上海世博配套工程500kV超深地下变电站逆作法施工技术.doc

关闭窗口文章名称：上海世博配套工程500kV超深地下变电站逆作法施工技术 2010.12.27上海世博配套工程500kV超深地下变电站逆作法施工技术 上海建工集团第二建筑有限公司返回1 工程概况1.1 工程简介上海500kV静安（世博）输变电站工程位于上海市静安区成都北路、北京西路、山海关路和大田路围成的区域之中，地处城市中心CBD地带，场址占地面积约4.5万平方米。工程采用钢筋混凝土筒形结构体系，全地下布置，共地下四层，地面部分是静安“雕塑公园”。工程基坑开挖直径130m，开挖深度34m，顶板落深场地自然地坪2m。工程采用逆作法进行施工，建成后将为改善上海中心城区电网结构，增强市区电网的受电能力，满足2010年上海世博会供电需要发挥重要作用。1.2 周边环境和土层特性（见表1） 表1 层序地层名称颜色平均层厚平均层底深度湿度状态密度人工填土杂1.721.72松散粉质粘土褐黄-灰黄1.513.17很湿-饱和可塑淤泥质粉质粘土灰7.0110.21饱和流塑淤泥质粘土灰6.9317.17饱和流塑1-1粘土灰4.2521.25很湿软塑=可塑1-2粉质粘土灰5.3826.37很湿软塑1粉质粘土暗绿3.9230.67湿可塑-硬塑1砂质粉土灰黄-草黄6.5337.20饱和稍密-中密2粉砂灰黄-草黄8.3245.52饱和中密-密实1粉质粘土灰14.7660.28很湿软塑2粉质粘土与粉砂互层灰13.0873.36很湿软塑3粉质粘土与粉砂互层灰3.9977.35很湿软塑1中砂灰9.582.26饱和中密-密实2粗砂灰23.80111.30饱和密实粘质粉土青灰未穿中密 1.3 水文地质情况潜水；本场地浅层地下水属潜水类型，补给来源主要为大气降水、地表径流，水位动态为气象型。承压水；本场地承压水分布于1、2和3、层中。本工程底板位于第1层承压水层中，因此，须针对底板抗渗以及底板与地下连续墙交界面位置防渗漏进行专项处理。1.4 基坑围护及结构概况（见图1、2、3）地下连续墙深：57.5m宽：1.2m垂直度：1/600抗拔桩深：82.3m直径：800m垂直度：1/300一柱一桩深：89.5m直径：950m垂直度：1/600地下四层筒体结构，开挖深度34米，结构板标高分别位于-2.000、-11.550、-16.550、-26.550、-31.300m标高采用逆作法施工。 图1图2图3表2 结构形式主梁次梁板顶层（-2.000m）140020004001000300地下一层（-11.550）100015004001000250地下二层（-16.550）100015003001000200地下三层（-26.550）120015003001150300底板（-31.300）2500 2 工程难点本工程混凝土结构圆柱形筒体直径为130米，开挖深度达34米，为目前国内最深逆作法施工项目，基坑面积达13000m2，无论从地墙的深度、宽度，超深钻孔灌注桩（桩侧注浆）、一柱一桩的控制、机械设备的选择、逆作法施工的组织等众多方面都是超常规的。而且，本工程又建在市中心位置，一有闪失，其经济、社会影响都是无法估量的。因此，要确保工程在安全、质量、进度等方面万无一失，整个逆作法施工过程，必须考虑周全，具有非常大的施工难度。2.1 周边环境复杂、变形控制要求高2.2 超深地下连续墙，设备特殊、施工难度大本工程地墙厚度1.2m，深度57.5m，因此，对地墙的成槽、槽壁稳定及垂直度控制（1/600）、超宽超长钢筋笼吊装、槽幅间的防水连接、成槽质量的控制要求高，对机械设备、施工工艺提出了极高的要求。2.3 逆作立柱桩施工、垂直度控制要求高本工程拟采用逆作法施工，立柱桩垂直度要求达到1/600。因本工程立柱桩超深，因此对立柱桩的定位、垂直度控制要求都非常高。 表3 桩型桩径（mm）桩长（m）桩端持力层抗拔承载力设计值（kN）抗压承载力设计值（kN）桩数（根）P395055.89-2粗砂3000950088P495055.89-2粗砂3000950040P595055.89-2粗砂3000950040 2.4 深基坑降水、特别是承压水处理难本工程遇二个承压含水层，即1、2和3、层，二层承压水中隔弱透水层，形成二个含水层互为影响，对承压水的处理带来新的课题。2.5 逆作法取土、挖土的专项设备特殊本工程基坑面积大，挖土深度34m，对挖土进度的控制、土方开挖流程及变形控制过程中承压水的处理、机械设备效率、挖土的组织都提出了极其严格的要求。2.6 地下结构的裂缝控制要求高本工程结构洞口多，承受水平荷载大、面积大，土体回弹、一柱一桩及地墙的不均匀沉降均会产生裂缝影响，施工中必须高度重视。2.7 特殊节点的处理本工程一柱一桩受力荷载大、基坑深，另有电力隧道穿入结构，梁、板与一柱一桩、地墙与隧道连接节点复杂。2.8 超深地下变电站结构防水施工要求高本工程为全地下变电站工程，地下结构防水为一级。属于特大型重要的地下构筑物，具有永久和不可恢复的特点。其结构防水要求特别高，难度特别大。2.9 超深逆作法施工作业环境安全措施复杂由于逆作法施工与顺作法施工的区别，本工程为超深超大地下逆作结构，逆作地下空间通风条件差，用电照明危险性大，废气产出量多且排气难，开挖及拆模交叉作业，安全危险大。且本工程有可能随时存在地下不明气体的侵害，必须采用专项通气、照明、开挖、拆模及应急措施，以确保施工人员的安全。2.10 超深逆作大体积混凝土施工技术复杂本工程大底板厚达2.5m，砼方量约33000m3，且位于地下34米深处，属于超深大体积混凝土施工，综合控制技术复杂。3 主要施工方案3.1 超深地下连续墙施工3.1.1 地下连续墙概况地下连续墙：宽：1.2m，深：57.5m，垂直度控制：1/600，沉渣控制：10cm，地下连续墙砼：C40P14槽段接头：工字钢接头。3.1.2 地下连续墙施工场布图本工程采用2套地下连续墙施工设备：铣槽机：2台成槽机：2台400T吊车：1台200T吊车：1台泥浆净化池：2个*1500m3钢筋笼平台：4个集土坑：1个3.1.3 地下连续墙施工泥浆配制膨润土泥浆进行护壁；DE250泥浆净化系统，终孔后清孔换浆。 表4 泥浆配合比 膨润土品名材料用量（kg）水膨润土Na2CO3CMC钙基土10009030.5表5 泥浆性能指标控制指标 性能阶段新制泥浆循环再生泥浆砼浇筑前槽内泥浆密度（g/m3）1.051.061.201.18漏斗粘度（s）192119251925含砂量（%）不要求不要求8PH值810912912 3.1.4 地下连续墙成槽1，上部抓斗成槽：对于上部在7层土前的土层，用CCH500-3D真砂抓斗成槽机直接抓取。抓斗的抓取效率也可以保证。第7层土（约30m）以上的土层：CCH500-3D真砂抓斗成槽机成槽。 表6 设备型号CCH500-3D最大开挖深度34m开挖尺寸1.22.7m最大起重量50t抓斗斗体重量14吨2，下部铣削成槽：进入到7层土层后，用液压铣槽机铣削，铣槽机机体长度比较长，机体重量对控制成槽的垂直精度非常有帮助，直至终孔。第7层土（约30m）以下的土层：BC40液压铣和MBC30液压铣。 表7 设备型号BC40型最大开挖深度65m履带尺寸长6m宽5m整机重量163吨发动机功率605铣头厚1.2m铣头宽度2.8m桅杆高度39m 3.1.5 钢筋笼制作一期钢筋笼分节：标高设置在-26.25m，上节笼长度：24.0 m，钢筋笼重44吨，下节笼长度：30.75m，钢筋笼重69吨，接头错开1250mm。钢筋笼横向吊点设置采用4点吊。钢筋笼纵向吊点设置五点，主机设计两点，副机设计三点。3.1.6 钢筋笼吊装钢筋笼分两段，组装后最大段接约为140吨。钢筋笼吊放采用双机纵向五点吊施工方法。主机：利勃海尔1400/2400吨起重机。 图4 3.1.7 泥浆净化设备DE250、GS500 表8 主要技术参数 设备型号DE250、GS500生产能力500m3/h尺寸大小20*20重量8t功率200kW表9 设备型号利勃海尔1400/2最大起重能力400 t主起重臂77 m上车/中央配重155 t/43 t输出功率300千瓦行走速度0-1.8 km/h总配重450 t表10 辅机：kH1000型200t履带式起重机 起重半径R（m）有效起重量Q（t）提升高度H（m）角度（度）8.793.437.1789.092.037.0771084.036.77761264.736.1773 3.1.8 钢筋笼连接 H型钢：焊接l 竖向钢筋：螺栓连接ll 水平钢筋：焊接3.1.9 混凝土浇筑本工程设计浇筑面标高为墙顶面标高，商品砼设计强度等级C35，抗渗P12，施工强度等级提高一级C40P14。施工中，在期槽钢筋笼的两端焊接工字钢作为墙段接头，钢筋笼及工字钢下设安装后，在工字钢与槽孔孔端之间下回填石子，用以防止混凝土浇筑时出现绕流进入工字钢槽内。“H”型钢底部防绕流措施：本工程将“H”型钢底端接长300mm500mm，以阻挡砼从槽底流向相邻槽幅，“H”顶部防砼向两侧溢出措施。1、把一期槽幅二侧“H型钢”以变截面形式接长至导墙面-1.0m处，这样就可以阻挡砼翻浆向两侧溢出。2、导墙面至-1.0m处范围采用可拆式挡板。3.1.10 地下连续墙施工工效分析实践证明，本工程采用的抓铣结合流水施工的成槽工艺是合理的，保证了地下连续墙的高垂直度要求，大大提高了施工工效。成槽时间：平均58小时/幅（流水施工）。垂直度：1/6501/1050。3.2 一柱一桩施工逆作法施工中的“一柱一桩”技术是整个逆作法一柱一桩施工需要解决的一系列问题：“一柱一桩”的垂直度问题；孔下“一柱一桩”的定位问题；一柱一桩不同标号砼的浇注技术。3.2.1 一柱一桩施工难点超长钢管砼一柱一桩施工（550钢管长36.5m）；高垂直度要求高（1/600）；落深自然地坪一柱一桩（落深3.5m）；不同标号的混凝土同时施工（C35和C60）；沉渣要求5cm；超深桩桩底注浆；单桩承载力达9500kN。3.2.2 一柱一桩的垂直度要求高（小于1/600）1、开发了一套精度达1/1000的传感器和电脑监控设备。2、研发了孔下调垂设备。在本工程中一柱一桩的桩顶落深3.5m，所以在一柱一桩的钢管上部加焊一个工具式调垂接长管以解决施工难题。本工程一柱一桩的垂直度要求为1/600，为确保达到这个要求，采用了我司与同济大学共同研制的垂直度检测设备来监测一柱一桩钢管吊装时的垂直度是否满足要求。3.2.3 不同标号砼浇注技术，制定了一柱一桩不同标号混凝土浇注的企业规程，规范了逆作支承桩的施工工艺流程3.3 桩侧注浆抗拔桩施工3.3.1 抗拔桩概况抗拔桩主要技术参数桩身直径：800抗拔桩数量：665根桩身长度：82.3米进入土层：9-1层垂直度要求：1/300沉渣厚度：5cm桩侧注浆：5道4面注浆压力1MPa注浆量2.5T3.3.2 成孔垂直度控制要求高（需达到1/300）1、加配重减压钻进2、GPS-20回旋钻机扭距大、钻机稳、功率大3、防斜梳齿钻头3.3.3 沉渣控制要求高（小于50cm）1、泵吸反循环二次清孔2、成孔过程中采用除砂器3.3.4 钢筋笼制作精度要求高（见图5）1、胎架上集中加工2、预拼接3.3.5孔壁稳定要求高（见表11）1、试桩工程的经验参数2、控制各土层中钻速、钻压要求、泥浆比重、粘度3.3.6 桩侧注浆的首次运用1、控制五段四点注浆器的预埋质量2、开塞泵压：在1.01.5MPa左右3、终止压力：用3倍开塞压力作为终压指标4、注浆量：每个面注浆量2T。5、打通注浆器：砼强度达70%后进行清水劈裂。 图5表11 3.4 基坑降水方案3.4.1 基坑降水抽水试验降水方案确定前，工程进行了群井抽水试验目的：1、确定-层中地下水静止水位分布情况；2、通过抽水试验了解第-层中地下水在抽水状态下相互是否存在水力联系；3、通过抽水试验确定第一承压含水层单井涌水量；4、根据抽水试验成果，为后期提出合理的基坑降水运行方案服务；5、分析与预测基坑周边相邻地面沉降的时空分布。3.4.2 基坑降水施工方案（见图6） 图6 3.5 逆作法施工方案3.5.1 施工分区及施工工况本工程地下四层，挖深34m，四层结构标高分别为-2.000m、-11.550m、-16.550m、-31.300m，由于局部的层高较高，故在-6.50m设置一道临时单环支撑，-21.55m和-29.45m设置两道临时双环支撑，并且在B2和B3层之间局部增加临时的柱间连系杆支撑，以增加逆作时地下结构的整体性。在进行各层施工时，划分为AG共7个区域，出土口共9处。本工程采用逆作法施工。根据工程实际情况，工程施工分为A、B、C、D、E、F、G七个施工区，出土口共9处。土方开挖及结构施工流水搭接进行，总体施工流程为A区F，G区B，C区D，E区。3.6 监测方案3.6.1 监测内容1、周边环境监测A、地下管线变形监测；B、建/构筑物沉降、裂缝监测；C、基坑外地表（浅层土体）变形监测；D、基坑外地下潜水水位监测；E、基坑外地下承压水水位监测；F、基坑外深层土体位移监测；G、基坑外土体分层沉降监测。2、围护结构监测A、地下连续墙墙体水平位移监测；B、地下连续墙墙顶变形监测；C、地下连续墙内、外侧水土压力监测；D、地下连续墙的竖向及环向钢筋应力监测；E、地下连续墙的竖向及环向混凝土应变监测；F、内衬墙的环向及竖向钢筋应力监测。3、支撑体系和立柱监测A、结构梁钢筋应力监测；B、环形支撑轴力监测；C、钢管立柱的应变内力监测；D、钢管立柱桩桩身应力监测；E、立柱桩隆沉监测。4、其他监测A、基坑开挖过程中的工程桩桩身隆沉监测；B、基坑开挖过程中工程桩桩身应力监测；C、基坑开挖过程中土体分层沉降监测。3.6.2 监测仪器3.6.3 监测点平面布置（见表12） 表12 钢管立柱及格构柱的垂直位移观测主要为控制超深逆作法施工过程中结构的差异沉降。深层土体位移监测孔布设位置均对应围护墙体测斜监测孔且形成剖面，可分析不同距离地墙位置的土体在水平方向上的运移情况。3.6.4 监测信息系统实时动态监控系统自动监控系统包括集自动监测数据的采集、分析、查询于一体的自动监测系统和实时传输远程监控工地现场的网络视频远程监控系统。当天的监测资料获得后及时向监测单位的服务器上传资料，通过网络即可浏览监测成果，监测成果包括具体监测数据及历时曲线。4 实施效果1，完成的80幅地墙垂直度均满足设计要求