安全。
车站总平面及场地布置图详见附图ZS-01所示。
1.1.车站分段
本工程按设计图纸布置的车站结构诱导缝及施工缝,将车站划分为北端头井、南端头井、标1~标4、出入口及风井等区块,其中车站主体的区块划分详见附图ZS-02所示。
1.2.围护结构
1.2.1.主体结构围护
中山北路车站的围护结构采用1m厚地下连续墙。
南端头井的地下连续墙深度为37.2m;
标准段地下连续墙深度为34m;
北端头井地下连续墙深度为37m。
中山北路车站主体结构围护形式汇总表
位置
埋深(m)
厚度(m)
数量(幅)
支撑道数
标准段
L=34
1.0
48
1*砼支撑+5*609
南端头井
L=37.2
12
2*砼支撑+4*609
北端头井
2道砼支撑+5*609
1.2.2.附属结构围护
中山北路车站的出入口及通道的围护结构形式主要为SMW桩围护,其中4号出入口围护体系一侧利用车站主体结构的地下连续墙。
1.3.基坑保护等级
车站拟采用明挖顺筑法施工,基坑北侧端头井距地铁3号线较近,故基坑保护等级为一级,其余为二级。
1.4.车站内部结构
具体结构形式如下:
(1)3-19轴为单柱双跨钢筋砼框架结构,顶板厚800,中板厚400,设备板厚450,底板厚1200;
(2)1-3轴为双柱三跨钢筋砼框架结构,顶板厚800,中板厚400,设备板厚450,底板厚1300;
(3)19-21轴为双柱三跨钢筋砼框架结构,顶板厚800,中板厚400,设备板厚450,底板厚1300;
其中16-21轴顶板抬高,底板下布设抗拔桩以满足结构抗浮要求。
1.5.附属结构
中山北路站附属结构主要包括四个出入口和三组风亭。
其中1号出入口位于镇坪路东侧,内设消防员专用通道。
2号出入口位于车站东南角,3号出入口位于车站西南角,4号出入口位于车站西北角,换乘通道宽8m,解决3号线与7号线的换乘客流。
1、2号出入口与待建小区相结合。
南北端头井分别为两组活塞风井,设置在车站西南角和东北角,中间风井为一组新风亭,一组排风亭。
2.地质条件与周围环境
2.1.工程地质
(1)工程地质
本工程范围内地形较为平坦,地面标高(吴淞高程)一般在2.91~4.33m之间。
拟建场地地貌形态单一,地貌类型属滨海平原。
中山北路站拟建场地在深度85.35m范围内的地基土均为第四系河口、滨海及浅海、沼泽相沉积层,主要由粘性土、粉性土以及砂土组成,按其沉积时代、成因类型及其物理力学性质的差异可划分为8层,其中第①、②、⑦、⑧层各可划分为2个亚层,第②3层又可划分为2个次亚层。
本工程拟建场地沿线地基土分布有以下特点:
1浅部约12m以上分布有②3层粉性土和砂土,根据土性差异可分为②3-1、②3-2两个次亚层。
在部分区域缺失第②3-2层。
2第③层淤泥质粉质粘土在本区段缺失。
3第④层淤泥质粘土、第⑤1层粉质粘土分布较稳定。
4下部第⑥、⑦层(⑦1-2、⑦2层)正常分布,第⑥层层顶埋深一般在25.4~26.8m,第⑦1-2层顶埋深一般在29.1~30.5m。
5第⑧1层顶面埋深为40.9~43.8m;
第⑧2-1层顶面埋深为50m左右;
第⑧2-2层顶面埋深为55.7~58.2m左右。
6第⑨层顶面埋深为60.0~61.0m。
各土层的土性描述与特征详见附表01《中山北路站地层特性表》及附图ZS-03《中山北路站工程地质剖面图》。
(2)水文地质
拟建场地地下水主要有浅部土层中的潜水和深部粉性土层中的承压水。
据区域资料,深部承压水位,一般均低于潜水位,浅部土层中的潜水位埋深,离地表面0.3~1.5m,年平均地下水位离地表面0.5~0.7m,低水位埋深为1.50m;
第⑦层承压水位埋深为3~11m。
潜水位和承压水位随季节、气候等因素而有所变化。
(3)工程地质评价
中山北路车站位于吴淞江北岸,该地区沙层较厚。
其中在车站基坑开挖范围内分布有②3-1层砂质粉土和②3-2层粉砂,在水头差的作用下易产生流沙或管涌现象。
在基坑开挖前需采取相应的井点降水及系列措施,将地下水降至坑底下一定深度。
本车站所在场区第⑦1-2层为承压水层,其水头埋深为3~11m,施工时必须对基坑底板抗承压水稳定性进行仔细验算,以采取有效的承压水降水措施。
拟建场地浅部地下水和地基土对混凝土无腐蚀性,对钢结构有弱腐蚀性。
据已完成勘察资料,拟建场地未发现有暗浜分布,但局部填土较厚,缺失第②1层褐黄色粉质粘土,填土最大深度约4.5m。
2.2.周围建、构筑物
中山北路车站建设过程中,存在以下建构筑物分布在基坑的四周:
运营地铁3号线。
北侧端头井离3号线高架区间桥面最近处约12m,距3号线高架区间15号墩约13.5m;
车站位于明珠线安全保护区范围内,施工前必须办理有关轨道交通安全保护区审批手续。
拟建上粮一库地块建筑,芙蓉花苑居民楼和车站相距较近。
2.3.周边交通现状
中山北路站位于3号线镇坪路站区间以南,规划光复西路以北的规划镇坪路下,东侧为拟建上粮一库地块,西侧为芙蓉花苑小区,西南为规划中的大光复西排水泵站,南邻苏州河。
施工范围内无交通道路,在南侧紧邻光复西路,车流量不大。
光复西路路宽度8m,机动车双向通行,为机非混合道。
2.4.周边重要管线
根据我部目前所掌握的管线搬迁方案中的勘查资料,本工程施工过程中,管线分布情况如下表所示:
中山北路站原状地下管线分布表
管线种类
管径(mm)/规格
材质
处置方法
污水
φ150
0.4
砼
基坑西侧,穿越南端头井
废弃
上水
φ100
0.8
铁
基坑西侧,穿越南端头井
φ200
北端头井外侧,东西走向
φ500
电话
6孔
2.2
煤气
φ300
雨水
1.3
0.9
北端头井外侧,南北向
电力
3根
0.7
1根
3.工程主要难点与针对性措施
3.1.对地铁3号线的保护
车站北侧端头井离3号线高架区间桥面最近处约12m,距3号线高架区间15号墩约13.5m,3号线高架区间桩基为Φ800钻孔桩,桩长37m,桩底标高-36.25m,本车站施工期间必须对临近的运营地铁3号线采取切实可行的保护措施。
因连接铜川路站的盾构区间施工亦有幸成为我公司承接项目,我们拟利用该配合优势,借助盾构进出洞坑外土体加固及加强监测等措施对3号线进行保护。
主要技术措施:
(1)坑外土体加固措施
结合盾构进出洞口土体加固,拟在北端头井外侧进行强加固以加强对地铁3号线的保护,该加固分2阶段实施:
1第一阶段:
连续墙施工前,在北端头井与3号线间先施做搅拌桩作为隔离桩,隔离桩的深度范围为自地面至北端头井坑底3m,隔离桩平面范围为北端头井地下墙外侧3~6m范围,为有效减弱施工对3号线的影响。
加固范围再向东西两侧各延伸6m(如下图所示),此阶段加固措施主要控制地下墙成槽过程中可能引发的浅层土体坍孔造成的土体位移对3号线的影响。
2第二阶段:
连续墙施工完成后,在隔离桩与主体围护结构间实施第二次旋喷桩加固,至此,北端头井外侧土体形成一整体,可有效防止基坑开挖过程的土体位移对3号线的影响。
(2)监测措施
在地下墙施工、基坑开挖、结构制作过程中,拟对3号线的结构变形通过布设直接监测控制点等加强监测,并将监测数据及时反馈指导施工。
(3)施工组织措施
在北端头井施工全过程中,我们将加强施工组织管理,严格工序控制,集中力量优质、快速完成北端头井施工,从时空效应上进一步减小对运营地铁3号线的影响。
另外,我们还将积极和3号线运营管理单位联系,使其随时能掌握工程施工的动态,并加强沟通,取得其对我们在3号线附近施工的谅解。
3.2.苏州河以北粉砂土中的施工
根据招标文件提供的地质资料以及我公司多年从事深基坑施工的经验,位于吴淞江北岸的中山北路站拟建场区内粉砂性土层较厚。
其中在车站基坑开挖范围内分布有②3-1层砂质粉土和②3-2层粉砂,在水头差的作用下易产生流沙或管涌现象。
因此,地下墙的施工中采取了相应的技术措施以确保安全。
同时由于在基坑范围浅层为粉砂层,如果在基坑开挖过程中处理不当,极易造成纵向滑坡的工程事故。
针对这一土层的特性,我们在基坑开挖前严格降水施工管理,提前预降水20天后才允许对基坑进行开挖。
1-2层承压水层的处理
(1).基坑底板稳定性验算
本车站地下墙的深度为34~37.2m,未全部隔断下部
1-2层承压水层,已知第
1-2层层顶埋深在29.69m(根据地质资料显示的最浅处),第
1-2层承压水头埋深一般在地表下3.0~11.0m之间,根据现场观测显示,水位埋深为6.8m。
基坑底板的稳定条件:
基坑底板至承压含水层顶板间的土压力应大于承压水的顶托力。
即:
H·
γs≥Fs·
γw·
h
式中:
H—基坑底至承压含水层顶板间距离(m);
γs—基坑底至承压含水层顶板间的土的重度(kN/m3);
h—承压水头高度至承压含水层顶板的距离(m);
γw—水的重度(kN/m3),取10kN/m3;
Fs—安全系数,一般为1.0~1.2,取1.1;
根据不同的基坑开挖深度分别计算基坑底的稳定性:
Fs·
h=(29.69-6.8)×
10×
1.1=251.79kPa
1)1~3轴北端头井:
γs=(29.69-21.521)*18.0=147.04kPa
γs-Fs·
h=147.04-251.79=-104.75kPa
2)19~21轴南端头井:
H·
γs=(29.69-22.036)*18.0=137.77kPa
h=137.77-251.79=-114.02kPa
3)3~19轴标准段:
γs=(29.69-20.974)*18.0=156.89kPa
h=156.89-251.79=-94.9kPa
6.2.3.基坑稳定性分析
保证基坑稳定的上覆土厚度H’=Fs·
h/γs=1.1*10*(29.69-6.8)/18=14m
即基坑开挖深度不超过29.69m-14m=15.69m时可不考虑对第
1-2层承压水层进行水头降压。
根据上述计算结果分析:
现场承压水水头埋深在6.8m,基坑开挖超过15.69m时,下部承压水的顶托力大于基坑底至承压含水层顶板间的土压力,即基坑会发生突涌现象,基坑底板不安全。
(2)
1-2层承压水层须降水头计算汇总表
结合基坑开挖深度及承压含水层顶板埋深,按土压力与承压水顶托力平衡原理,满足基坑抗突涌安全性前提下,临界水头埋深的计算结果见下表:
工程部位
⑦1-2层顶埋深标高(m)
基坑开挖深度(m)
临界水位埋深(K=1.1)
备注
1~3轴(北端头井)
-26.19
21.527
16.3
地面标高:
+3.5m
19~21轴(南端头井)
22.042
16.8
+3.7m
3~19轴(标准段)
20.984
15.1
注:
承压含水层顶板间的土的重度取平均值18KN/m3,当承压水头实测水位标高比临界水位标高高时,需开泵按需抽水减压。
4.主要技术措施
4.1.地下墙施工和支撑调整
通过对施工相关文件、图纸的认真学习,领会工程的特点和难点,并根据施工实际情况,作相应调整。
(1)地下墙分幅:
由于地下墙施工工艺的需要,对局部地下墙的分幅进行合理调整;
(2)支撑的调整:
相对于地下墙分幅作相应调整,仔细研究盾构钢洞圈部位支撑是否与洞圈相冲突,同时支撑尽量避开暗柱、壁柱位置;
4.2.按需降水措施
基坑开挖过程中,我们将根据降水试验中所测定的第7层承压水层水头高度,通过计算以在降水运行过程中随开挖深度加大逐步降低承压水头,避免过早抽水减压。
留出不在抽水运行的井(以基坑中心部位最具代表性)作为观测孔,在不同开挖深度的工况阶段,合理控制承压水头,在满足基坑稳定性要求前提下,防止承压水头过大降低,这将使降水对周边环境的影响减少到最低限度。
有关按需降水具体措施详见降水施工组织设计。
4.3.控制纵坡稳定的技术措施
本工程基坑开挖深度大,其明挖部分放坡距离较长,因此在开挖过程中保证纵向土坡稳定是至关重要的,一旦土坡坍塌,就可能冲断横向支撑并导致基坑挡墙失稳,酿成灾害性事故。
尤其是雨季施工,更会因排水不畅、坡脚扰动造成纵坡滑坡事故。
因此我们采取以下防治措施:
(1)施工过程中,严格按照设计开挖坡度进行施工,如此能够满足安全要求,详见附图ZS-04所示。
(2)基坑内的②3砂质粉土及粉砂中含水量极为丰富,容易在水头压力作用下流动,造成边坡失稳,因此在开挖前和开挖过程中均采用具有针对性的降水措施,保证在该土层中降水效果。
(3)暴雨来临之前所有边坡应铺设塑料膜防止暴雨冲刷,同时在坡脚设置大功率水泵抽水,防止坡脚浸水。
(4)如果遇到特殊情况,需要基坑停工较长时间,应在平台、基坑边和坡脚设置排水明沟和积水坑,并派专人抽水值班。
(5)在进度允许的条件下尽量采用少开工作面。
(6)坡顶严禁堆物,坡顶不允许设便道。
(7)坑内注浆孔必须用水泥浆填满,不得留空洞使得地下水渗入。
4.4.保证支撑体系稳定的措施
Ø
609支撑系统稳定性关键取决于下列因素:
(1)支撑活络端头稳定性;
(2)支撑楔块稳定性;
本站采取措施分别对上述因素实施控制:
(1)由于钢支撑构造问题,其活络端头伸出过长很容易发生偏斜,导致进一步变形直至失稳。
因此特别规定:
1)活络端头伸出长度宜小于150mm。
2)如果活络端头伸出长度大于150mm,小于300mm必须在端头两侧焊接30a槽钢加固杆(预应力施加完毕后焊接).
3)活络端头伸出长度不得大于300mm,如果发现大于300mm,应重新架设并在支撑中间加短中间管(200mm长)。
4)必须保证支撑和围护结构接触面与支撑轴线垂直。
(2)由于目前钢支撑采用钢楔锁定机构,实际上存在楔块屈服的可能性,在楔块插入长度过小的情况下完全可能出现楔块屈服的情况;
另一种情况是楔块加工精度低,受压面局部屈服。
这一现象长期以来并未得到重视,实际上一些基坑变形过大与此有密切关系。
我们在本车站施工中消除这一风险,措施如下:
1)所有楔块接触面均采用自动割刀切割后刨床刨平,保证接触面精度。
2)楔块插入长度最小不得少于250mm,否则应调换楔块尺寸。
3)按要求复加预应力,如果发现楔块插入长度发生大的变化,则应调换全部楔块,确保失稳楔块得到替换。
(3)避免支撑超载:
一般上下基坑的施工楼梯是架在支撑上的,为防止对支撑造成超载,我们专门设计了悬挂式楼梯笼与地下墙直接连接,消除了这一隐患。
4.5.按“时空效应”原理组织基坑施工
实践证明,“时空效应”原理是控制基坑变形最有效、最经济手段,中山北路站将严格遵照“二十二条”要求组织施工,用施工管理的“软措施”,控制基坑位移的“硬指标”,具体从下列方面着手:
(1)基坑开挖分段、分层、分单元实施,基坑分段以设计分段为准,每段开挖完成后立即浇筑素砼垫层和底板;
分层开挖以设计支撑位置顶部为层高;
标准段开挖以6米宽为1单元。
每一单元应在8小时内开挖完成,此后6小时内施加完支撑预应力。
(2)预留土堤护壁:
按“二十二条”要求,在有保护对象的一侧基坑应预留土堤护壁。
两侧留土情况下每单元开挖过程示意图见下图所示。
(3)基坑开挖的设备保证:
本车站基坑开挖分段、分层、分单元实施,因此对设备配置要求较高,如果采用常规的履带吊直接抓土由于支撑下势必形成土墙,必须人工修平再抽槽开挖,时间延误很多,而采用小型挖掘机挖掘可以直接抽槽开挖,对“时空效应”十分有利。
因此采用小型液压挖掘机在基坑内挖掘、水平驳送,KH-180履带吊在基坑中部取土,垂直运输。
(4)支撑安装和施加预应力:
以6m为单元开挖后,对应的2根支撑应立即安装,并同时施加预应力,自开始开挖起至支撑安装完毕的时间应控制在12小时内,一般作业安排夜间8点开始挖土,至次日凌晨4点挖土结束,8点前应施加预应力完毕。
各道支撑的设计轴力和预应力值要求表
1)标准段
1~3轴
19~21轴
3~17轴
17~19轴
设计轴力
预加轴力
第一道钢筋砼支撑
1850
1800
2650
2400
第二道支撑
2000
1400
1750
875
1450
725
1160
580
第三道支撑
1500
1050
1550
1065
1085
第四道钢筋砼支撑
4500
5900
1365
955
1600
1120
第五道支撑
2150
1505
3700
2500
3270
2290
3000
2100
第六道支撑
2900
2030
1635
1145
1250
第七道支撑
1200
840
(5)支撑复加预应力:
按“二十二条”要求在下列情况下复加预应力:
1)在第一次加预应力后12小时内观测预应力损失及墙体水平位移,并复加预应力至设计值。
2)当昼夜温差过大导致支撑预应力损失时,应立即在当天低温时段复加预应力至设计值。
3)墙体水平位移速率超过警戒值时,可适量增加支撑轴力以控制变形,但复加后的支撑轴力和挡墙弯矩必须满足设计安全度要求。
4)当采用被动区注浆控制挡墙位移时,应在注浆后1~2h内在注浆范围复加预应力。
(6)对侧墙施工前可拆卸的钢支撑采用装配式斜撑支座,大大缩短斜撑安装时间。
5.基坑开挖及支撑主要施工方案
5.1.施工测量方案
5.1.1.原始平面控制点和高程依据
(1)平面控制类
根据上海测绘院提供的原始资料为M707、M708A、M709。
(2)水准点高程控制点
根据上海测绘院三分院提供的原始资料为S721、S722。
5.1.2.原始平面控制点和高程控制点复测
(1)对于上海测绘院三分院提供的三个平面控制点,在工程正式开工前进行全面复核。
复测方法为以M708A为基点,采用电子全站仪进行测角并复测该点至另外两点直线距离,对复测的结果进行平差处理。
如有超出规范要求应及时把信息反馈有关部门进行重新测定。
经复测数据无误后,送报监理复测,确认签字。
(2)高程控制点根据已知的S721、S722两点采用精密水准仪进行往返连接复测。
对复测的成果进行平差处理,经复测平差数据无误后送报监理复测确认签字。
业主提供的平面控制点和高程控制点按合同二个月一次进行复测,数据复测无误后报监理复测确认。
(3)地面平面控制点的加密布置
1)在获得了正确的首级平面控制点后,在车站两端远离施工范围内的制高点布置二个平面控制点,两点间距约120米,需2~4个测回测角正倒镜测距取平均值,平差计算后结果再交监理复核,经复测数据无误后,才能供工程施工放样。
2)地面高程控制点加密布置
为便于施工,在车站两端远离施工范围内布置两个车站高程控制点,两个控制点与交接的水准点采用往返观测,并对观测的数据进行平差处理,最终计算出两个高程,控制点高程计算成果交监理复核合格后方可进行下道工序施工。
5.1.3.地面临时水准点测设
由于基坑开挖较深,采用钢尺进行高程传递。
在待测基坑边假设一吊杆,从杆顶向下挂一根钢尺(钢尺0点在上),在钢尺下端吊一重锤,重锤的重量应与鉴定钢尺时所用的拉力
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- 基坑 开挖 支撑