上海虹桥机场西交通广场超大深基坑降水设计

上海虹桥机场西交通广场超大深基坑降水设计

1地下空间分布西交通广场工程是上海综合交通中心工程的一个地下交通单元。基底开挖面积约163000米。平面形状复杂，深孔相互埋。按其主体结构功能可分为3级开挖,第1级基坑为地下社会停车库(含露天下沉式广场),开挖深度约为10.0m,第2级基坑为长途客运枢纽站及站前下沉式广场,其下有地铁2号线、10号线、青浦线及高速铁路通过,开挖深度约为20.0m,第3级基坑为地铁2号线、10号线、青浦线及高速铁路的下穿风道,开挖深度约为29.0m。由于整个西交通广场基坑面积较大,平面布置较为复杂,施工中分为10个相对独立基坑。根据地质勘探报告,本工程场地100.20m深度范围内的地基土属第四纪中更新世Q2至全新世04沉积物,主要由饱和黏性土,粉性土和砂土组成。承压水方面在第⑦层承压水水位埋深为6.43m～8.28m。2基坑排水控制本工程为2010上海世博会配套项目,工程工期紧,地下结构一次开挖面积大,自由排水长度长,排水出口仅三个,且挖土施工及基础结构施工时又适逢台风暴雨期,对场内排水要求较高,因此如何保证施工期间场地不积水,特别是在汛期、台风及雨季做好基坑排水工作是必须解决的首要问题。本工程自二级基坑开挖开始,已出现第⑦层承压水作用。因此,合理设置减压井,控制好承压水头高度,确保基坑不发生突涌是挖土工程的一大难点。为确保整个基坑在施工全过程中的安全并保证施工进度,必须有合理的基坑排水方法。3设计基础设施和边坡防护的选择3.1西交广场上跨轨道交通框架结构设计由于西交通广场基坑的平面范围涵盖了地铁基坑,基于深浅基坑嵌套,围护和土方开挖遂采用了先浅后深工艺。首先二级放坡施工10m深基坑,然后在此基础上进行地铁基坑的围护和土方开挖,这样可以大大降低29m深地铁基坑的围护措施成本,而且使地铁基坑的施工更加便利。因为西交广场不仅面积大,而且开挖深度深,车库结构考虑到通风、节能及车库使用需求,采用了下沉式框架结构体系。但由于周边环境比较宽松,西交广场基坑支护结构的选型考虑采取经济性好、施工方便的重力式挡土结构来平衡水土压力。3.1.1支护结构的支护西交通广场一级基坑围护形式全部为二级放坡+重力坝、坑内进行被动区土体加固的支护模式,基坑东侧及下沉广场区域在结构设计上作调整以满足建筑使用阶段的变形控制要求。3.1.2地下连续墙+数道混凝土桁架式支撑地铁西站二、三级基坑位于西广场一级基坑范围内,开挖深度20m～29m,属于狭长型基坑,由于开挖深度较深,围护形式确定为地下连续墙+数道混凝土桁架式支撑。3.2排水方案3.2.1基坑开挖范围降水按深度划分三级要求的同时,根据施工流程的先后,将整个基坑分为10个小区,分别实施降水。一级基坑(开挖深度10.40m)分为5个小基坑,分别用A0～A4表示;二级基坑(开挖深度21.10m～22.92m、)分为4个小基坑,分别用B1～B4表示;三级基坑(开挖深度27.92m)仅有一个基坑,用C表表示。3.2.2比较南北汽车的降水方案单井疏干面积及疏干面积的确定南北车库单区面积约35408m2,基坑开挖深度10m,参照规范及上海地区的施工经验,根据降水时间和地质水文情况考虑,单井有效疏干面积200m2。除去基坑加固,场地施工道路等原因,根据基坑实际形状,共须布置疏干井330口;案例2：水井与单井微井的结合疏干井单井有效面积按照250m2考虑,结合轻型井点降水。级型钢井点的疏干设计先经场地整平,地面标高为+2.70m,南北车库基坑底面标高为-5.85m,实际开挖深度为8.55m。轻型井点的有效疏干深度为6m,即一级轻型井点无法满足基坑疏干降水的目的。剔除方案3,经过对方案1(全深井疏干井)与方案2(深井结合轻型井点)优缺点的比较(见表1),最终选择方案2。3.2.3单井有效疏干面积地铁西站基坑开挖深度在20m～29m,采用真空深井进行基坑降水,单井有效疏干面积按每口井200m2计算。除去基坑加固,场地施工道路等原因,根据基坑实际形状等,各基坑布置疏干井数量见表2。3.2.4边坡生物防护本工程一级基坑四周采用二级放坡加重力坝的围护方式,放坡总高度为5m,由于基坑施工周期较长,边坡暴露时间长,为满足基坑边坡的稳定性,减少重力坝后侧主动土压力,在坡道平台及坡口上设置轻型井点作为护坡井点,确保基坑安全。3.2.5抗突涌稳定性验算(1)针对基坑下部⑦1层承压水,为了保证稳定,进行现场抽水试验,验算基坑底部抗突涌稳定性。⑦1层承压水水头埋深5.85m,绝对标高-3.3m,验算结果见表3。(2)群井干扰抽水,水位降深预测通过三维渗流公式计算设置58口降压井(兼观察井),井深41m～54m,分阶段按需抽取承压水是可行且合理的。4执行该项目4.1基坑降水方案调整西广场南北车库区域经平整后实际开挖深度为8.3m,原计划采用基坑深井降水结合轻型井点,但考虑基坑四周已封闭,中间及东侧均为深基坑,整个枢纽大基坑的群井降水效应,所以对降水方案进行了调整,在地下车库第二阶段土方开挖区取消了深井,全部采用轻型井点(图1)。4.2基坑支护及降水根据工程挖深情况不同及施工经验,考虑采用深井结合轻型井点降水分阶段布置方案,疏干井单井有效面积按照200m2～250m2考虑,轻型井点间距15m,45m延长m为一组。南北车库东侧影响区范围及地铁西站区范围采用疏干井结合轻型井点布置,共布置25口疏干井,轻型井点12组;南北车库剩余区域采用轻型井点降水,间距15m左右,共布置轻井55组。护坡井点采用双排轻型井点,分阶段布置,外围护坡共用37组,坑内第一阶段护坡共22组,其中平台处轻井在开挖平台形成后再进行复打。地铁西站区地下二层开挖深度为20m,地下三层开挖深度为29m,根据计算,基坑开挖深度超过16.60m时,需考虑对⑦1、⑦2承压含水层进行水头降压,故我们在地下二层和三层区域布设了58口降压井(含观察井、备用井),降压井深度从41m～54m不等。整个基坑工程面积到达163000m2,由于基坑暴露时间长并跨越雨期,基坑明排水也十分重要。本工程按桩基围护和挖土结构二个阶段,在每级放坡坡顶、坡底设置环向排水沟并布置集水坑及泵房,再采用潜水泵将水提升至坑外。4.3基坑坑底土体的作用本工程降排水自开始降水至土方开挖,效果较好,达到了加固基坑内和坑底下的土体,提高了坑内土体抗力,从而减少坑底隆起和围护结构的变形量,防止坑外地表过量沉降,减少了坑内土体含水量