地下连续墙及逆作法在深基坑支护中的应用.docx

地下连续墙及逆作法在深基坑支护中的应用李清明 1，王贤能 2，李荣强 3(1.中国地质大学(武汉)，湖北 武汉 430074；2.深圳市工勘岩土工程有限公司，广东 深圳 518026；3.深圳市建设局，广东 深圳 518031)摘要赛格广场大厦位于深圳市繁华的华强北商业街，是一座地上 72 层，地下 4 层的超高层建筑物。通过采用地下连续墙和逆作法施工，为城市建筑物密集区的超高层建筑深基坑支护及施工提供了经验。关键词深基坑支护；地下连续墙；逆作法施工；赛格广场中图分类号TU753.8文献标识码A文章编号1002-8498(2005)S0-0038-03Application of Diaphragm Wall and Inverse Construction Method to theDeep Foundation Pit Support of Saige PlazaLI Qing-ming 1，WANG Xian-neng2，LI RONG-qiang3(1. China University of Geosciences(Wuhan)，Wuhan,Hubei 430074， China；2. Shenzhen Gongkan Geotechnical Engineering Co., Ltd.，Shenzhen, Guangdong 518026，China；3. Shenzhen Construction Bureau，Shenzhen ,Guangdong 518031，China)Abstract：Saige Plaza is a high-rise building with 72 floors and 4 floors basement，which is located in Huaqing Northcommercial street. The problems of short schedule and the effect of plaza construction on environment have been solved by the application of diaphragm wall and inverse construction method，which has provided successful experience of the deep foundation pit support and construction of high-rise building in downtown district.Key words：deep foundation pit support; diaphragm wall; inverse construction method; saige plaza赛格广场大厦分主塔楼和裙楼两部分。主塔楼地上 72 层，高 358m，总建筑面积 163470m2，平面呈八 边形，结构采用芯筒外框体系；裙楼地上 10 层，设在 主塔楼的西、南两侧，采用框架结构；楼梯间及电梯 井壁采用钢筋混凝土剪力墙。在主塔楼和裙楼设地下 室 4 层，设计基坑深 17.5m(内筒部位开挖深为 24.5m)。1 场地岩土工程条件1.1场地各地层的工程性质及分布情况 场地原地貌属风化残丘坡地，地势北高南低，后经人工改造，现地势较为平坦。场地地层主要为第四系坡积、残积粘性土层，上覆一定厚度的人工填土， 下伏燕山期的粗(细)粒花岗岩，具体地层如下： 人 工填土 褐黄、褐红色，主要由粉质粘土组成,上部0.20.4m 一般为路(地)面混凝土、砂石垫层，稍湿， 结构稍密,在场地内广泛分布，厚 0.303.10m； 坡积粘土 褐红、铁红、黄白色相杂，网纹状结构，含23m 的石英砾 15%30%，湿，硬塑坚硬状态， 厚 1.0012.90m； 残积砾质粘土 褐黄、棕红色，由粗粒花岗岩风化残积而成，含石英砾 20%40%，湿，可塑硬塑状态，厚 9.6025.30m，埋深 1.5014.20m，不规则夹有二长岩、煌斑岩等不含石英的岩 脉风化的纯粘性土细脉，具有高含水(含水量 40%50%)，高孔隙比(1.001.55)，可塑软塑状态(液性 指数 0.500.98)；残积粉质粘土 褐黄色，由细粒花岗岩风化残积而成，湿，可塑硬塑状态，主要分布在场地南部，厚 2.106.60m； 全风化粗(细)粒 花岗岩褐黄、铁红色，岩石中矿物除石英外，其它已 全部风化成粘性土，保留原岩结构，岩芯呈土状。厚0.87.80m，层顶板埋深 17.8029.70m； 强风化 粗(细)粒花岗岩 褐红、褐黄色。岩石中斜长石、云 母已风化成粘性土，钾长石呈颗粒状，保留原晶形， 手捏成砂砾状。原岩结构清晰，风化裂隙极发育，岩 芯呈砂土状或碎块状，岩块手可折断，厚 1.50 12.20m，层顶埋深 20.5035.80m； 中风化粗(细) 粒花岗岩 浅黄、浅肉红色。岩石中长石稍有风化， 裂隙发育，裂隙面被铁锰质浸染。岩芯较破碎，呈短2005 增刊李清明等：地下连续墙及逆作法在深基坑支护中的应用39柱状或碎块状，岩块用手折不断，锤击难碎，厚 0.3016.40m，层顶埋深 25.5043.70m； 微风化粗(细)粒花岗岩 肉红色，岩石中矿物未风化，仅节理面有 浅铁锈色，岩芯完整，呈长柱状。岩石坚硬，断口新鲜，顶板埋深 29.3053.00m，揭露厚度 0.2019.70m； 微风化石英岩脉 浅灰色。构造节理十分发育，岩 石破碎多呈碎块状，在场地内呈脉状分布，厚 4.80m。1.2场地地下水条件 场地内坡积粘土、残积(砾质)粉质粘土和全风化粗(细)粒花岗岩为相对隔水层，强、中风化粗(细)粒花岗岩为场地内主要含水层，地下水属基岩裂隙微承 压水类型，其来源主要为大气降水渗入和来自西北向 的侧向补给。地下水位埋深 0.602.75m，稳定地下水 位标高 8.459.70m。根据群孔抽水试验，强(中)风化 粗(细)粒花岗岩的渗透系数 K 为 0.070.39m/d，平均0.22m/d，影响半径 26166m，平均 85m。1.3场地内断裂构造 根据钻探揭露，在拟建场地主塔楼的西南部发育一条走向北西，倾向南西，倾角约 70左右的张扭性断裂，其特征为断裂两侧基岩顶板起伏变化大，岩石 破碎。构造岩以碎裂岩为主，沿断裂面可见 0.70 1.70m 的半胶结断层角砾岩，角砾成分为花岗岩，胶结物为泥质或硅质。该断裂基本控制了后期侵入的细 粒花岗岩的产状，沿断裂带分布有石英岩脉或硅质岩脉，并在微风化粗粒花岗岩和细粒花岗岩的接触带中发育较多 310mm 的小孔洞，部分孔洞内生长有 13mm 的石英晶体。经分析，该断裂为区域上非活动性 的北西向断裂组上步断裂的次一级断裂。另外综合考虑深基坑开挖、基坑降水和人工挖孔 桩施工降水对周围建筑物的影响以及拟建场地位于繁华的闹市区，施工场地特别紧张而影响施工进度等问题，决定采用全逆作法施工，来解决上述一系列问题， 同时亦可缩短工期，节约投资。2 地下连续墙设计2.1地下连续墙嵌固深度确定 本工程地下连续墙按其内边线与地下室周边轴线重合布置，周长 340m，替代地下室外墙。地下连续墙既是围护结构，同时兼做承重墙，在设计中验算了地 下连续墙结构的整体稳定性、承载力等多种安全度，也考虑了地下水的渗透以及对环境的影响，最后取定地下连续墙的有效深度按25.0m(墙顶标高为设计0.00 以下 1.6m)，并入强风化岩内 1.0m 进行双控。2.2 导墙设计及槽段划分本工程采用“”现浇 RC 导墙，导墙厚 200mm， 深 1500mm。槽段的长度根据成槽机械设备的成槽能力、混凝土的供应能力、槽壁的稳定性等综合确定，且满足结 构要求梁板放在槽段上。共划分为 68 个槽段，标准长6m。对于邻近电子配套市场的一侧，相应缩短槽段的长度，增加导墙的厚度及深度。 为保证地下墙的整体性和足够强度，槽段之间的接头位置必须避开地下室的拐角部位及内部结构的联结处。2.3地下连续墙结构设计 地下连续墙的结构设计采用同济大学开发的三维有限元计算软件，对施工阶段及使用阶段进行了仿真计算，模拟逆作法施工的各个工况，共计算了 14 种工 况。计得地下墙弯矩 Mmax=900kNm ，支撑轴力 Nmax=600kN，水平位移 Smax=8mm。地下墙厚度取定为 800mm，混凝土强度等级为C30，抗渗标号 S8，主筋按弯矩包络图配置，最大配 筋28250。地下墙墙顶设置 RC 冠梁，以加强其整 体性；地下墙采用柔性接头，为改善地下室的使用和受力条件，设 200mm 厚 RC 内衬。2.4支撑系统设计 地下室结构的梁板结构为地下室逆作法施工的可靠支撑体系，其内力计算考虑其与地下墙的空间协同作 用进行计算，根据地下墙计算内力校核，主体结构设计单位取定的地下室梁板结构尺寸满足要求。梁的尺寸一 般为 600mm 1000mm 800mm 1200mm ，板厚400600mm。施工过程中，可先做些临时水平支撑。2.5中间支撑柱及预埋件 本工程所有柱子均为钢管混凝土柱，柱最大轴力N=90000kN，对应的钢管断面为1600 mm28mm。基础为一柱一桩布置的挖孔桩。 经计算复核，本工程不专门另设中间支承柱，逆作法的中间支承柱采用工程柱。地下室结构的梁板体系与地下连续墙的连接采用预埋钢筋、预埋钢板连续。2.6冠梁设计 本工程地下墙设冠梁，将各槽段地下墙顶部连成整体，以在基坑土方开挖时，协调各单元的受力与变 形。地下墙顶部冠梁高 1000mm宽 1000mm，混凝土强度等级 C30。冠梁兼作地下室外墙一部分，因此地下墙冠梁内设预埋件，并预留各种穿墙管的位置。3 地下室“全逆作法”施工3.1 “全逆作法”施工工序概念设计地下室采用“全逆作法”施工，按以下工序进行： 地下连续墙施工人工挖孔桩施工安装中间支承柱(结构钢管混凝土柱)进行正/逆作法分界层楼板(0.00 层)的施工地下、地上结构同步施工。3.2 地下连续墙施工工序施 工技 术2005 增刊40地下连续墙的施工顺序如下：测量放线导墙、道路修筑成槽施工清孔、吊放接头管钢筋笼制作 安装混凝土水下浇筑转入下一单元槽段。3.3地下连续墙施工3.3.1 成槽施工 地下墙垂直度设计偏差1/200，采用索式抓斗、导杆抓斗进行成槽施工，抓斗抓至设计标高后，用冲击配合方锤修槽。 地下室为承重墙，槽段形成后，在钢筋笼入槽前清槽，控制沉渣厚度2cm；然后吊装接头管，待混凝 土初凝后，顶升拨出接头管。3.3.2 钢筋笼制作与安装在场地内设 4 个 25m6m 的钢筋制作平台，钢筋 笼的制安过程中，严格按设计图纸设置预埋钢筋，确 保预埋件的水平、垂直位置准确。预埋件焊接在钢筋笼上，外盖泡沫塑料板。用 1 台 136t 的主吊机结合 1 台 20t 的吊机，采用 两侧铁扁担的起吊方法起吊钢筋笼。对于高大的钢筋 笼分段起吊，竖向拼接，然后整体入槽。竖向拼接的 位置设在墙体弯矩较小处，竖向钢筋的连接用焊接。3.3.3 混凝土水下浇筑 成槽清槽检查合格后，吊装接头管和钢筋笼后，即可浇筑混凝土。采用商品混凝土，开导管法水下浇地下部分继续吊装钢管柱段，将钢管柱向上对接延伸，然后安装地上一层的梁和组合楼盖，浇筑混凝 土，逐层向上施工，一般 3 层 1 根钢管柱段；地下部 分首先挖土方和土方外运，挖完地下一层后，安装地 下一层的梁和组合楼盖，浇筑混凝土。地上、地下结 构施工同步进行，直至结构竣工。地下室土方开挖后，将地下墙清洗、凿毛、整平， 扳出预埋钢筋，对漏水处进行防水处理后，绑扎钢筋， 正作施工 RC 内衬墙。3.3.6 土方开挖土方开挖是逆作法的一个难点，应尽可能地提高 土方挖运的机械化作业程度。对于本工程土方开挖基本上属于暗挖作业，土方开挖的顺利与否，对地下室的“逆作法”成功与否起决定作用。 本工程结构柱网一般为 12m12m，层高 3.6m，对于土方开挖机械的工程回转半径及工作高度空间的要求是有利的。本工程选用 0.81.2m3 的中小型挖掘 机械。土方开挖按地下室各楼层暗挖作业，直至底板 标高，实现了全机械化施工，机械挖掘、机械转运、 机械提升，大大提高了土方施工的效率。地下室1 层施工时，在轴之间预留宽约6m 的坡道，作为土方挖运及材料进出的通道；-2、-3、-4 层施工即预留出土口，垂直运输土方。土方挖运与 地下室结构分段交叉流水施工。3.3.7 通风技术为确保施工人员安全，改善施工环境，在地面布 置了通风系统，从地面采风，由鼓风机送风至工作面，形成空气回流。4 建筑物沉降观测在赛格广场大厦施工期间，从 1997 年 7 月 22 日起至2000 年5 月 23 日止，对赛格广场大厦主体(设沉降观测点26 个)和周边建筑物(设沉降观测点 28 个)进行了 18 次沉 降观测，观测结果表明：在赛格广场大厦施工期间，周边建筑物中北侧的宝华大厦始终较为稳定，沉降不大，最大沉降出现在第 10 次观测时 B3 点号，累计下沉 6.24mm， 随