軟土地區(qū)深基坑“墊層換撐”體系的建立與施工技術(shù)研究

孫志國

北京市第三建筑工程有限公司 北京 100044

1 工程概況

寧波綠地中心工程基坑由4個(gè)地塊組成，基坑周長885 m，面積41 000 m2，最大開挖深度標(biāo)高－23.0 m?；又ёo(hù)采用地下連續(xù)墻＋內(nèi)支撐形式，基坑安全等級(jí)為一級(jí)。工程整體設(shè)置3層地下室，地上由5座塔樓及附屬裙房組成。

該工程基坑周邊環(huán)境復(fù)雜，緊鄰市政道路，基坑北側(cè)為外灘大橋、東側(cè)為汽車下行通道、東南角為文物保護(hù)建筑，其中基坑西側(cè)緊鄰地鐵2號(hào)線車站及區(qū)間隧道，距離本工程地下室最近距離僅有11.5 m，基坑四周為城市主要道路，分布大量市政管線。

為降低大面積開挖風(fēng)險(xiǎn)性，基坑采用“化整為零、分區(qū)順作”，將整個(gè)基坑劃分為10個(gè)分區(qū)，不同步進(jìn)行開挖施工（圖1）。

工程場地土層從上到下依次為：①雜填土、②1黏質(zhì)粉土、②2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉土、③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、④淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、⑤1粉質(zhì)黏土、⑤2粉質(zhì)黏土夾粉土、⑥粉質(zhì)黏土、⑦粉質(zhì)黏土、⑧1含黏性土粉砂，其中⑤2層為微承壓含水層。

工程基礎(chǔ)底板厚800、1 150、3 150 mm，基礎(chǔ)底板標(biāo)高－15.1 m，墊層采用C15素混凝土墊層，設(shè)計(jì)墊層厚200 mm，工程基底含有大量集水坑、電梯坑、柱承臺(tái)等坑中坑。

圖1 基坑平面位置

2 工程基坑特點(diǎn)、難點(diǎn)分析

2.1 基坑周邊環(huán)境復(fù)雜，變形控制要求苛刻

由于基坑周邊環(huán)境復(fù)雜，尤其西側(cè)緊鄰地鐵2號(hào)線車站及區(qū)間隧道，基坑監(jiān)測深層水平位移報(bào)警值為50 mm。鄰近地鐵隧道側(cè)30 mm，根據(jù)地鐵有關(guān)部門要求，基坑施工時(shí)地鐵隧道沉降及水平位移報(bào)警值為7 mm，變形極限值為10 mm，基坑開挖必須確保其萬無一失。

2.2 場地內(nèi)土層條件差

本工程場地②2、③、④層土含水量高、壓縮性高，呈流塑狀，較為軟弱，物理力學(xué)性質(zhì)相對較差，厚度較厚，基坑開挖范圍內(nèi)主要以②2層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土為主，軟弱土質(zhì)提高了基坑施工風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 工程基底含有大量坑中坑

由于工程基底存在大量的電梯坑、集水坑、柱承臺(tái)等坑中坑，基底標(biāo)高不一，延長了土方開挖時(shí)間與底板形成時(shí)間，進(jìn)而延長了基坑暴露時(shí)間，對基坑變形造成較大影響，加大了基坑風(fēng)險(xiǎn)。

3 “墊層換撐”體系建立研究思路

為了使基礎(chǔ)墊層可以有效作用于圍護(hù)體上，并且給予基坑圍護(hù)體足夠的支撐反力用以防止基坑變形，必須解決以下問題：

1）基礎(chǔ)墊層被坑中坑放坡而導(dǎo)致斷開，墊層無法成為整體進(jìn)行受力。

2）基坑開挖速度慢，基礎(chǔ)墊層形成時(shí)間較長。

3）基礎(chǔ)墊層強(qiáng)度低，受力面積較小。

為解決以上問題，需制訂相應(yīng)措施，使建立起來的“墊層換撐”體系提高墊層的整體連續(xù)性、作用強(qiáng)度、縮短土方開挖時(shí)間，使墊層快速又有效地作用于圍護(hù)體，形成支撐，給予底板換撐形成的充分時(shí)間，從而達(dá)到控制基坑變形、降低基坑實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)的目的[1-5]。

4 “墊層換撐”體系實(shí)施

4.1 在坑中坑內(nèi)設(shè)置型鋼傳力桿件，保證墊層連續(xù)性

在工程實(shí)施中采用型鋼作為傳力桿件并將其置于坑中坑頂部兩側(cè)，型鋼端部設(shè)置邊梁，坑頂四周采用配筋加厚墊層的方法，從而使斷開的墊層實(shí)現(xiàn)力的傳遞，提高墊層的整體連續(xù)性（圖2）。

圖2 傳力桿件設(shè)置剖面

實(shí)施中，坑中坑周邊配筋加厚墊層及邊梁先進(jìn)行澆筑，在邊梁內(nèi)部設(shè)置型鋼支撐埋件，墊層澆筑完成后立即設(shè)置支撐桿件，自此坑中坑墊層傳力系統(tǒng)設(shè)置完畢。

4.2 先大面積進(jìn)行墊層澆筑，后進(jìn)行坑中坑開挖

工程實(shí)施中，先進(jìn)行大面積的墊層澆筑，坑中坑區(qū)域暫不開挖，坑中坑區(qū)域墊層同周邊墊層標(biāo)高，同步進(jìn)行澆筑。待墊層混凝土強(qiáng)度達(dá)到80%后，進(jìn)行坑中坑區(qū)域墊層破除與土方開挖，而后進(jìn)行墊層澆筑和底板鋼筋的綁扎與澆筑。

采用此方法可提前形成基坑整體墊層，達(dá)到較好的墊層支撐效果?？又锌訁^(qū)域墊層開挖時(shí)，外部墊層已達(dá)到了較高的混凝土強(qiáng)度，與此同時(shí)，外部可形成部分底板換撐，對圍護(hù)結(jié)構(gòu)形成較好的支撐效果，此時(shí)對坑中坑進(jìn)行專項(xiàng)的施工，對整個(gè)基坑的安全影響較小。

4.3 基底墊層分塊澆筑

對于大面積深基坑，當(dāng)基底進(jìn)行開挖時(shí)，挖土機(jī)械的坑內(nèi)取土與轉(zhuǎn)運(yùn)將會(huì)大大降效，故在基坑開挖時(shí)，每日出土量將受到限制，從而延長了土方開挖時(shí)間。此時(shí)，如果基坑支撐設(shè)置不及時(shí)，將會(huì)延長基坑暴露時(shí)間，對基坑變形控制極其不利。工程實(shí)施時(shí)，采用分塊進(jìn)行開挖的方式，墊層混凝土隨土方開挖分塊實(shí)施，可大大縮短墊層支撐形成的時(shí)間（圖3）。

圖3 工程基坑分塊

4.4 提高墊層混凝土強(qiáng)度與厚度

常規(guī)工程設(shè)計(jì)墊層強(qiáng)度往往較低且較薄，為使墊層達(dá)到支撐效果，必須加大支撐受力面與強(qiáng)度。寧波綠地中心工程基底墊層混凝土強(qiáng)度原設(shè)計(jì)等級(jí)C15，厚200 mm，為使墊層達(dá)到支撐支護(hù)效果，在工程基坑周邊9 m范圍內(nèi)，提高墊層混凝土強(qiáng)度等級(jí)至C20，厚300 mm，從而極大地提高了“墊層換撐”實(shí)施效果。

5 工程實(shí)施效果

寧波綠地中心工程距離地鐵最近的基坑Ⅰ區(qū)于12月10日起開始進(jìn)行土方開挖，次年4月5日起開始進(jìn)行基底墊層施工，基礎(chǔ)底板施工時(shí)間為次年4月20日至5月10日。為滿足基坑變形要求，確保基坑安全，工程在基底施工階段采用墊層換撐施工技術(shù)，取得了良好成效，確保了基礎(chǔ)底板施工階段的基坑風(fēng)險(xiǎn)。

選取工程墻體變形位移監(jiān)測點(diǎn)為研究對象，基礎(chǔ)底板施工階段變形深層水平最大位移僅為4.25 mm。由圍護(hù)變形曲線（圖4）可以看出，基坑控制在設(shè)計(jì)理論變形范圍內(nèi)，變形曲線呈設(shè)計(jì)理論趨勢。

圖4 基坑圍護(hù)體變形曲線對比

6 結(jié)語

通過工程實(shí)踐，應(yīng)用文中所述技術(shù)手段建立起來的“墊層換撐”體系對圍護(hù)結(jié)構(gòu)可起到有效的支護(hù)作用，進(jìn)而解決了軟土地區(qū)大、深基坑工程基礎(chǔ)施工階段變形控制技術(shù)難題，降低了施工風(fēng)險(xiǎn)，使基坑變形在可控范圍內(nèi)，保證了基坑及周邊既有建筑安全，取得了較高的社會(huì)效益和間接的經(jīng)濟(jì)效益，具有很好的推廣價(jià)值。

工程實(shí)際應(yīng)用時(shí)可根據(jù)自身工程實(shí)際情況選取不同方式建立“墊層換撐”體系。另外，隨著基坑變形控制技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，我們將進(jìn)一步研究、完善技術(shù)手段，使“墊層換撐”體系的建立更加便捷與經(jīng)濟(jì)，并使其發(fā)揮出更大的作用。