改扩建厂房分段式基坑设计与施工
1 工程概况
上海腾讯信息技术有限公司改扩建厂房项目位于上海市青浦经济技术开发区,总建筑面积约14 854.72m2 (见图1) 。西侧为漕盈路,北侧为5号楼 (业务楼) ,东侧为3号楼 (数据机房) ,南侧为配电站及门卫室。园区内外均存在多种正在使用的管线、电缆等,场地周边环境、地下条件十分复杂。
本项目占地面积3 453.68m2,以11号楼数据机房为主体,改扩建部分包括原有消防水池、门卫室及篮球场等的拆除清理;地下油罐基础、新开出入口及相关配套设施、设备的施工;与原园区内相应设施的配套连接等内容。数据机房为框架结构,采用管桩+独立承台基础,局部地下1层、地上4层,地上1~4层层高分别为6.7, 5.1, 4.5, 4.5m,檐高23.9m。
2 工程重难点
1) 施工场地狭小,距原有设施、设备近
新建11号楼数据机房四周紧邻园区原有建 (构) 筑物或相关设施、设备,如表1所示。北侧和东侧北段深基坑部分距现有油罐、围墙、道路较近,没有放坡空间,须采用垂直开挖的形式,且施工用地狭小,对场地规划的要求较高。
2) 确保园区的正常运营
在已投入运营的厂区内,为防止施工过程中对已有建 (构) 筑物和设备造成损害,整个施工过程以保证现有园区正常运营为前提,做好相关的保护和防范措施,并做好应急抢险准备。
3) 原有园区内地下管线复杂
将施工作业区域内的管线尽量迁移或修改路由,提前拆除作业范围内的管线,对新建管线采取预埋套管等做法提前施工。对施工区域旁边的管线进行隔离和保护,减小施工影响。
3 施工方案
根据项目特点,将基坑施工分为3阶段: (1) 设备保护与拆除支护采用拉森钢板桩对邻近油管和油罐进行隔离保护,对需要拆除的地下水池进行封闭支护; (2) 管桩施工拆除结构内的钢板桩,只保留东侧保护钢板桩和西侧用于后续基坑支护的钢板桩,场地内开始桩基施工; (3) 基坑施工将预留的西侧钢板桩和东侧北段保护钢板桩与结构内拆除的钢板桩和东侧南段周转的钢板桩连接起来,形成封闭深基坑部分的钢板桩支护。基坑施工流程如图2所示。
基坑开挖及支护部分如图3所示,北侧虚线部分为深基坑采用拉森钢板桩支护部分,云线部分为第2阶段施工时采用可周转拉森钢板桩部分,其余区域为放坡开挖。
4 分段式基坑支护设计
4.1 设计概况
基坑支护设计充分考虑基坑自身特点及施工需求,具体设计概况如表2所示。
4.2 拉森钢板桩分段设计
1) 第1阶段为原有水池的拆除和南侧部分预制桩施工,此阶段基坑分为2部分,西北角的原水池拆除围护采用封闭式拉森Ⅳ钢板桩 (小止口) ,桩长12.0m,兼作止水体系,内设1道型钢内支撑和4道角撑,均采用H400×400×13×21;东侧油罐保护支护采用开口式拉森钢板桩。
2) 第2阶段为南侧浅基坑和北侧深基坑的分段开挖,此阶段施工分为2部分,北侧水池和水泵房深基坑开挖,最大深度达5.95m,采用封闭式拉森钢板桩围护,内设2道型钢内支撑和相应角撑,具体布置如图4所示;南侧独立基础开挖深度2.7m,采用放坡开挖。此阶段基坑最深、条件最复杂,对深基坑变形进行验算可知累计最大变形量为33.3mm,满足施工要求并顺利通过设计方案专家论证。
3) 第3阶段为地下油罐开挖,此阶段主楼已施工回填完成,对主楼旁配套地下油罐进行开挖施工,开挖面积小,基坑支护形式较简单,采用封闭环形支护+角撑的形式。
4.3 放坡开挖边坡设计
无地下室部分开挖深度较小,且为黏土层,土体较稳定,采用一级放坡,坡比1∶1.3,坡面采用80mm厚喷射混凝土面层,内配6@250双向钢筋网片,边坡支护形式如图5所示。
4.4 可滑动支座设计
基坑东侧存在4条场地内部使用油管,油管为提供场区内正式运营的数据机房主要动力管,为减少11号楼数据机房地下结构施工工期,避免使油管造成过大的沉降或变形,工程桩施工前采用拉森钢板桩及可滑动支座对油管进行保护,如图6所示。
地下油管滑动支座由2 050mm (长) ×300mm (宽) ×300mm (高) 钢筋混凝土支座上覆40mm厚双层减震垫组成,滑动支座间距≤6m (见图7) 。
滑动支座达到要求强度后,挖除滑动支座间地下油管以下100mm厚土层,将地下油管架空,使油管与土层分隔,确保预制管桩施工过程中土体位移可通过2层相互滑动的减震垫消减,减小对管道的影响。
5 分段式基坑施工技术
5.1 钢板桩施工
钢板桩施工工艺流程为:施工准备→拉森钢板桩支护施工→第1层土方开挖→钢板桩冠梁及内支撑施工→第2层土方开挖→垫层施工→防水施工→桩承台施工→地下室底板施工→地下室墙、柱施工→地下室顶板施工→黄砂回填→内支撑拆除→支护钢板桩拔除,具体施工步骤如下。
1) 平整场地,清除地下、地面及周围障碍物,需保留的地下管线应露出,加以保护。
2) 桩基施工时严格按平面图定位放线,现场测量人员复核放线控制位置是否精确,经复核无误后方可进行钢板桩施工。
3) 通过起重机将钢板桩吊至插桩点处进行插桩,插桩时锁口需对准,每插入1块即套上桩帽轻轻锤击。打桩过程中为保证垂直度,使用2台经纬仪在2个方向加以控制。为防止锁口中心发生平面位移,在打桩进行方向的钢板桩锁口处设置卡板。同时在冠梁上预先算出每块钢板的位置,以便随时检查校正。
4) 钢板桩围护施工完成后,挖土至第1道支撑底部,施工钢冠梁和钢支撑。
5) 基坑土方和结构施工期间对基坑围护系统进行动态观测,如发现问题应及时处理。
5.2 基坑放坡开挖施工
基坑放坡开挖施工工艺流程为:放线→开挖→土方外运→边坡喷护→验收,具体施工步骤如下。
1) 清理土方开挖区域内的障碍物,如有管线等提前做好管道改道和排线改线工作。
2) 完成测量控制网的设置,包括控制基线、轴线和水准基点。根据施工图纸对基坑放坡边线进行测量放线,复核无误后开始土方开挖。
3) 土方开挖时采用反铲挖掘机自上而下按边坡白灰线均匀放坡下挖,挖出的土方直接由自卸汽车运至场外指定地点。
4) 坑底以上30cm土方采取人工修底的方式挖除,并防止坑底土体扰动。混凝土垫层应做到随挖随捣,挖土至设计标高后,在8h内浇筑垫层,垫层浇至围护桩边,无垫层坑底最大暴露面积≤200m2。
5) 机械开挖边坡土方后人工修整边坡,使边坡平整度满足要求。采用一级放坡,坡比1∶1.5,坡面采用80mm厚喷射混凝土面层,内配ф6@250双向钢筋网片。
5.3 场地降水
1) 浅基坑开挖区域内设集水井和排水明沟或排水暗沟以疏导基坑内明水,深基坑开挖区域内采用密闭的钢板桩围护+轻型井点降水。
2) 基坑内排水挖土阶段在开挖区挖设简易临时集水坑,通过泥浆泵将水抽至坑外排水沟,经排水沟汇集至沉淀池,沉淀后排出场外市政污水系统。
3) 坑外截水、排水沿场地外侧修筑截水沟,截水沟宽300mm、深500mm,采用砖砌,内侧抹20mm厚1∶3防水砂浆。每隔30m设置1个集水坑,集水坑尺寸为1m (长) ×1m (宽) ×1.5m (深) ,最终将雨水、污水汇集至3级沉淀池,经沉淀处理后排至场外。
5.4 基坑监测
5.4.1 放坡施工基坑监测点设置
采用全站仪对基坑开挖边坡顶部水平位移及沉降进行监测,沿基坑开挖边坡坡顶布置11个位移监测点,编号为GC1~GC11,每个监测点同时进行水平位移及垂直沉降监测 (见图8) 。监测点位布设间距≤20m。基坑开挖线上部水泥硬化后进行监测点的埋设,监测点采用专门加工的连接扣件,通过冲击钻打孔埋入支护结构上。
5.4.2 钢板桩施工基坑监测点设置
由于本工程采用钢板桩的基坑开挖深度大部分≤5m,故在钢板桩支护的四周各设1个监测点,共设4个,编号为GB1~GB4 (见图8) ,用于监测钢板桩桩身变形,测斜孔深度比钢板桩深2m以上。基坑周围场地整平后,在基坑降水开挖前布设2个水位监测点,编号为SW1, SW2 (见图8) 。
1) 引孔施工采用回旋钻孔法对钢板桩变形监测点进行引孔施工,钻孔深度比钢板桩深度深2m。
2) 埋管引孔施工完成后将PVC测斜管埋入孔内,接头部位采用PVC胶水+密封胶带防水,防止泥浆渗漏。
3) 检验检验测斜管是否存在滑槽和堵管现象,管长是否满足要求。如有堵管现象需做好记录,并及时进行疏通。
4) 原始点测量测量点布设后对桩身进行1次原始数据测量,土方开挖前对桩身原始点位进行2次复测。
6 结语
上海腾讯信息技术有限公司改扩建厂房项目通过分段式基坑支护设计,巧妙地适应项目场地狭小、局部开挖深度大、需多次回填开挖、基础形式不一等特点,结合拉森钢板桩在局部深基坑中的应用,可实现垂直支护开挖、周转回收利用、基坑支护快速成型和良好的经济效益等,顺利完成要求复杂的基坑施工,保证项目施工工期、经济目标和施工安全,取得良好的施工效果。
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