敏感環(huán)境下多規(guī)格圓環(huán)支撐的超大超深基坑施工

金 熙

(上海陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)開發(fā)股份有限公司，上海 200135)

1 概述

背景項(xiàng)目位于天津市紅橋區(qū)北馬路、大豐路交叉處，東臨長征醫(yī)院；南鄰北馬路；西鄰大豐路、地鐵1號(hào)線；北面為清真寺、學(xué)校和建設(shè)中的高層小區(qū)。

工程由“虹橋大都會(huì)”“兩棟高端寫字樓”及“陸家嘴商務(wù)大酒店”四個(gè)單體建筑組成。

整個(gè)工程基坑面積近4.5萬m2，南北寬度約154 m，東西長度為268 m～348 m，開挖深度19.9 m～21.2 m，如圖1所示。

地下連續(xù)墻共171幅。金融大廈區(qū)域地連墻有效長度為39 m，其他區(qū)域均為36 m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為水下C35。

2 水文地質(zhì)情況

本工程場(chǎng)地土層分布情況詳見表1。

表1 各土層主要物理力學(xué)指標(biāo)

水文地質(zhì)條件：

1)上層滯水含水層主要為雜填土層，隔水底板為②淤泥、③粘土及④-1粉質(zhì)粘土層。

2)潛水含水層由④-2粉土及⑤-1粉土層組成，局部與上部滯水層貫通。潛水相對(duì)隔水層為⑤-2粉質(zhì)粘土、⑥粉質(zhì)粘土及⑦粉質(zhì)粘土層。

3)微承壓含水組。

第一微承壓含水層為⑧粉土層，相對(duì)隔水層埋深⑨-1粉質(zhì)粘土層。第二微承壓含水層為⑨-2粉土層，相對(duì)隔水層為⑩粘土層。

靜止水位埋深2.0 m～4.0 m左右。

3 工程難點(diǎn)與特點(diǎn)

1)超深地下連續(xù)墻施工技術(shù)要求高，垂直度要求高；穿越兩層承壓水層，對(duì)槽壁穩(wěn)定、垂直度均有不良影響；鋼筋籠長、重，需整體吊裝，對(duì)吊機(jī)選擇、吊裝工藝及鋼筋籠整剛度均有較高的要求。

2)基坑體量超大，面積超大，深度深。主樓挖深20.6 m，其他部位挖深19.9(19.4) m，最深處開挖25.2 m(主樓電梯井)，土方開挖量達(dá)85.6萬m3。

3)多規(guī)格圓環(huán)支撐受力較為復(fù)雜及敏感度高。施工過程中，需對(duì)支撐系統(tǒng)進(jìn)行合理分塊制作，基坑土方對(duì)稱開挖，以避免基坑周邊不均勻荷載。

4 施工部署及技術(shù)措施要點(diǎn)

4.1 圍護(hù)及支撐方案選型

結(jié)合主體結(jié)構(gòu)、場(chǎng)地情況及周邊環(huán)境，工程圍護(hù)形式采用局部三軸止水帷幕+1 m(西側(cè)1.2 m)厚的地墻+四層鋼筋混凝土環(huán)梁水平支撐，作為基坑支護(hù)體系(見圖2)。地連墻接頭采用“十”字鋼板的接頭形式。水平支撐采用腰梁+兩個(gè)大直徑桁架式環(huán)梁+若干輻射撐及角撐(C30)等組成，桿件密集處掛板開洞，支撐系統(tǒng)如表2所示。

表2 各水平支撐設(shè)計(jì)參數(shù) m

環(huán)形支撐的受壓性能較好，將支護(hù)結(jié)構(gòu)傳遞來的荷載轉(zhuǎn)化為環(huán)梁的軸力，撐桿及環(huán)梁的彎矩都較小，其軸向變形也較小，整體支撐剛度較大，可有效減少其變形，因而支撐結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形也得到有效的控制，有利于周邊建構(gòu)筑物及管線的保護(hù)。

4.2 超深地墻施工

1)選擇性能優(yōu)良、高效的成槽設(shè)備SG40,SG50。該設(shè)備垂直度控制性能優(yōu)良，裝配高精度挖掘裝置；施工效率高；成槽的垂直性好；先進(jìn)的電子測(cè)量系統(tǒng)；安全可靠的保護(hù)系統(tǒng)；獨(dú)特的液壓卷管系統(tǒng)。

2)加強(qiáng)鋼筋籠整體剛度，地墻鋼筋籠采用整體雙機(jī)十點(diǎn)吊的施工方法，主副吊分別采用250T/150T履帶吊；直線段鋼筋籠設(shè)置桁架鋼筋，轉(zhuǎn)角處鋼筋籠除設(shè)置縱、橫向起吊桁架和吊點(diǎn)之外，另增設(shè)“人字型”桁架和斜拉桿進(jìn)行加固。

3)優(yōu)化泥漿配比：選用粘度大，失水量小的泥漿來護(hù)壁，并摻外加劑，加強(qiáng)對(duì)泥漿液面的監(jiān)控，液位下落及時(shí)補(bǔ)漿。

4)混凝土澆筑控制：成槽完畢后采用十字鋼板接頭刷在前一幅槽段的接口反復(fù)刷洗，保證地墻接頭質(zhì)量。澆筑混凝土前檢查導(dǎo)管氣密性，澆筑時(shí)確保導(dǎo)管插入混凝土深度。

4.3 降水系統(tǒng)布置

降水系統(tǒng)采用φ325 mm大口井降水方式。分別設(shè)置不同深度疏干井、減壓井，既要滿足土方開挖干作業(yè)，也要避免下部承壓水層帶來的突涌風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)設(shè)置觀測(cè)井對(duì)基坑內(nèi)外實(shí)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

疏干井：地面以下0 m～26 m/31 m為橋式濾水管。減壓井：地面以下0 m～40 m為實(shí)管，40 m～45 m為濾水管?；又車O(shè)潛水觀測(cè)井及第一微承壓水層的觀測(cè)井。

遵循“按需降水”的原則，在疏干坑內(nèi)地下水期間加強(qiáng)對(duì)第二微承壓含水層的水頭觀測(cè)，根據(jù)實(shí)際水頭高度，及時(shí)調(diào)整和控制深層減壓井的降水運(yùn)行。注意因降水引起的地面變形，以免對(duì)周邊環(huán)境造成不利影響。

4.4 土方開挖施工

4.4.1出土棧橋布置

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)周邊環(huán)境及道路情況，由于西、南兩側(cè)距基坑位置較近，且不能形成環(huán)路。為提高出土效率，在圓環(huán)支撐內(nèi)各設(shè)置一個(gè)棧道，既是挖土通道，又可以為地下施工期間施工材料入坑的運(yùn)輸通道。

路面及連桿采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。棧道在支撐圓環(huán)外部分與原支撐系統(tǒng)結(jié)合，而在支撐圓環(huán)內(nèi)棧道柱新增鋼格構(gòu)柱，其樁基主要利用原有工程樁。棧道在每個(gè)大圓環(huán)支撐南北向布置，與北側(cè)道路接平，設(shè)置4 m寬的平臺(tái)過渡后，按照1∶8坡度斜至-8.0 m挖土平臺(tái)。棧橋?qū)挾葹?2 m,14 m(見圖3)。

4.4.2高效安全出土

根據(jù)圍護(hù)及支撐形式和現(xiàn)場(chǎng)情況分析，按照分層、分皮、分塊的原則進(jìn)行挖土施工。充分利用時(shí)空效應(yīng)，采用“棧道、中心島及倒挖出土”施工方法，盡早形成支撐體系，減小圍護(hù)、基坑及周邊環(huán)境變形。挖土工況如圖4，圖5所示。

1)第一皮土方以場(chǎng)地中部的樁基施工道路為界將帽梁、第一皮土方(第一道支撐)分成Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)兩個(gè)區(qū)域共14個(gè)小塊。

2)第二皮～第四皮土方，分成15個(gè)小塊。按照“先角后邊”“環(huán)境保護(hù)低的先挖，環(huán)境保護(hù)高的后挖”的原則，對(duì)稱挖土，利用時(shí)空效應(yīng)，控制挖土節(jié)奏，使支撐圓環(huán)受力均勻。

3)第五皮土方，根據(jù)底板后澆帶劃分成20塊，在圓環(huán)內(nèi)中心島的位置形成階梯式挖土平臺(tái)，先澆筑圓環(huán)支撐下的底板，然后向中心島后退依次形成底板結(jié)構(gòu)，按照“南北對(duì)稱”“先外圍后中間”的順序依次開挖施工。

4.4.3混凝土支撐拆撐

為了保護(hù)基坑和周邊環(huán)境的安全，混凝土支撐采用機(jī)械+人工破除的支撐方式，使拆除后基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生過大的應(yīng)力釋放，需遵守以下原則：

1)支撐拆除前，底板及傳力帶混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求；

2)先分離支撐桿與圍檁，再拆支撐桿，最后拆圍檁；先拆除副撐，再拆除主撐；

3)先拆東西兩端，再拆中間區(qū)域，由下而上分層拆除；

4)拆除支撐過程中，必須加強(qiáng)對(duì)周圍環(huán)境的監(jiān)測(cè)，出現(xiàn)異常時(shí)，立即停止拆除工作。在采取相關(guān)措施，確保安全的前提下，方可繼續(xù)拆除工作。

5 實(shí)施效果分析

根據(jù)基坑監(jiān)測(cè)報(bào)告數(shù)據(jù)的反饋與分析，在基坑施工過程中，成功的控制了西側(cè)地鐵運(yùn)行地鐵線及車站、周邊建構(gòu)筑物及管線的變形量?；娱_挖階段圍護(hù)深層水平位移為25.2 mm，建構(gòu)筑物最大沉降量為15.3 mm，周邊管線最大沉降12.6 mm；日變形量及累計(jì)變形量均在基坑可控的變形范圍內(nèi)。

整體土方開挖和水平支撐施工時(shí)間為182 d，與原進(jìn)度計(jì)劃相比，提前了35個(gè)日歷天。

6 結(jié)語

本工程屬超大超深基坑，支撐復(fù)雜，周邊環(huán)境敏感。基坑圍護(hù)經(jīng)優(yōu)化后，僅保留了地鐵線一側(cè)的攪拌樁止水帷幕，這對(duì)地墻施工的質(zhì)量提出了更高的要求。為確?；邮┕ぐ踩瑖?yán)格遵守先撐后挖的原則，在基底有工作面的基礎(chǔ)上，盡早進(jìn)行底板及傳力帶施工，以減少超大基坑的不利影響。另外，由常規(guī)的“挖掘機(jī)傳遞，多次倒運(yùn)式”的出土方法，創(chuàng)新為“分區(qū)開挖，棧橋鋪路，裝載機(jī)入坑，根據(jù)不同工況先角后邊、中心島后退開挖”，提高了出土效率、降低了施工成本，在縮短基坑暴露時(shí)間的同時(shí)，有效地減少了基坑變形，對(duì)周邊環(huán)境影響降至最小化，保證了基坑安全。總體看來，在整個(gè)施工過程中，各項(xiàng)措施得當(dāng)，為以后類似工程提供了成功的借鑒案例。