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1、花園飯店主樓深基坑基礎施工方案上海第一建筑工程公司 馬興寶一、 工程概況 花園飯店是外資項目，位于錦江俱樂部內(nèi)，在原有俱樂部游泳池拆除基礎上，將現(xiàn)有錦江俱樂部和新建的主樓，群房聯(lián)成一體，共同組成一個綜合性的五星級飯店。 該工程三十四層（地下一層），總高度為122.56m，七層到三十二層為標準客房，共有500套（其中包括總統(tǒng)高級客房一套）七層以下全為公用部位，內(nèi)設中，西，日餐廳及大、中、小宴會廳，另有四層群房為商場、健身室、美容室、蒸汽浴室、按摩室、保齡球房、電子游戲室及游泳池等，屋頂部分設有公園及停機坪，東側(cè)有專用觀光電梯，另還設有獨立地下車庫。 本工程主樓結(jié)構(gòu)平面為長68米寬20米，采用縱橫2、25道剪力墻與梁板組成一個鋼度大的現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系，上部結(jié)構(gòu)采用滑模施工工藝，四層群房為框架結(jié)構(gòu)。 整個新建地下建筑結(jié)構(gòu)均采用STK50直徑609 X 11鋼管樁承重，樁長39 m，送樁6 m，部分送到8.4 m，打樁過程中采用袋裝砂井，減少空隙水，以穩(wěn)定土壤。主樓樁承臺為3 m厚的鋼筋混凝土板式基礎，5200立方米混凝土采用泵送混凝土，分二層澆搗。挖土采用大型挖土機和抓斗結(jié)合，挖土深度為6.20 m，部分深達8.5 m，拉森鋼板樁擋土，井點降低地下水位。 工程地質(zhì)情況： 新建場地地形比較平坦，地面標高一般在+2.83.2米之間，勘察孔口高程引測自長樂路199號房前的市設水準點043、01，其標高為2.533米。在深度120.4米范圍場地地基土自上而下共分11層，均為第四紀松散沉積物，主要由飽和軟粘土和砂性土相互交替組成。第8層粉細砂作為本工程主樓的樁基持力層。樁尖進入粉砂層約2米，用開口鋼管樁609 X 11，單樁極限承載力可達650噸/根，高層計算沉降量為35.7厘米，實際沉降估計控制在25厘米左右。 二施工方案選擇 花園飯店四周建筑物都很靠近，尤其是北面的外商辦公樓為6層輕鋼結(jié)構(gòu)，基礎很淺，施工要求不能干擾外事活動，又要保證該樓建筑設備及人員絕對安全，因此，對主樓地下室基坑施工方法曾進行過四種方案研究比較。 1放坡明挖。 2地下連續(xù)墻。 3平拉錨桿或斜錨桿。 4鋼板樁4、擋土。 前三種或受場地限制，或因造價過高，未被采用。主要考慮減少土體的移動，保護鄰近特殊建筑物和附近民房正常使用，我們選用了鋼板樁擋土施工工藝。該工藝用剛度比普通槽鋼大得多的U型拉森鋼板樁，以鎖口法組成板樁墻并加上多層支撐，來減少基礎外面的土體位移和抵擋地下水產(chǎn)生的水平壓力。為了使板樁轉(zhuǎn)角處也能相互鎖口，我們把基礎四周轉(zhuǎn)角處組成90度和120度轉(zhuǎn)角樁，并留有一處不鎖口，待全部板樁結(jié)束后再進行封口，這種全鎖口的鋼板樁對擋土、防水作用均好。 三、挖土、降水支撐安裝及澆搗混凝土施工技術 1基坑降水 本工程挖土深度6.2米，根據(jù)計算的降水要求，對可能采用一，二級輕型井點，噴射井點，電滲井點等降水措施逐5、一進行比較。 后二種井點費用大，施工麻煩，管理復雜，設備供應也有困難，而且由于挖土深度不算太深，采用上述兩種方案在經(jīng)濟上也不合理。其次因四周建筑物尤其外商辦公樓距新建筑較近，附近居民也僅34米，還要考慮降水對這些建筑物帶來的不利影響。 根據(jù)地質(zhì)資料，在層高標高-13米處有一層不透水層，層厚約810米。18米鋼板樁尖要求深入第二層不透水層1米，這時井管的濾頭進入潛水層，此潛水層上下兩層為不透水層，加上鋼板樁又為全封閉型的，井管埋設在鋼板樁內(nèi)側(cè)又大大淺于板樁深度，因此經(jīng)過分析比較決定采用輕型井點降水。為防止井點降水影響周圍建筑物的沉降，甚至出現(xiàn)墻體裂縫，在鋼板樁外又采用回灌水辦法。利用鋼板樁外的砂6、井作為回灌井，并沿著砂井布置一道砂溝將井點抽出的水適時回到砂溝，再由砂溝經(jīng)過砂井回灌到地下。通過施工實踐，降水效果良好，甚至在電梯井深處挖深至8.5米，也很干燥，周圍建筑物也沒由于降水產(chǎn)生沉降及裂縫。 其中四個觀察孔在鋼板樁的外側(cè)，在基坑內(nèi)設有一個觀察孔，板樁內(nèi)側(cè)觀察值經(jīng)整理如表： 階 段 平均降水值 4.9cm 9.4 5.4 4.0 第階段是從開始觀察之日起到第一層土開挖止。 第階段是從開挖起至土挖到（5）觀察孔處為止。 第階段是從（5）觀察孔起至挖土挖至第一層結(jié)束。 第階段是從第一層土完畢至第二層土才開始。 從上述平均降水值看，當開挖土時，降水效果明顯高于不開挖的時候，所以說明土的密實性7、是很大的，當土擾動或挖土時減少了土的密實性，使得降水的效果明顯提高。 從以上數(shù)值看，隨著時間的推移，鋼板樁外側(cè)的地下水均下降了，但其下降的平均值只有46毫米，這說明內(nèi)側(cè)的降水基本不影響鋼板樁外的地下水位，從值來看基本上是越來越小，也就是說水位越來越穩(wěn)定了，從匯總情況來觀察，最不穩(wěn)定是（1）號觀察孔，其X，的 值分別為1.89和0.135，從地質(zhì)報告所示，地下水靜止水位深度的相應標高為2.131.29米，而X 值是2.2951.486米，可見其水位還低于最低的水位，標高也屬于正常范圍，但為保證附近建筑物的安全，施工時還是采取回灌水提高水位，不使其降到+1.8米以下。 從以上觀察值和實際的施工情況8、看，鋼板樁的封閉性較好，基本上無滲水現(xiàn)象，板樁內(nèi)側(cè)的降水情況良好，外側(cè)水位穩(wěn)定，施工工作得以順利進行。 2挖土及支撐 挖土方案與支撐方案有很大關系，由于外商辦公樓乃輕鋼結(jié)構(gòu)，剛度差，日方對挖土引起板樁變形極為擔心，提出了很高的要求，并制定詳細測試方案，經(jīng)過多方面研究協(xié)調(diào)決定采用日方提出的先支撐后挖土的方法，所有支撐步驟，節(jié)點處理，材料規(guī)格都按他們制定方案執(zhí)行。 日方原設計支撐方案，拉森鋼板樁伸出天然地面2米，這樣連挖土深度6.2米共8.2米，計三道支撐，第一道在頂端，第二道及第三道，各為3米，第三道支撐離基底2.10米。 后經(jīng)我們數(shù)次討論，認為鋼板樁伸出地面，無法施工，給打樁也帶來困難，日方最9、后同意改為自然地坪高出10厘米，但日方還是堅持三道支撐，當時支撐材料已到，另一方面對進口支撐性能也還不十分了解，因此最后決定采用三道支撐，只是第二道，第三道各自高度由3米改為2.2米，第三道支撐離基底為1.70米。 由于決定先撐后挖方案，因此對施工挖土帶來很多麻煩，選擇施工機械時，土方施工隊傳統(tǒng)的1.8立方米液壓反鏟優(yōu)勢無法發(fā)揮，只得采用0.4立方米反鏟輔以0.14小型挖土機入基坑，局部配合人工挖土。 挖土程序先挖溝槽，深寬為800 X 1200，離自然地面100處設圍檁及第一道支撐與水平斜撐成井字形，然后正式進行挖土，挖到設計標高后架設第二，三道支撐，挖第二層土時條件更困難，只能采用2臺1立10、方米抓斗在跨外進行，下配0.14立方米小型挖土機水平運送，最后余下30厘米土層用人工抄平。從施工實際情況來看，由于先撐后挖，挖土速度是緩慢一些，勞動力也多化一些，但對保證鄰近建筑物絕對安全，防止板樁變形和土體移動，提高場地文明均有很大好處，有位盧森堡外國專家來工地參觀后贊賞說，這工地場容管理堪稱一流水平。可見基礎工程中板樁支護，降水，挖土和支撐各方面效果還都是不錯的。 3混凝土澆灌 主樓基礎底板混凝土厚為3米，這中間有一道樁支撐，為回收支撐一次澆灌5200立方米混凝土，在供應和運輸上均有困難，故采取二層澆灌方案，第一層0.9米，第二層為2.1米。 底板混凝土屬于大體積混凝土，所以我們特別注意混11、凝土水化熱引起的溫差，為此采用測溫手段進行監(jiān)控，并采取了相應的技術措施，澆搗時配備泵車三臺，從東到西，南北兩個方向平行澆搗，另一臺中間協(xié)助配合使用。 主要技術措施： 3.1利用60天強度，減少水泥用量，300#混凝土強度R28=260#。 3.2采用425#礦渣水泥，摻加減水劑和粉煤灰 3.3采用中間層間放一排冷卻水管（2”），使進水溫度5到出水溫度30帶走了一部分熱量，對減少內(nèi)外溫差起到輔助作用。 3.4加強養(yǎng)護，澆搗完混凝土后，兩側(cè)及面上都覆蓋一層塑料薄膜加二層草袋，以防內(nèi)外溫差過大，產(chǎn)生收縮裂縫。 3.5混凝土底板的側(cè)模板底部每隔10米留一個10 X 10厘米孔洞，以便混凝土泌水流出。 12、3.6混凝土澆搗時要求配合足夠振搗器，插入間距不得大于35厘米，不得漏振，嚴禁任混凝土自行流淌。 3.7為了保證澆搗混凝土不產(chǎn)生離析，混凝土自高處傾落時，其自由傾落高度不超過2米，超過2米時用溜槽下落。 3.8為了保證結(jié)構(gòu)整體性，澆搗中途不得停歇，如必須間歇時，不應超過2小時。分層澆搗時采用踏步式進行，每批厚度50公分，踏步寬控制3米左右。 3.9澆灌混凝土時合理安排勞動組織，加強管理，使已定的施工方案和采用技術措施順利執(zhí)行，這點也是很重要的。 四、鋼板樁支護技術的研究 為對花園飯店主樓基礎的板樁支撐系統(tǒng)的安全可靠性實行監(jiān)護與測試，我們請上海勘察院和上海施工技術研究所對側(cè)向土壓力及鋼板樁變形，13、支撐應力等進行測試，根據(jù)所提供的挖土各階段支撐壓力與變化規(guī)律如表（括號內(nèi)數(shù)值為KN單位）： 支撐 內(nèi)力 測點 第一道支撐預壓時應力 挖至第二道支撐標高壓力 第二道支撐預壓時應力 挖至第二道支撐標高壓力 第三道支撐預壓時應力 挖至第二道支撐標高壓力 歷時最大壓力 第一道支撐 11 11.0 (107.87) 30.8 (302.04) 22.8 (223.59) 19.5 (191.23) 18.9 (185.35) 18.4 (180.44) 36.8 (360.88) 12 9.6 (96.11) 29.1 (285.31) 21.7 (212.80) 18.5 (181.42) 19.6 14、(192.21) 21.9 (214.77) 31.8 (304.99) 13 12.4 (121.60) 28.2 (276.55) 19.9 (195.15) 21.6 (211.82) 23.6 (231.44) 17.4 (170.64) 36.5 (357.96) 14 12.4 (121.60) 28.9 (283.41) 20.6 (202.01) 19.6 (192.21) 21.7 (212.80) 19.7 (193.17) 33.6 (329.50) 15 11.2 (109.83) 32.5 (318.72) 24.1 (236.34) 22.7 (222.61) 2115、.6 (211.82) 20.6 202.02 36.4 (356.96) 16 12.9 (126.51) 28.4 (278.51) 23.2 (227.51) 22.2 (217.71) 19.9 (195.15) 31.1 (305.99) 第二道支撐 21 30.5 (299.10) 98.6 (966.94) 91.9 (901.23) 92.6 (908.10) 100.4 (984.59) 22 28.9 (283.41) 80.2 (786.49) 79.5 (779.63) 79.6 (780.06) 81.6 (800.22) 23 27.2 (266.74) 92.9 16、(904.17) 92.4 (906.13) 96.6 (947.32) 96.6 (947.32) 24 39.3 (385.40) 90.8 (890.44) 93.2 (913.98) 93.2 (913.98) 25 40.6 (398.15) 81.8 (802.18) 75.7 (742.36) 78.4 (768.84) 86.9 (852.20) 26 37.4 (366.77) 69.6 (682.54) 73.2 (717.85) 81.9 (803.16) 81.9 (803.16) 第三道支撐 31 19.0 (186.33) 33.0 (323.62) 32 12.017、 (117.68) 37.8 (362.85) 33 17.0 (160.71) 34 (333.43) 34 11.0 (107.87) 12.0 (117.68) 35 8.0 (78.45) 36.0 (353.03) 36 8.0 (78.45) ) 據(jù)表可看出支撐壓力的變化規(guī)律為： 1預加荷載，使支撐頂緊圍檁，板樁開始受力。 2隨著開挖，支撐壓力逐步增加，直至該支撐一定范圍內(nèi)的土體全部挖去，該支撐所受壓力接近其最大值。 3隨后，該支撐受相鄰支撐壓力變化的影響，而不斷調(diào)整其壓力值。 4該層土全部挖至設計標高后一段時間，各支撐壓力得到穩(wěn)定。 5預頂下道支撐時，因下道支撐壓力陡增，上道支撐18、壓力要減少，即開始“壓力分攤”。 6支撐壓力理論計算與實測值比較： 壓 計 階 力 算 段 值 方法 包絡圖法 假象支點法 水土混合 側(cè)壓力 下部分擔法 日方設計 取用值 實測 平均值 第一階段挖土至標高0.40 R1 37.34 34.13 52.12 26.58 29.56 第二階段挖土至標高-2.60 R1 10.07 20.68 R2 103.67 97.65 103.57 114.42 85.9 第三階段挖土至標高-3.25 R1 13.02 9.63 R2 56.20 87.05 R3 98.19 52.78 71.47 62.5 35 歷 時 最 大 壓 力 值 R1 37.3419、 34.13 52.52 26.58 34.25 R2 103.61 97.65 103.57 114.42 90.1 R3 98.19 52.78 71.47 62.50 35 7支撐系統(tǒng)的安全可靠性分析 支 撐 壓力 實測最大值 位移 壓力 日本設計值 位移 支撐壓力 允許值 支撐壓力允許值 壓力 實測最大值 第一道支撐 36.8(360.88KN) 45.0(441.30) 140.5(1377.83) 3.82 2.86 2.87 第二道支撐 100.4(984.59KN) 124.0(1216.02KN) 226.2(2218.26) 2.25 0.45 3.65 第三道支撐 36.20、0(353.04KN) 32.7(320.68KN) 140.5(1377.83) 3.96 3.60 通過測試分析： （1）本工程的板樁壓力實測值與按假象支點計算結(jié)果較接近，與國內(nèi)目前常用計算方法所得結(jié)果相差較大。 （2）撐一道支撐，挖一層土的施工方法，較符合板樁墻受力的計算假定。 （3）支撐桿件的設計計算應考慮桿件的受力不均勻性，以及溫度應力，因支撐桿件較大，不應忽略。 （4）給各道支撐預加壓力能使各支撐桿件受力較為均勻，尤其對減少板樁墻位移，保護鄰近建筑物（構(gòu)筑物）效果顯著。 5工程使用的以H型鋼組成的工具式支撐系統(tǒng)，安裝速度快，組合靈活，安全可靠。 五效果與評價 1花園飯店工程主樓基礎21、占地1500平方米，應用國外鋼板樁與工具式支撐進行擋土，鄰近建筑都未產(chǎn)生裂縫，沉降，說明這些技術措施是成功的、有效的。 2采用U型拉森鋼板樁加上足夠剛度的工具式支撐，板樁墻的變形是很小的，井點放在坑內(nèi)，由于鎖口拉森板樁有一定阻水作用，坑外的地下水繞過板底端也被坑內(nèi)井管吸收，這兩方面措施配合在一起，對鄰近建筑物的影響大大減少。 3由于板樁有足夠深度，井點放在坑內(nèi)，井點降水效果良好，本工程局部達8.5米，但挖出土后還是土壤干燥，說明這些措施配合亦使降水效果提高。 4采用工具式支撐，先撐后挖，每次分層減少高差挖土的方法對板樁變形、土壤穩(wěn)定和鄰近建筑的安全大大有利，也利于科學管理，如挖土機械能采取一定措施，勞動組織進一步完善，基礎施工工期還可加快。 5要控制工程樁的變形，應盡可能合理安排打樁流程，周圍設置一定數(shù)量的砂井，以減少后打的樁對先打的樁的影響。 6本工程由于采用多層工具式支撐，對混凝土澆搗帶來一定的難度。我們采取了分層澆搗混凝土的方法，經(jīng)實踐證明，只要嚴格施工技術措施，同樣可以防止產(chǎn)生任何裂縫。 7本工程采用集中攪拌，攪拌運輸車運輸，泵送與布料入模，以及采用冷卻水管和水化熱測試方法，使承臺混凝土內(nèi)外溫差控制在規(guī)范要求之內(nèi)，加上必要的保溫措施，也是質(zhì)量能得到保證的良好條件。