無止水帷幕深基坑施工及監測

□文/李士強 吳延凱 張 立

工程概況

中國五礦商務大廈工程位于天津濱海新區響螺灣商務區迎賓大道東側、駝場道南側、駝場南道北側，是集辦公、酒店式公寓、商業為一體的高檔功能綜合體。地下2層主要作為車庫；地上26層，最大建筑高度121 m，地上部分分為2棟主塔樓、裙房、連廊3部分，總建筑面積183 267 m2，其中地上144 681 m2，地下38 588 m2；基坑東西長 90 m，南北長 255 m，面積為 22 950 m2。土方開挖18萬m3。±0.00相對于大沽標高3.10 m，場地自然地面相對標高-1.9 m，裙樓坑底標高-9.80 m、主樓坑底標高-11.50 m，開挖深度分別為7.9 m和9.6 m，基礎為承臺—伐板基礎，基礎底板厚度分別為700、900、2 400 mm，局部電梯坑底標高-14.20 m。

周邊環境

距離基坑北側100 m是海河，場地內的自然地面標高為-1.9 m，海河水位位于地坪以下，海河深度較深，常年有輪船經過，無法結冰。工程未設置止水帷幕，但基坑支護結構四周設置了水泥攪拌樁擋土墻，擋土墻的底標高為-6.9 m，而坑底的最淺標高為-8.9 m，最深標高為-14.2 m，在支護施工階段支護樁的施工是保證基坑安全的關鍵。見圖1。

圖1 建筑總平面布置

地質情況

工程地貌為濱海沖擊平原，地基土按成因和時代分為11個亞層，按土的物理力學特征分為25個亞層，部分亞層中分布有透鏡體，主要分層情況見表1。

表1 工程地質情況

支護結構正處于粉質粘土的土層內，現場實際勘察的土質樣本情況表明，此處粉質粘土的透水率很小。

施工分析

地下室水位較淺并且土質透水率很低，綜合工期及成本考慮，在支護樁外部不設置止水帷幕，只在自然地坪至-5.0 m之間設置擋土墻。

正常情況下，沒有止水帷幕支護樁之間容易擠入淤泥，為此工程采用單排鉆孔灌注樁結合鋼筋混凝土內支撐形式作為基坑擋土結構并且工程樁之間無縫隙施工，考慮到此處土質粘結性較高、不易透水，因此淤泥無法擠入基坑內。

基坑開挖面積大、挖土深、地下水位高，樁基施工至-2.4 m處已經見明水，因此確保施工質量及基坑安全甚為重要。

質量控制

基坑支護結構

基坑擋土墻設計為φ700 mm雙頭水泥攪拌樁，深5.0 m，支護結構為直徑800 mm和900 mm間隔布置的鉆孔混凝土灌注樁，在灌注樁樁端設1 400 mm×800 mm混凝土冠梁，在基坑內混凝土冠梁之間設置混凝土結構對撐。見圖2和圖3。

圖2 基坑支護平面

圖3 基坑支護剖面

在基坑四個轉角處設置第2道支撐，既節約了總體成本，又保證了基坑整體的安全。見圖4和圖5。

圖4 第2道支撐剖面

圖5 第2道支撐平面

立柱及立柱樁

豎向立柱上部為鋼結構格構柱，下部為鉆孔灌注樁，鋼格構立柱伸入樁內2 m，鋼構柱穿過地下室底板處，應加焊止水鋼板。挖土施工時應避免機械碰撞鋼構柱。見圖6。

圖6 格構柱剖面

水泥攪拌樁

水泥攪拌樁采用的是雙頭水泥攪拌樁，直徑為700 mm，樁與樁之間咬合200 mm，見圖7。

圖7 水泥攪拌樁示意

由于-5.0 m以上均為雜填土或素土，土質粘結性不夠，無法達到粉質粘土的特殊需求，既無法保護支護樁之間土體的流失，因此4 m深的擋土墻至關重要。

基坑施工

（1）嚴格控制支護樁之間的間距，不能使支護樁的間距過大，如果間距過大，會使淤泥從支護樁的間隙擠入，從而導致透水的發生。

（2）基坑開挖必須在鉆孔灌注樁強度達到設計強度的80%以上，同時水泥攪拌樁強度達設計值80%以上方可進行第一階段土方開挖，挖土至第1道支撐面標高，施工鋼筋混凝土環梁及鋼筋混凝土內支撐。

（3）支撐結構混凝土強度達設計強度80%后，進行第2階段土方開挖，挖土至第2道支撐面標高（此處只開挖四個角部，第2道支撐只存在于角部），施工角部鋼筋混凝土支撐。

（4）在混凝土結構支撐施工完畢后將土方回填，保證土體能覆蓋混凝土結構即可，既起到了保溫的作用，又起到了保護的作用，待支撐結構達到設計要求的開挖條件后再進行大面積開挖。

（5）基坑開挖應分層分段分塊進行。先開挖基坑四角的土，再開挖基坑中間的土，四個轉角土方開挖完畢后A區及D區按圖8順序進行大面積開挖，然后開挖B區，最后開挖C區，開挖的過程中形成時間差，使支護結構變形更加均勻。

圖8 土方開挖分區

（6）嚴格控制基坑土方開挖的土坡高度（分層開挖）及坡度和土方開挖的速度，防止挖土過程中擠斜工程樁，嚴禁挖土機直接碾壓壓頂梁和支撐。

（7）地下室基礎底板、底板與鉆孔樁之間空隙應用300 mm厚素混凝土將基礎結構與混凝土灌注樁之間灌實頂牢，形成坑底傳力帶。

（8）待地下室基礎底板與鉆孔樁之間傳力帶強度完全達到設計要求后，拆除第2道內支撐。

（9）施工地下一層樓板及該層樓板于圍護樁之間的支撐梁并到其設計強度后，拆除第1道內支撐；進而施工以上部分，水平支撐梁采用了間距4 000 mm設置采用強度等級為C35混凝土進行施工，設計的強度等級為C20，這樣能提前進行第1到對撐梁的拆除。

（10）在挖土施工過程中加強對支護的監測，同時注意支護樁之間的滲水情況，一經發現出現滲水及時采用水泥包進行封堵，不能使土體被滲水部位沖開，造成無法估量的損失。

基坑監測

支護結構越長剛度就越差，考慮到支護結構的特點，拐角點是受拉力及壓力的最大處，因此環梁的轉角點及無對撐的位置增設監測點。現場監測需派專職人員進行，在初開挖時2～3 h監測一次并將監測結果進行對比，在開挖完畢后無明顯變形時可將監測次數改為1次/d。每天的數據應控制成相關曲線，根據其發展趨勢分析整個基坑穩定情況。如遇有變形過大等情況，應及時通知各部門以便采取應急補救措施。監測內容包括：

(1)圍護體沿深度的側向位移監測，特別是坑底以下的位移大小和隨時間的變化情況；

(2)基坑內外的地下水位觀測；

(3)周圍道路、路面沉降、裂縫的產生與發展；

(4)坑內水平支撐軸向力隨基坑開挖的變化情況；

(5)豎向立柱的垂直位移與側移。

結語

中國五礦商務大廈工程設計時，根據現場實際地址情況并考慮到成本及支護安全，在支護樁外側只施工4 m深的當土結構，未設置止水帷幕，深8.9 m基坑僅設置一道支護結構，在四個角部增加了第2道支撐；在現場實施階段嚴格按照方案執行，保證了基坑支護的安全，亦保證了土方開挖的順利進行，在20 d內完成了18萬m3土方的開挖，比預計土方開挖工期提前了20 d，同時基坑支護最大變形為29 mm，符合設計要求。