泰安道五號院工程深基坑施工技術(shù)

□文/管寶華

泰安道五號院工程深基坑施工技術(shù)

□文/管寶華

泰安道五號院工程在深基坑施工中，針對復(fù)雜的周邊環(huán)境，通過對基坑支護結(jié)構(gòu)、基坑降水與基坑開挖等方面進行方案研究與優(yōu)化并應(yīng)用于工程實踐，成功地完成深基坑的施工，保護了現(xiàn)場多幢歷史性保護建筑。

復(fù)雜環(huán)境；軟弱土；深基坑

1 工程概況

泰安道五號院工程位于天津市和平區(qū)泰安道以南，南面毗鄰曲阜道，東側(cè)為大沽北路，西側(cè)為浙江路，主要用途以辦公、商業(yè)為主要功能的超高層建筑，總建筑面積18.1萬m2，其中保留建筑1.4萬m2，新建建筑地上12.5萬m2，地下4.2萬m2。地下3層，地上54層，建筑高度263.4 m。

建筑設(shè)計±0.000標(biāo)高，相當(dāng)于大沽標(biāo)高3.100 m。場區(qū)地坪平均標(biāo)高為2.700 m，相當(dāng)于設(shè)計標(biāo)高-0.400 m，坑底設(shè)計標(biāo)高見表1。

表1 坑底設(shè)計標(biāo)高 m

1.1 基坑周邊環(huán)境

1）北側(cè)為泰安道，基坑距離其約40 m，臨近兩幢既有建筑。其中東北角區(qū)，距離約5.0 m處為開灤礦務(wù)局大樓（4層）；西北角區(qū)，距離約5.0 m處為納森舊居（2層）。

2）南側(cè)距離曲阜道約8.0m，距離建筑紅線約4.0m。

3）西側(cè)距離浙江路約6.0 m，距離建筑紅線約2.2～3.2 m。浙江路另一側(cè)為居民區(qū)。

4）東側(cè)為大沽北路，東南角區(qū)臨近大沽北路約4.8 m；基坑?xùn)|側(cè)5.5 m處為婦聯(lián)大樓（3層，局部1～2層）；距離約5.0 m處為四合院；東北角區(qū)為開灤礦務(wù)局大樓。

其中開灤礦務(wù)局大樓、四合院、納森舊居等為國家級保護建筑，婦聯(lián)大樓為天津市風(fēng)貌保護建筑，與建筑紅線最近處僅5 m，為施工帶來很大難度。

規(guī)劃范圍內(nèi)場地原為天津市委辦公區(qū)，周邊道路規(guī)劃建設(shè)成熟，地下管線復(fù)雜。水、電、電信等管線遍布周邊道路下方。

1.2 地質(zhì)概況

地層分布規(guī)律及土質(zhì)特征見表2。

表2 地層分布規(guī)律及土質(zhì)特征 m

續(xù)表2

測得場區(qū)初見水位埋深1.82～2.48 m（大沽高程0.06～0.72 m），場區(qū)對本工程有影響的淺層地下水分為潛水和承壓水層。

1）潛水層。埋深在15.0 m以上，含水層主要由人工填土、③1粉質(zhì)粘土、③2粉土和⑥4粉質(zhì)粘土層組成。潛水受大氣降水及地表水體側(cè)滲補給，以蒸發(fā)為主要排泄方式。潛水靜水位埋深為1.10～2.00 m（大沽高程1.02～1.55 m）。

潛水層以下埋深在15.0～19.0 m段的⑦粉質(zhì)粘土和⑧1粉質(zhì)粘土層為相對隔水層。

2）承壓水層。場區(qū)內(nèi)對基坑有影響的承壓水主要為埋深22.5～34.0 m左右的⑨2粉砂層、⑩2粉砂層（由于⑩1粉質(zhì)粘土層分布不穩(wěn)定，局部缺失，致使這兩層粉砂含水層有水力聯(lián)系），其下?粉質(zhì)粘土層為相對隔水層；但?粉質(zhì)粘土層也存在小范圍缺失的情況，使得⑩2粉砂層與?粉砂層具有一定的水力聯(lián)系。經(jīng)實測，承壓水靜水位埋深6.3 m（大沽高程-3.30 m）左右。

2 施工難點

1）基坑面積較大，約為14 400 m2，基坑形狀為不規(guī)則的多邊形，地下室西側(cè)長度約120 m；南側(cè)長度約147 m；北側(cè)長度約89 m，基坑周長約為503 m，屬于大規(guī)模深基坑。深基坑工程實施工程中受到基坑開挖、大氣降水以及施工等許多不確定因素的影響。

2）基坑深，三層地下室，基坑深度為15.75 m（裙房部位）和18.05 m（主塔樓部位）。

3）基坑支護結(jié)構(gòu)復(fù)雜，每步支護梁下層縱深范圍大，開挖倒土復(fù)雜。

4）基坑周邊條件較為嚴(yán)苛。本工程位于天津市和平區(qū)泰安道、浙江路、曲阜道及大沽北路所圍合地塊?；?xùn)|、北兩側(cè)臨近四棟需要保護建筑；西、南兩側(cè)緊鄰兩條市政道路，道路下管線布置復(fù)雜；地勢狹小，距離均較近。

5）地質(zhì)勘查過程中，發(fā)現(xiàn)一層層底標(biāo)高為-10.86～-9.54 m，層厚為7.00～9.60 m的粉質(zhì)粘土層，土層呈灰色，軟塑狀態(tài)；土質(zhì)不均，夾粉土團塊及薄層。

3 基坑支護形式

3.1 圍護結(jié)構(gòu)

采用地下連續(xù)墻作為基坑開挖階段的擋土、止水圍護結(jié)構(gòu)。整個地連墻工程共分91幅進行施工，埋深33.4 m。

3.2 內(nèi)支撐形式

根據(jù)基坑平面形狀為不規(guī)則的多邊形，內(nèi)支撐平面布置為與腰梁相切的一個格構(gòu)式圓形環(huán)梁，環(huán)梁的直徑約110 m。在基坑的東、南角區(qū)，采用一個較小的環(huán)梁與格構(gòu)式環(huán)梁及腰梁相切并在其中部設(shè)置一組桁架式對撐。

坑內(nèi)共設(shè)置了3道水平支撐，3道水平支撐系統(tǒng)的中心標(biāo)高分別為-1.600、-7.500、12.200 m，見圖1。

圖1 基坑內(nèi)水平支撐

4 基坑降水與土方開挖

4.1 基坑降水

4.1.1 降水井設(shè)計

降水井的作用是用于開挖階段疏干基坑開挖面以下0.5～1 m以內(nèi)的土層，保證施工的順利進行。

式中：n為基坑內(nèi)降水井?dāng)?shù)量，口；A為基坑面積，m2；α井為單井有效降水面積，m2，取256 m2。

計算得出基坑需要布設(shè)疏干井55口，井深約22.5 m，進入第一微承壓含水層；但不進入第二微承壓含水層。

4.1.2 減壓井

按GB 50007—2002《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》基坑發(fā)生突涌的條件是基坑開挖后，坑底不透水層的厚度滿足

式中：γm為透水層以上土的飽和重度，kN/m3；t+△t為透水層頂面距基坑底面的深度，m；Pw為承壓水水壓力，kPa。

按塔樓處基坑深度進行計算：坑底承壓水層中的承壓水水頭高度為地面下6.3 m，承壓水層頂板高度為地面下32.1 m，坑底深度按17.9 m計算，坑底土層的平均飽和重度按20 kN/m3計，則有

裙房處：坑底承壓水層中的承壓水的水頭高度為地面下6.3 m，承壓水層頂板高度為地面下29.9 m，坑底深度按15.69 m計算，坑底土層的平均飽和重度按20 kN/m3計。則有

均滿足規(guī)范要求。

基坑抗突涌計算結(jié)果表明，在不設(shè)置減壓井的情況下，基坑坑底土層滿足抗突涌穩(wěn)定要求?？紤]到土層分布的復(fù)雜性，在主塔樓所在的深坑位置，設(shè)置了2口減壓井，作為安全儲備措施，減壓井長度為29 m，布置在塔樓位置處，見圖2。

圖2 減壓井結(jié)構(gòu)

4.1.3 觀察井

考慮到基坑周圍現(xiàn)有建筑、歷史建筑及地下管線等需保護的構(gòu)筑物的要求，在基坑周圍設(shè)置了11口觀察井，以便施工過程中隨時監(jiān)測地下水位的變化。觀察井的深度為19 m，結(jié)構(gòu)與降水井相同，見圖3。

圖3 基坑降水系統(tǒng)布置

4.2 土方開挖

4.2.1 對現(xiàn)場周邊歷史建筑的保護措施

1）地下連續(xù)墻施工完畢后，在每單元接頭處澆筑2根互相咬合的高壓旋噴樁，保證地連墻接縫處不滲漏。

2）基坑?xùn)|、北兩側(cè)臨近4棟既有建筑，由于地勢狹小，在地下連續(xù)墻施工過程中，若成槽階段產(chǎn)生塌槽會對其產(chǎn)生不利影響，故在此區(qū)域地下連續(xù)墻與既有建筑之間設(shè)置水泥土攪拌樁擋墻加固措施，減少地連墻施工過程中對既有建筑產(chǎn)生的影響，同時又能夠減少由于地連墻滲漏對其產(chǎn)生的不利影響。

水泥土攪拌樁采用三軸水泥土攪拌樁φ850 mm@600 mm作為加固措施。攪拌樁有效樁長18.0 m，坑下嵌固深度為3.4 m，攪拌樁上端位于地表下1.0 m，下端嵌入⑨1粉質(zhì)粘土層。

4.2.2 土方開挖部署

1）基坑開挖方法。土方開挖根據(jù)環(huán)梁位置共分四層，整個土方開挖以“島式”進行開挖。以曲阜道、泰安道、浙江路出入口為主，設(shè)置3個土方開挖中心島，見圖4。

圖4 出土口

由于場地較小，沒有施工空間，3個出土口均以混凝土棧橋形式延伸至基坑內(nèi)，形成施工平臺，見圖5。

棧橋為混凝土棧橋，棧橋樁采用臨近工程樁上插450 mm×450 mm鋼格構(gòu)柱，鋼材強度等級采用Q235。

圖5 棧橋平面布置

2）基坑開挖順序?？紤]到基坑北、東側(cè)存在保護建筑，開挖以周邊環(huán)梁施工為主，即以各步環(huán)梁施工為節(jié)點，逐漸放坡開挖，每步開挖范圍以滿足環(huán)梁施工為主，最后進行大面積開挖。每步土方開挖均從基坑西側(cè)挖起，故將整個基坑分為2部分，先挖浙江路與曲阜道一側(cè)，然后開挖保護建筑一側(cè)。為保護周邊既有建筑，使水平土壓力緩慢釋放，保護建筑處開挖時間應(yīng)比先挖部分推遲開挖，見圖6。

圖6 開挖順序

4.2.3 土方開挖流程

1）第一步土方開挖-0.4～-3.1 m（自然地平～第一道支撐底），見圖7。

圖7 第一步土方開挖

2）第二步土方開挖-3.1～-8.3 m(第一道支撐梁底～第二道支撐梁底)，見圖8。

圖8 第二步土方開挖

3）第三步土方開挖-8.3～-13 m(第二道支撐梁底～第三道支撐梁底)，見圖9。

圖9 第三步土方開挖

4）第四步土方開挖-13～-15.75 m(主樓底部)，見圖10。

圖10 第四步土方開挖

5）基坑開挖達至槽底標(biāo)高后，最后進行預(yù)留錐形島土方開挖。臺階使用1.2 m3挖掘機進行開挖，當(dāng)作業(yè)面不能滿足多臺（3臺以上）1.2 m3挖掘機開挖時，換長臂挖掘機進行施工，同時局部使用塔吊配合開挖，見圖11。

圖11 基坑內(nèi)最后剩余土方清除

4.3 開挖過程中軟弱土層的臨時加固

針對⑥1粉質(zhì)粘土層，其在機械碾壓、倒運及運輸過程中，會有大量的水分從土體內(nèi)滲出，易形成基坑積水，并且在運輸過程中會造成大量的泥水外溢，對周邊環(huán)境造成影響。為此，在基坑開挖第2步開挖階段至全部開挖完成，采用參拌灰土的方法對粉質(zhì)粘土進行拌和處理。另外，為在開挖過程中，防止挖掘機械在挖掘過程中陷入土中，制作了鋼制路基箱，用于挖掘機的道路鋪墊。

5 結(jié)語

通過對整個基坑開挖過程及周邊道路、房屋的全程監(jiān)測，開挖過程中，速度變化平穩(wěn)未超出預(yù)警值，累計值在允許范圍內(nèi)，其中基坑最大變形位移24 mm，觀測井水位比降水前降低320 mm，周邊道路最大變形10.1 mm，周邊房屋最大沉降量出現(xiàn)在婦聯(lián)辦公樓，累計沉降量為6.94 mm，基坑處于安全狀態(tài)。

TU74

C

1008-3197（2015）06-06-04

10.3969/j.issn.1008-3197.2015.06.002

2015-08-25

管寶華/男，1978年出生，工程師，天津市建工工程總承包公司，從事工程技術(shù)管理工作。