?？谥协h(huán)國際廣場復建項目深基坑圍護設計與施工優(yōu)化

上海中環(huán)投資開發(fā)集團有限公司 上海 200060

1 工程概況

?？谥协h(huán)國際廣場項目位于?？谑袨I海大道南側，國貿(mào)三橫路東側，位于?？谑兄行腃BD區(qū)域。原本項目規(guī)劃為28 層商辦綜合樓，于1992年即施工過工程樁、圍護樁（單軸攪拌樁+鉆孔灌注樁），并局部開挖，第1道支撐的墊層也已經(jīng)做好，后因故停建。上海中環(huán)集團2006年收購此項目后重新規(guī)劃，新項目建筑面積約10 萬m2，高度153 m，地上39 層，地下3 層。地上1～4層為裙房，為金融商業(yè)，5～22層為5A甲級寫字樓，23～39層為超五星級酒店。地下3層，為汽車庫和設備用房?？紤]到基坑老圍護施工年代久遠，且無論深度和范圍都有很大變化，因此需重新考慮圍護方案。

1.1 周邊環(huán)境

項目地處?？谑泻诵膮^(qū)域，周邊環(huán)境比較復雜。北側緊鄰濱海大道，下面有多條重要市政管線；東側緊鄰寶華海景公寓，寶華海景公寓地上30 層，地下2 層，基礎埋深約8.5 m，與本工程地下室相距10 m；西側為規(guī)劃中的國貿(mào)三橫路，路西為南洋大廈，南洋大廈地上28 層，與本工程地下室相距約35 m；南部為拆遷空地和施工臨時用房。

從以上分析可以看出，在設計和施工時應重點關注的是北側的市政管線和東側的超高層。

1.2 地質(zhì)情況

場地表層雜填土為近期堆填而成，其下為深厚淤泥層②，厚約11.15 m。該土層呈軟塑-流塑狀，強度很低，對圍護結構的土壓力較大。往下土層為粗砂③，層頂深度在地面下13.55 m，該土層正位于大底板底面上下，強度高但透水性大，圍護結構隔水措施應穿過該砂層，切斷地下水來源，否則會產(chǎn)生坑底涌水、管涌等現(xiàn)象。其下為粉質(zhì)黏土④層，該土層土性較穩(wěn)定，能提供較好的被動土壓力。

2 工程重點、難點分析

（a）新建基坑在東、西、北三側范圍均要超過老基坑，南側和西北角局部基本和老基坑一致。從施工成本和進度考慮，希望盡可能利用南側和西北角的老圍護結構，但因原老圍護時間久遠，在考慮使用之前必須對老圍護的有效性進行判定。評定包括原擋水的攪拌樁和擋土的鉆孔灌注樁。

通過摸底，老的水泥土攪拌樁為單排，系由單軸攪拌機施工(這種機械早己淘汰)，未能穿透粗砂層。通過現(xiàn)場抽水現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，老圍護坑內(nèi)抽水，局部圍護外地下水亦跟隨下降，表明原有隔水措施失效，需要重新考慮隔水措施。

（b）經(jīng)過對老的圍護樁現(xiàn)場鉆芯取樣判定，某混凝土的強度為C30，配筋為15 根Φ28 mm圓，通過鋼筋拉拔試驗結果，鋼筋強度滿足2級鋼的強度標準值。由于材料強度和配筋率情況都很好，因此決定對老鉆孔灌注樁加以利用。但由于新基坑的深度比老基坑要深很多，因此必須按照目前的深度和支撐條件進行驗算。原D800 mm@1 000 mm鉆孔樁的容許彎矩是880 kN·m，在設有3 道支撐情況下，鉆孔樁的計算彎矩將達1 498 kN·m，抗彎強度明顯不足，因此，在老鉆孔樁自身無法增強的情況下，最經(jīng)濟的辦法是在老鉆孔樁內(nèi)側補打鉆孔樁，并在樁頂通過混凝土承臺與第1道混凝土支撐連系起來。

（c）本項目由于地質(zhì)情況特殊，在靠近基礎底板標高附近為第③層粗砂，如果擋水施工質(zhì)量不好，極其容易引起噴砂、管涌現(xiàn)象，為確保施工質(zhì)量，我們特地從上海挑選了經(jīng)驗豐富的施工隊伍，用三軸水泥土攪拌樁或高壓旋噴樁施工設備以確保穿過粗砂層，確保擋水效果。

（d）本項目周邊環(huán)境復雜，為確保臨近建筑及市政管線的安全性，對控制基坑水平位移的要求非常高。類似項目多采用排樁+內(nèi)支撐或地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐等圍護方式，而尚無深基坑采用內(nèi)支撐的先例，同時土層力學性質(zhì)參數(shù)很差，施工難度大。

3 圍護方案設計及其優(yōu)化[1-5]

3.1 圍護方案設計

本項目深基坑圍護設計采用技術上較為先進、成本上較經(jīng)濟的排樁+環(huán)形內(nèi)支撐系統(tǒng)。新增鉆孔樁D950 mm@1 150 mm作支護土體（不考慮使用老的灌注樁）。新增D900 mm@575 mm旋噴樁隔水，旋噴樁深度應穿過粗砂層進入④層黏性土內(nèi)一定深度，形成一個封閉的止水帷幕。坑內(nèi)用真空深井降水，降水到坑底下0.5 m。支撐系統(tǒng)采用3 道鋼筋混凝土支撐，其下設置鋼立柱。支撐系統(tǒng)由橢圓形環(huán)梁與東西向?qū)谓M成，支撐系統(tǒng)支承于鋼立柱上。鋼立柱插于D800 mm鉆孔樁內(nèi)。為了便于土方開挖，在東、西向?qū)紊显O置混凝土棧橋，并在坑北側與南側各設置1 個挖土平臺。棧橋下鋼立柱之間增設工字鋼剪刀撐，以保證鋼立柱的穩(wěn)定性（圖1）。

圖1 基坑圍護平面示意

3.2 設計方案優(yōu)化

3.2.1 灌注樁優(yōu)化

在基坑南側、西北角區(qū)域，新老基坑范圍基本一致，且老的鉆孔樁材料強度和配筋情況還比較樂觀，僅僅是樁身不能滿足最大彎矩，即原有D800 mm@1 000 mm鉆孔樁的容許并彎矩是880 kN·m，而在設有3 道支撐情況下，圍護樁的計算彎矩為1 498 kN·m。由于本項目淺層土層主要是淤泥質(zhì)土，屬軟土地基，故參照上海市的相關經(jīng)驗，把新增樁和老樁結合部位按照兩樁剛度疊加方法驗算。經(jīng)設計優(yōu)化后，在基坑東、西、北三側新增樁仍為 D950 mm@1 150 mm而南側、西北角新增樁可改為D950 mm@2 300 mm，樁間距為東、西、北三側的1 倍，強度同樣可以滿足要求，僅此一項可以節(jié)約40 根長28 m D950 mm灌注樁。兩種不同類型的基坑剖面見圖 2、圖3所示。

圖2 利用舊有圍護的南側和西北角基坑剖面

圖3 東、西、北三側新擴邊的基坑剖面

3.2.2 立柱樁優(yōu)化

由于內(nèi)支撐需要鋼立柱支撐，而鋼立柱又需要立柱樁支撐，所以基坑中新增了98 根立柱樁。由于本項目為樁筏基礎，工程樁以核心筒為中心呈輻射狀滿堂布置，因此應盡可能利用工程樁兼做立柱樁，做到兩樁合一。通過和設計院、圍護單位多次溝通協(xié)調(diào)，反復調(diào)整立柱樁或者工程樁位置及驗算，最終明確有 35 根工程樁可以兼做立柱樁。

3.2.3 第3道支撐優(yōu)化

由于甲方設計變更，基坑北側要向下再超挖700 mm，圍護設計單位擬采取降低第3道支撐標高的方法來解決。但是由于降低第3道支撐后和底板板面之間間距小于400 mm，施工空間不足，鋼筋預留困難，因此建議第3道圍檁做成梯形狀（圖4）。這樣既能減小第3道支撐和坑底的間距，以減小因超挖帶來的不利影響，同時也不影響施工操作面。與此同時，采取混凝土澆筑底板時候一直澆搗到圍護樁的施工措施。綜合這兩項措施，經(jīng)過計算可以滿足要求。通過實際觀察，該處樁身變形亦屬于正常范圍，說明采取的措施是有效的。

圖4 第3道支撐圍檁的斷面設計優(yōu)化

3.2.4 降水措施優(yōu)化

根據(jù)海南地質(zhì)特點和當?shù)厥┕そ?jīng)驗，建議降水從真空深井改為自流深井降水。理由如下：該場地下存在一層較厚淤泥層，其土層中水體流動性較好，另外考慮到本項目設計的隔水旋噴樁己穿過粗砂層，自流深井可以達到降水目的。經(jīng)過項目實際檢驗，經(jīng)過自流井降水后挖出的土干燥性比較好，說明當初的判斷還是正確的。

4 基坑施工

4.1 圍護樁及內(nèi)支撐施工

本項目由于工期較緊，采用灌注樁、旋噴樁和內(nèi)支撐平行施工。灌注樁施工又分為2 部分，一部分是周邊的灌注樁，另一部分是立柱樁，打樁完畢后坑外開始做旋噴樁，坑內(nèi)開始做內(nèi)支撐。由于老基坑部分土體已經(jīng)開挖，而第1道支撐標高基本和自然地坪齊平，因此局部地區(qū)還要搭腳手架做第1道水平支撐。在第1道支撐達到設計強度80%后再向下開挖到第2道支撐標高。在第2道支撐達80%強度后開挖到第3 道支撐標高，方法同上。第3道支撐達80%強度后開挖到坑底標高，并立即分塊澆筑墊層，盡快澆筑底板，底板四周傳力帶可與底板一起澆筑。

由于挖土和做支撐基本上依次進行，故在施工總的原則上遵循分塊挖土、一旦開挖后及早形成支撐受力體系。在開挖順序上應先開挖角撐部位土體，再開挖對撐下土體，挖開1 塊澆筑1 塊，整個支撐結構分成6 塊澆筑，接頭處留有后澆帶，待支撐混凝土收縮完成后用微膨脹混凝土灌注后澆帶。

4.2 支撐拆除

3 道混凝土支撐時采用了2 種拆除方案。第1道支撐拆除采用機械人工拆除?？紤]到第2道以及第3道支撐位于坑下，采用爆破拆除對周邊影響小，且條件允許，因此采用靜態(tài)爆破+機械拆除。

在支撐拆降前，在底板四周應澆筑混凝土傳力帶到圍護樁，采用磚胎模，磚胎模比基礎表面低300 mm，基礎與傳力帶同時澆筑完成，故傳力帶混凝土強度與基礎混凝土同標號。在傳力帶養(yǎng)護5 d后可鑿除第3道支撐；地下2層結構層完成且四周澆筑鋼筋混凝土傳力短梁抵住圍護結構，遇有樓板坡道開孔處，再加鋼支撐傳力，然后可鑿除笫2道支撐；地下1層結構層完成且四周澆筑鋼筋混凝土傳力短梁抵住圍護結構，遇有樓板坡道開孔處，亦用鋼支撐傳力，然后可鑿除笫1道支撐及棧橋；

4.3 基坑監(jiān)測

為確保基坑安全，本工程采取以信息化方式指導施工，及時反饋基坑及周邊環(huán)境變形的信息。施工過程中主要對灌注樁測斜、樁頂水平位移和沉降、坑外水位，通過預埋應變探測片測量支撐軸力、周邊建筑物沉降和傾斜、周邊市政道路路面沉降等進行了監(jiān)測。各監(jiān)測項目的監(jiān)測頻率應根據(jù)施工工況，按土方開挖前到回填結束后1 次/d標準執(zhí)行，當監(jiān)測值的日變化量較大、監(jiān)測值達到或接近報警值或遇到不良天氣狀況時，應適當加密。監(jiān)測期間一旦達到設計預警值立即報告。經(jīng)監(jiān)測，本項目各項指標正常，均在設計可控制范圍之內(nèi)。

5 結語

本項目基坑平均挖深為14.5 m，且臨近城市主干道，周圍管線密布，若按照?？谑挟?shù)爻Ｒ?guī)做法采用排樁+預應力錨索，安全隱患極大，無法保證基坑自身安全和周邊環(huán)境安全。后通過方案比選和優(yōu)化，選擇了技術先進的排樁+水平環(huán)梁內(nèi)支撐擋土、旋噴樁止水，從工程實踐來看，這一方案改善了圍護樁的受力性能，減小了基坑的變形，較好地解決了周邊環(huán)境的特殊要求，同時為土方開挖創(chuàng)造了良好的條件，也取得了很好的經(jīng)濟效益，對當?shù)卦O計、施工單位都具有一定的借鑒意義。