城市商業中心區域超高層建筑深基坑施工研究
2010-12-31 00:00:00劉文倫
現代商貿工業 2010年13期
摘要:在商業中心區域建造超高層建筑施工難度很大，又特別是深基坑開挖及邊坡支護施工，涉及到項目周邊的方方面面因素很多，要按期、保質、安全順利地完成深基坑施工難度就更大。在此，結合我公司在重慶中心商業區開發建設的超高層項目的實例，探討深基坑開挖及邊坡支護設計與施工的方法。
關鍵詞:深基坑;支付;設計及施工安全
中圖分類號:TU
文獻標識碼:A
文章編號:1672-3198(2010)13-0382-02
1 項目概況
該使用性質為超高層綜合性商業、辦公、住宅建筑。該項目位于重慶市主城區核心商業圈，基礎北側臨一小學校，西南側均為城市次干道，基地東北面緊接中心商圈環道，其交通便利，商業價值較高。總用地面積11310m2。總建筑面積130533m2。建筑基底面積7328.13m2。
結構形式:塔樓為鋼筋混凝土框筒結構，裙樓為鋼筋混凝土框架結構。塔樓建筑總高度:A塔樓149.95米，B塔樓149.95米。
本項目主要功能及規模:地下層主要是機械式汽車庫和設備用房;業態有商業、寫字樓、公寓(住宅)。
2 項目基地工程地質概況
場地地質概況
場地屬淺切丘陵地貌，經過人工改造，地勢較平坦，地形總體東南低西北高。巖層產狀310°∠4°，場區無斷層通過，地層連續穩定。
地內出露地層巖性有:第四系人工雜填土(Q4ml)和殘坡積粉質粘土(Q4el+dl)及侏羅系中統沙溪廟組(J2s)組成，區域內沒有發現滑坡、崩塌、泥石流、地下采空區、地下洞室等不良地質現象。
3 深基坑開挖及支護方案
3.1 本項目基坑護坡的技術難點分析
從本工程的邊界條件和地層條件來看，其基坑護坡存在以下技術難點:
3.1.1 基坑大、深，巖土質構成復雜
由于該工程屬大型深基坑，挖深6-15.5m;開挖基坑底面積大，約11000㎡。而上部2.5m-4.0m內均為雜填土，局部達到6米高，土質屬中軟地層，這樣無論是土釘護坡還是護坡樁護坡都有一定的施工難度。
3.1.2 地下障礙物的存在
由于本工程位于老城區內，地下各種廢棄管和人防等地下障礙物的位置、埋深、走向、數量不詳，造成地下水的滲漏位置、水量不清。
3.1.3 危險性高
緊鄰由于本項目處于城市中心商業區，為盡量利用有限的地塊面積，大多數位置，地下室外墻外邊線僅退項目用地紅線3米，因此開挖基坑邊線與周邊邊界很窄，北側與學校圍墻僅一米寬，東、西側與城市主干道、次干道也僅五、六米寬。開挖基坑時一旦出現垮塌，就直接到影響學校的正常使用，或城市主干道的正常交通，社會影響極大。
3.2 開挖及支護方案的確定
3.2.1 基坑施工的主要思路
從上述分析可以看出，本工程護坡區的周邊條件的差異要求本基坑護坡方式和支護體系強度不同，在選擇各側護坡方法時，應在充分利用原狀巖土自穩的條件下實現基坑各側的支護體系與周邊條件相統一。為此，在詳細分析本基坑的地質條件和周邊環境的基礎上，通過理論分析并參考同類工程的經驗，經技術、經濟的對比，提出本項目基坑施工的主要思路:水平、豎向分區域、分段施工，每段高不超過2米，邊向下開挖，邊進行基坑支護;從原始地貌較高處東北角開始施工，在原始地貌最低處東南角，并結合原有道路，設運土石渣及支護材料車輛的通道出口。
3.2.2 基坑開挖主要措施方案
原房屋拆除破碎建筑物渣土及上面土層采取裝載機直接上車運出;巖石主要采用爆破方式破碎，而為了盡量避免對基坑開挖邊界外巖土層的擾動，造成相鄰道路和學校場地開裂，影響正常使用，對基坑開挖邊界線3米范圍內的巖石，采用機械切割破碎方式處理。
3.2.3 基坑支護主要方案
在分析本基坑的地質條件和周邊環境的基礎上，基坑支護方案確定為噴錨支護和混凝土抗滑樁加擋板兩種方式。在基地的西南角土層厚5-6米區域，采用混凝土抗滑樁加擋板的支護方式;而其它區域采用噴錨支護。
3.2.4 噴錨支護
(1)噴錨支護的設計方案。噴錨網支護技術原理是利用沿途介質的自承能力，借助錨桿與周圍土體的摩擦力和粘聚力，將外部不穩定土體和深部穩定土體聯在一起，形成一個穩定的組合體。
錨桿端部互相連接的噴射混凝土面板，由于緊密嵌固于土體中，它不僅能很好的調節錨桿相互之間的應力分布，而且可以很好的起到防水作用。一是防止水沖刷邊坡給基礎施工帶來不便，二是可以有效地防止地下水的滲漏，避免周圍地面沉降，影響建筑物的安全。
噴錨網由于采用水平壓力灌漿新技術，大大加強了地面的承載能力。重型施工機械、車輛可在邊坡地面任意行走。噴錨網支護方法的施工不單獨占用施工工期，它和土方開挖同時進行，邊開挖邊支護，無污染，噪聲低。到最后的收口時，靈活機動，可以開口放坡、降低馬道或者臺階開挖，以便最大限度提高開挖功效，但土回填馬道后，再用錨桿將出口加固復原，對邊坡無任何影響。
(2)錨桿參數設計，計算條件:按邊坡巖體在暴雨工況時沿63°破裂面平面滑動破壞，進行巖體穩定性驗算及邊坡支護設計。
計算參數:泥巖巖體容重:ρ=23.5KN/m3;
結構面內摩擦角:18°;
結構面內聚力:60kPa;
錨桿傾角:λ=20°;
巖體與錨固體粘結強度特征值:frb=180KPa;
鋼筋與錨固砂漿間的粘結強度設計值:fb=2040KPa。
(3)網噴砼護面設計。網噴砼護面的作用主要是限制錨桿之間土體的變形，將土體側壓力有效地傳遞給錨桿，并調整相鄰錨桿的受力狀態。根據全長注漿錨桿的受力分析，錨頭和面層受力較小，面層的厚高不必太厚。
(4)噴錨支護的主要施工流程。土方噴錨支護的施工流程為:制錨→開挖基坑→鉆孔送錨→注漿→修坡編網筋→噴射砼→開挖下層土。
3.2.5 抗滑樁支護
(1)抗滑樁布置簡況。在基地西南側公路下方邊坡坡腳長34m范圍設置抗滑樁，共12根，樁長0.1m-0.73m，樁間為3m-3.5m，樁截面(40#-48#)9根為800mm×800mm，(8#-10#)3根樁截面為800mm×800mm，均為矩形截面，樁身均采用C30鋼筋砼灌注。
(2)主要施工工藝流程:測量定位→機具就位→樁成孔開挖→鋼筋砼護壁→樁位、樁底驗收→樁鋼筋籠安裝→灌注砼(養護)→樁質量檢測→樁基竣工驗收→開挖、拆除樁前擋墻、原抗滑樁。
3.3 孔樁的開挖
孔樁開挖原則是跳樁開挖。在進入樁身以前檢查孔口四周做好孔口的清理，引開地表水。進孔前做好孔口的支護。孔內開挖砂漿層采用鉆爆施工。在孔內土方開挖前，用鋼管及竹排架做好支擋，主要防止堆放物品侵限及土和其它落入既有線側溝及道床。孔口范圍嚴禁堆土，以減小孔口的壓力，防止下雨后形成稀泥橫流。孔樁開挖就位后，經檢查，底面高程超欠挖不超過5cm。
3.4 砼工程
抗滑樁的外露部分，要保證光潔度，為了保證外露部分的美觀，其一要做到該部分護壁砼的垂直度。護壁砼采用每節1m，即開挖1米支護1米。每次灌注砼前核對各方位尺寸。樁身砼采用集中灌注。灌注樁身砼應連續進行不得中斷。
4 基坑位移監測
4.1 監測點的布置方案
基坑位移監測是支護設計中的重要組成部分。其支護體系最大的水平位移和垂直沉降一般均發生在基坑邊壁的頂部1.0m內。為了能及時準確地了解土方開挖期間及護坡完成后邊坡的穩定狀況，在基坑護坡期間沿基坑邊壁的頂部0.4m-1.0m處，每隔15-20m設置一個基坑位移觀測點。總共埋設了12個沉降點與位移測點。由于北側基坑深達16米，而東側基坑深有10米，且緊鄰城市主干道，極其重要，監控點重點布置在這兩側。
4.2 監測內容
在基坑開挖護坡期間，每天觀測1-2次;在完成基坑開挖、變形趨于穩定后，每3-5天觀測一次，施工監測的內容如下:
(1)支護體位移的量測;
(2)地表開裂狀態(位置、裂寬)的觀察;
(3)附近建筑物及重要管線設施的變形和裂縫觀察;
(4)基坑滲、漏水和基坑內外地下水的水位變化。
5 成果
本基坑開挖及邊坡支護工程自2008年4月進場，至7月完工，取得成果如下:
(1)支護結構穩定性方面:在土方開挖后，對基坑邊坡側向位移進行了全面觀測，一般在0.2-0.5mm間，符合規范要求，也達到了設計要求;
(2)土方開挖方面:基底土無擾動，平面尺寸、槽底標高均符合設計要求;
(3)竣工驗收:設計與施工控制規范、科學、合理，技術組織措施落實到位，保障有力，隱蔽驗收資料齊全，工程優良。
6 結論
(1)充分重視地勘，克服困難，盡量勘明地質狀況。在城市主城區核心商業圈施工，項目基地周邊地下管路密集，且多有城市道路，在項目基地之外占道做地勘工作難度很大，協調工作也很多。因此就容易造成地勘工作不能嚴格按相關規程實施，而簡單地根據項目基地內勘查資料作推論。這樣就會由于地質狀況勘查不實不全，不能準確為邊坡支護設計提供最重要的基礎資料，為后期施工留下先天不足的安全隱患。
(2)提早多溝通，搞好睦鄰友好關系。由于城市主城區核心商業圈的建筑密度很高，道路、房屋建筑相鄰緊密，而深基坑開挖施工難免會給睦鄰造成或多或少的影響，提前與睦鄰單位作好溝通，搞好關系，一旦有意外發生，容易得到了解，采取緊急措施才能得到支持。
(3)謹慎選擇基坑支護專業設計人員。現在房地產以及建筑業發展很快，無論是設計單位、施工單位承接業務競爭激烈，在大中城市開發建設過程中，不僅有本地企業，還有來自全國各地的相關企業，也還有來自國外的企業家加入競爭行列中。就如本項目而言，參與方案設計的有日本、臺灣、香港的公司，施工圖設計和施工總承包又是省外的企業。而建設項目的工程地質情況地域性很強，全國各地千差萬別。基礎以及基坑支護設計往往由于埋于地下的工程地質不能全面、準確的查明，而作精準的計算，當地同種地質情況的設計經驗常常會起到重要的作用。因此，基坑支護專業主要設計人員最好選擇有豐富的當地同種地質情況的設計經驗的設計師。
(4)設計方案多方論證，包括參考相鄰相似工程案例的實施方案對安全、質量、工期等方面的綜合論證。如前一點中所提到建設項目的工程地質情況地域性很強，既是在同一城市同一片區中，工程地質的差異很可能很大，參考相鄰相似工程案例的實施案例對基坑開挖及支護方案的選擇有很大的幫助。基坑開挖及支護方案的選擇在實施前充分聽取施工單位、監理單位的意見，如涉及有較高的風險性，還應聘請相關領域的專家進行檢討，力爭做到實施方案的安全、經濟、實施的方便性。
