世博配套110kV地下变电站超深基坑综合施工技术

BUILDING CONSTRUCTION

世博配套110 kV地下变电站

超深基坑综合施工技术

Comprehensive Construct

ion

Technology of Ultra Deep

Foundation Pit for Auxiliary 110 kV Underground

Substation of Shanghai World Expo

口宋自杰

(上海第七建筑有限公司200050)

l摘要1世博配套110KV地下变电站基坑开挖深度达19.40 m。针对周边环境情况及现场地质情况，通过合理安排承压井

降水、支律、挖土、基础底板及支撑拆除施工的顺序，有效地控制了基坑的变形，确保了工程质量及周边环境的安全。

【关键词1世博工程地下变电站深基坑地下连续墙坑底加固承压水支撑

[中图分类号ITU753/文献标识码B文章编号11004-1001(2009)12-01027-04

，工程概况

1.1工程概述

世博配套110 kV地下变电站工程基坑平面呈60 m x

44.5 m长方形，基坑周长约209 m。基地面积4 001 m2，建

筑占地面积2 734 ml，总建筑面积约7 619 ml。本工程为地

下三层框架变电站，开挖深度19.40而，北侧的吊物孔开挖深

度为14.15 m。基础采用桩基筏板基础，底板厚度为

1.7 m，北侧吊物孔处底板厚度为0.8 m.

1.2地理位t

拟建工程建设场地位于规划世博园区浦西场址内，位于

规划龙华东路南侧，规划局门路东侧的江南造船厂内，周边

场地较为空旷，东侧和南侧为空地;西侧规划局门路对面为

一框架结构的旧厂房，高约10 m，距离基坑约34 m;北侧规

划龙华东路上有一三层建筑，距离基坑约17.8 m.

图1总平面布置图

1.3场地周边相关的管线情况

[作者简介】宋自杰(1976-)，男，工程师。联系地址:上海市武

夷路150号(200050)0

[收稿日期12009-12-01

基坑处于江南造船厂区内四周没有市政管线，厂区内的

管线现已经摸清，具体管线分布:在基坑北侧有一根东西向

消防水管正好与吊物孔北侧边线平;北侧红线内6m范围有

一根东西向小760 mm的下水管，正好横穿吊物孔;北侧大

基坑内4m处有一东西向电缆沟;西侧大基坑内4m处有

一综合管线沟。上述管线均影响地下连续墙的施工，所以在

施工前将上述管线进行搬迁或废除。

1.4地质情况

1.4.1工程地质条件

本工程场地土层由上至下为第①层杂填土;第②层褐

黄一灰黄色粉质砧土;第③1层黄灰一灰色淤泥质粉质钻土;

第③:层灰色粘质粉土;第③:层灰色淤泥质粉质钻土;第④

层灰色淤泥质钻土;第⑤卜:层灰色钻土;第⑤1一层灰色粉质

钻土;第⑤2-，层灰色砂质粉土夹粉质钻土;第⑤2-2层灰色粘

质粉土夹粉质砧土。

1.4.2水文地质条件

本工程基地范围内⑤z-;层及⑤z-z层中地下水属微承压

水，位于⑦层中的地下水属于承压水类型，

因⑤z-，层

、⑤2、

层与⑦层部分区域直接沟通，现一并按承压水含水层考虑。

承压水头埋深在地面下4.8一6.5 m之间，基坑开挖深度为

19.4 m。根据上海市工程建设规范《基坑工程设计规程》

(DGJ08-61-97)7.1.11条规定计算，基坑底部土体抗承压水

的稳定性安全系数K < 1.05，不满足规程要求。需采取相应的

降压防护措施，确保基坑安全。

2工程特点

2.1世博配套地下变电站工程意义相当重大

世博会的召开是中国更是上海向全世界全方位展示的

"1027·

第12期

宋自杰:世博配套110 kV地下变电站超深基坑综合施工技术

12/2009

一个平台，作为世博配套地下变电站为世博能很好的召开起

到巨大的作用，其意义相当重大，因此，在施工当中必须精细

化施工，确保施工质量。

2.2工程本身为深基坑，因合理安排承压井降水、支撑、挖

土施工

根据本工程实际情况，必须采用减压井对承压水进行抽

水来降低其对坑底的“顶托力”。因此，针对本工程的深基坑

采取降承压水措施，将充分结合基坑支护形式和周边环境，

综合应用数值分析技术和现场抽水试验相结合的手段，从减

压井布置、减压井施工工艺、基坑开挖流程与降水运行等方

面制定周全的安全技术措施，并对过程中出现异常情况事先

制定相应应急预案，将降承压水对基坑及周边环境的影响控

制在允许的范围内。

(2)吊物孔基坑内竖向布置四道混凝土围攘形式。支

撑杆件设计见表20

表2钢管支撑杆件设计一览表

┌─────┬───────┬──┬────────┐

│混凝土支撑│围攘 │主律│围棋系统中心标高│

├─────┼───────┼──┼────────┤

│第一道 │600 x 8()() │无 │-o.a}Nr │

├─────┼───────┼──┼────────┤

│第二道 │1300 x 1 ANN) │无 │-4JNN) │

├─────┼───────┼──┼────────┤

│第三道 │13(N) x 1以咐 │无 │-7.6(N) │

├─────┼───────┼──┼────────┤

│第四道 │13tH) x 1 O00 │无 │一I 1.2(N) │

└─────┴───────┴──┴────────┘

3基坑围护设计及工况

3.，地下连续墉设计概况

基坑周边围护结构采用地下连续墙，作为基坑围护结构

起到挡土和止水的作用的同时，又作为地下结构外墙，即’‘两

墙合一”。地下连续墙混凝土设计强度等级水下C30(水下混

凝土提高一级)抗渗等级S8。地下三层框架变电站基坑地下

连续墙厚度为1 000 mm，地下连续墙深度为37 m，北侧吊

物孔基坑地下连续墙厚度均为600 m m，地下连续墙深度为

25 m。地下连续墙槽段宽度主要按6m为原则划分。

3.2桩基设计概况

本工程混凝土支撑立柱桩利用工程桩，混凝土支撑立柱

坑底以上采用型钢格构柱4L160 x 16，截面为460 x

460 mm，钢材为02358钢。坑底以下采用中800 mm钻孔灌

注桩，桩长25 m，共35根。钻孔灌注桩混凝土采用C30(水

下)。

3.3地基加固设计概况

为控制基坑开挖阶段的围护体水平位移，达到有效保

护周边环境的目的，在地下三层框架变电站基坑内采用三轴

深层水泥土搅拌桩加固，沿基坑北侧加固宽度为6m，东侧、

南侧、西侧加固宽度为5m，基坑内加固宽度为4m，加固深

度为一13.4 m}-23.4 m，吊物孔基坑内也采用深层水泥土

搅拌桩加固，沿基坑加固宽度为2m，加固深度为一14.15 m

一18.15 ma

3.4内支雄系统

(1)地下三层框架变电站基坑内竖向布置四道钢筋混

凝土支撑系统，采用对撑布置形式。支撑杆件设计见表to

3.5结构概况

本工程结构为混凝土框架结构。基础形式为筏板基础，

垫层厚度一般为300 mm。地下三层框架变电站基础底板结

构面标高为一17.40 m，底板厚1 700 mm。吊物孔基础底板结

构面标高为一13.05 m，底板厚800 mmo

地下三层框架变电站楼板厚度为300 mm，顶板厚度为

1 500 mm,墙板厚度为700 mm。吊物孔墙板厚度为600 mmo

4基坑施工

4.1地墒施工

根据施工施工部署，以及工程量，现场配备1台宝峨

GB34成槽机，并配备1台150 t与1台80 t履带吊配合施

工。

图2地琦施工工艺流程图

表1混凝土水平支撑杆件设计一览表

┌─────┬───────┬───────┬──────┬────────┐

│混凝土支撑│围镶 │主撑 │八字撑 │支撑系统中心标高│

├─────┼───────┼───────┼──────┼────────┤

│第一道 │1(N10 x 800 │1 ot} x goo │1000 x 7(N1 │-0.350 │

├─────┼───────┼───────┼──────┼────────┤

│第二道 │1300 x 1(N)(1 │1200 x 800 │1206 x g(Nl │-6.300 │

├─────┼───────┼───────┼──────┼────────┤

│第三道 │16(111 x 111N>│130(1 x 800 │1300 x 800 │一11.60() │

├─────┼───────┼───────┼──────┼────────┤

│第四道 │1300 x 1000 │12(1(1 x 8()0 │1200 x 800 │一16.100 │

└─────┴───────┴───────┴──────┴────────┘

4.2坑底

加固

本工程采用双轴搅拌进行槽壁加固，桩宽700 mm，搭接

长度200 mm，加固深度为8m，搅拌桩的水泥掺量为13%，水

灰比为0.550

在地下连续墙每处接缝外侧位置采用2根中800@

600 mm高压旋喷桩止水，旋喷深度为一0.800 m至基坑底

4m范围内，安排在坑内加固期间穿插进行施工。

另外由于北侧基坑内有一条电缆沟要于9月底才能废

弃.所以此区域内的二幅地墙W9及E9槽壁加固也采用高压

旋喷桩止水.采用小800@600 mm,深度为8 mo

主要施工要求:

水泥用量650 kg/m3，水泥:粉煤灰=1:0.3，水泥浆液

水灰比o.a，旋喷提升速度不大于15 cm/mina

4.3降承压水施工

4.3.1降水抽水实验

·1028·

确嘟翻冲晦i铆}今

1212009

宋自杰:世博配套110 kV地下变电站超深基坑综合施工技术

第12期

试验选择4口抽水井，井号为J 1.J3.J6和J8作为抽水

试验井，G1作为坑内观测井..G2和G3作为坑外观测井。抽水

试验井位见图所示。

图3试验井平面布里图

4.3.2降水施工

4.3.2.1降水井部署

(1)降压井a口，井深40 m,Jl一J8;I2)疏干井7口，

主坑内6口，井深25 m，小坑内1口，井深20 m;(3)观测井

3口，坑内1口，井深40 m，坑外2口，井深35 mo

4.3.2.2降水井施工

(1)钻进与清孔

钻进中保持泥浆比重在1.1 } 1.2，尽量采用地层自然造

浆，必要时应采用人工造浆。整个钻进过程中要求大钩吊紧

后徐徐给进，避免产生钻具一次弯曲。钻进中对地层要记录

各层情况，确保降水含水层的确切层位和岩性。每钻进一根

钻杆应重复扫孔一次，并清理孔内岩粉后再接新钻杆。

(2)井管设计计算及井管安装

根据设计井深，事先将井管排列、组合，沉放井管时所有

深井的底部按标高严格控制，并且保持井口标高一致。井管

应平稳入孔，每节井管的两端口要找平，其下端有450坡

角，焊接时二节井管应从二个方向找直，并有对称焊接，确保

焊接垂直，完整无隙，保证焊接强度，以免脱落。

(3)填砾

填砾粒径必须按抽水含水层的颗粒分析资料确定，规格

为1.5一2.0 mm。泥浆稀释后的比重小于1.05时关小泵量，

将填砾徐徐填入，并随填随测填砾顶面的高度，不得超出预

定设计高度。各井的填砾施工均应按设计要求进行。

(4)止水

为了防止上部土层中的水沿砾料进入抽水井内，在抽水

井填砾顶部填5.00 m厚的优质钻土或钻土球，其上再用粘

土填实，一直填到地面，四周均匀回填，必须严格隔断承压水

层与潜水层的联系。

(5)联合洗井

洗井采用活塞空压机联合洗井方法。首先利用空压机洗

井，待出水后改用活塞洗井。活塞洗井一定要将水拉出井口，

形成井喷状，并要求洗并至出

清水，最后再用空压机洗井并

清除井底存砂。

(6)抽水

安装泵体要稳，泵轴垂直。泵体安装在过滤管的中部或

中部偏下深度处。排水管及电源线路连接完好后，进行试抽

水，测定抽水井的流量、水位变化及观测井的水位变化及流

量。

4.4支撑及挖土施工

4.4.1底板施工

本工程的底板厚度为1.7 m，混凝土方量为4 200 m'o

底板混凝土浇筑采用2台汽车泵。2台汽车泵均停在东西两

侧的栈桥上进行浇注，浇注流程为由北向南浇注。

4.4.2混凝土配合比选择

由于底板混凝土量大，因此对混凝土的级配有要求:选

用中低水化热的矿渣水泥，并掺加粉煤灰以替代部分水泥;

粗骨料颗粒的形状对混凝土的和易性和用水量也有较大的

影响，因此粗骨料中的针片状颗粒按重量应不大于10%，宜

选用5一25连续级配的石子，泥量小于1?;细骨料采用

Mx=2.3左右中粗砂，含泥量小于2%。并加强坍落度检测工

作，出机坍落度为10一13，出车坍落度为10一14，严格

用水量。

4.4.3混凝土浇捣施工方法

结构底板大体积混凝土浇捣采用斜面分层踏步式浇捣

方法，其中每皮以斜坡式推进的方式进行。浇捣时，使用振动

器应快插慢拔，平面呈梅花状，布置间距不大于35 cm，振动

器在每一插点时间以混凝土表面呈水平，以不出现水泥浆、

不再冒气泡，不显著沉陷为度，每点振捣时间为20一30 s,

振动插入时应深入下一皮混凝土内5一10 cm，以达到复振

效果，且应在震动棒上做好标记，以免过分深入下一皮混凝

土内，影响混凝土的质量。振捣时，应加强距地下连续墙边

30 cm左右范围的混凝土的振捣。

4.4.4混凝土养护措施

当大体积混凝土浇捣完毕后的最初3d内，混凝土处于

升温阶段，混凝土内部温度可达60一70弋，由于本工程底板

施工时处于冬季，因此必须采取保温保湿养护措施，以减少

混凝土表面热量的扩散，防止表面裂缝产生。为了严格控制

大体积混凝土的内外温差，确保混凝土的质量，在底板表面

混凝土浇捣结束，待其初凝开始，基本可上人行走而无脚印

时，即应覆盖一层塑料薄膜，上面再盖二层麻袋起保温作用。

另外现场设有备用麻袋，根据测温情况再决定是否盖第三层

麻袋。在一星期后(据测定温度而定)去掉部分麻袋，加强混

凝土早期养护，要求养护时间不小于14 do

4.5支撑爆破

4.5.1总体工况流程

基坑底板施工完毕~第四道支撑拆除(第三道施工栈桥

梁局部爆破)一垃圾清理*地下室三层结构施工一第三道

支撑拆除(第二道施工找桥梁局部爆破)一垃圾清理一地下

(下转第1032页)

匆妇牵i福付出

翻

"1029.

第12期

陆新辉:世博村E地块深基坑施工技术

2/2009

施工进度。

(1)在混凝土支撑施工时，通过提高混凝土支撑的强度

等级并掺入早强剂，加快提升了围护支撑的早期强度，并提

前进入下道工序施工。

(2)合理布置施工栈桥及配备挖土机械，充分利用钢栈

桥的施工作业面，加快基坑开挖施工速度。

(3)地下室底板侧面采用砖胎膜，省去模板的拆模工期，

同时，使得底板部位的换撑板带与底板可以同步施工，减少

了不必要的施工工序，加快了地下室结构的施工进度

(4)围护支撑的拆除采取爆破拆除方式，大大缩短了混

凝土人工凿除需要的工期。

(5)通过与设计院进行协调，将围护体与地下室外墙的

间隙由回填土修改为回填砂处理，既加快了基坑回填施工速

度，也确保了基坑回填质量。

5基坑监测

本工程从桩基施工开始至地下室结构完成期间，对基坑

东、南两侧紧邻的旧厂房围护墙体等均布设了监测点，并按

照一定的监测频率进行实时监测。

(1)保留厂房最终的最大沉降量仅为14.3 mm<

25 mm(监测报警值)，深基坑施工未对紧贴的保留厂房结构

造成大的影响，保护效果良好。

(2)在地下室结构施工完毕后，围护墙最终的最大垂

直、水平、测斜位移量分别为19.2 mm.18 mm.31.6 mmo

6结语

在世博村〔地块紧贴保留厂房的深基坑施工过程中，通

过采取有针对性的深基坑施工技术及合理有效的保留厂房

地基加固技术，将本工程深基坑施工的风险因素控制在了最

小的限度内。

(1)在基坑围护形式上，我们选择了安全性高又相对经

济的SMW工法桩围护体系，并采用在东、南两侧紧靠老厂房

部位型钢密插布置、坑内加固、压密注浆方式，确保了基坑施

工安全。

(2)通过制定合理的挖土流向和作业方式，充分利用时

空效应，对紧贴旧厂房部位尽量安排至最后开挖，缩短了紧

贴厂房部位基坑开挖无支护暴露时间。

(3)围护支撑采取先尽快开挖对撑区域、及时形成对撑，

最后再开挖角撑区域，形成角撑的原则，有效的控制了基坑

变形。

(4)施工进度控制，通过采取提高混凝土支撑强度并掺

人早强剂、合理布置施工栈桥、挖土机械、底板砖胎膜、支撑

爆破拆除等一系列施工措施，使得整个地下室结构施工工期

比计划节点工期提前了一个月顺利完成。

(上接第1029页)

室二层结构施工。第二道支撑拆除(第一道施工栈桥人工凿

除)一垃圾清理~地下室一层结构施工一第一道支律拆除

*垃圾清理

4.5.2支律爆破施工条件

拆除第每道支撑条件:地下室结构混凝土施工完成后达

到设计强度80%后，方可以进行支

撑的拆除。

4.5.3支律防护栩

防护架在结构混凝土养护期间进行，于爆破前搭设完

毕。防护架按全封闭要求搭设，且防护架、承重钢管与待爆破

支撑之间要保持一定距离(>2 m)，这样爆破时不易损坏。第

四道支撑爆破时需要在第三道支撑平面直接搭设钢管架，然

后绑扎两层竹排，支撑与支撑之间设置立杆，立杆纵横距2

000 mm，设置水平杆@1 800 mm;第三、二道混凝土支撑爆

破时防护网均设置在上层支撑上，做法同上;第一道支撑爆

破时需要在支撑上方2m处搭设二层钢管防护架，立杆间距

1 000 X 1 000 mm，并按要求设置水平连杆，步距1 800 mm,

以免爆破后防护架倒塌，钢管损失严重并影响爆破。

4.5.4爆破施工

由专业单位负责爆破施工(包括前期的审批手续)。支撑

围核及节点采用由外向内、分层分段及孔内孔外联合延期的

方法，支撑采用毫秒微差爆破的方法。

4.5.5垃圾清理

图4支撑爆破防护栩节点图

由专业单位负责爆破后的清凿及垃圾清运、支撑钢筋割

除等落手清工作。第四、三、二道支撑拆除后由2台0.4 m'

挖机直接上底板、楼板进行垃圾清理，1台1 m3挖机停于基

坑边上进行装车外运。第一道支撑拆除后，采用人工清理归

堆，并由2台lm“挖机停于基坑边进行装车外运。

5实施效果

由监测可知，地表垂直位移最大为一19.3 mm，围攘垂

直位移监测点一1.8 mm，水位监测为一872 mm，围橡平面位

移为3 mm，均在受控范围内。在支撑、降水、挖土施工当中，

我司不断优化方案，认真按照方案实行，真正做到时空效应，

确保土方挖出后，支撑在48 h内形成，积极有效的控制了变

形。而且在承压水抽水时，也严格按照方案执行，真正做到按

需抽水、按基坑挖土工况动态抽水，基坑变形(地墙测斜、墙

顶位移、地表沉降、支撑轴力)等数据均在受控范围内。

.1032.

二曲编蜘办娜砂尝