基于變形控制的超大直徑深基坑雙圓環支撐和高效開挖施工技術*

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1 工程概況

天津陸家嘴廣場項目總建筑面積約為49 萬m2，是一個集辦公、購物娛樂為一體的超大型城市綜合體。其地下工程體量巨大，為4 層地下室，建筑面積約為17 萬m2。整個基坑近似梯形，面積達43 800 m2，周長946 m左右?；哟竺娣e開挖深度18.8 m、21.2 m，局部深坑為25.2 m?；又ёo形式采用“兩墻合一”的地下連續墻加4 道雙圓環鋼筋混凝土桁架水平支撐，其眼鏡形雙圓環支撐直徑分別為115 m、117 m?；又纹矫媾c剖面見圖1。

2 工程特點與難點[1-4]

圖1 支撐平面及剖面

（a）基坑周邊環境復雜，保護要求高。工程位于天津市中心鬧市區域，四周均有保護建筑，其北側分布有清真大寺和惠靈頓國際學校，距離基坑最近為23.5 m；南側北馬路為城市主干道，距離基坑最近為15.7 m，地下管線眾多；東側為天津市長征醫院用房（歷史風貌建筑），距離基坑最近為14.3 m；西側為運行中的天津市軌交1號線西北角站及其區間隧道，距基坑最近為23.43 m，其中風井距離僅為4 m。按地鐵公司要求該側圍護墻深層水平位移報警值累計25.0 mm，速率3.0 mm/d。

（b）雙圓環支撐形式的對稱均衡挖土難度大，對基坑開挖變形控制要求高。眾所周知，鋼筋混凝土圓環桁架內支撐系統結構簡單、形狀規整、受力合理、充分利用了混凝土耐壓的材料力學性質；同時利用了圓環桁架內支撐中間的無支撐空間，可以為基坑土方大開挖創造有利條件。但是，圓環支撐形式對開挖施工過程中不均勻受力極為敏感，變形控制難度大，施工過程中對支撐體系如何進行合理分塊，采取對稱均衡的開挖施工方法，以避免基坑周邊不均勻荷載對支撐體系的不利影響而造成周邊環境的過大變形。

（c）基坑工程量巨大，工期緊。整個基坑總土方量近80 萬m3，平均每道鋼筋混凝土水平支撐土方開挖量約為 15 ～17 萬m3，每道鋼筋混凝土支撐約1 萬m3，底板混凝土約6.3 萬m3。除第1道支撐外，業主要求在5～8月完成第2、3、4道支撐開挖與構筑，10月底完成整個底板澆筑工作。加之開挖施工期間遇中、高考，東亞運動會以及雨季降雨頻繁等無法避免的客觀因素，使得整個基坑開挖工期較為緊迫，因此，如何在有限時間內采取措施提高基坑開挖效率，加快進度是一大難題。

（d）施工場地狹小。由于基坑面積大，基本充滿整個場地，在基坑工程施工階段可供周轉使用的場地較為狹小，對施工場地利用、交通組織造成較大困難。

3 高效開挖施工技術的應用與實踐

3.1 挖土棧道與施工平臺的設置

（a）為充分利用本工程基坑大直徑圓環支撐形式，為快速開挖出土創造有利條件，結合以往天津地區類似深基坑工程經驗以及本工程基坑開挖面以粉土、粉質黏土為主，土質較好的情況，可在圓環支撐內設置挖土棧道，作為坑內挖運土方的通道，土方車輛可由挖土棧道直接進出基坑。在經過充分降水后的開挖作業面跟隨挖機挖土及時裝運土方，這樣可減少土方二次駁運，提高土方挖運施工工效。同時又可利用其作為地下結構施工材料入坑的運輸通道或臨時材料堆場。

因此，本工程基坑在2 個支撐圓環內分別設置1 座鋼筋混凝土挖土棧道，每條棧道總長度約78 m，寬度分別為 12 m、14 m。棧道頂部與北側坑外施工道路相銜接，設寬4 m過渡平臺后，按照1∶8坡度向坑內延伸至底部長12 m作業平臺，為便于基底土方開挖，挖土棧道的底部作業平臺設置在－8.00 m（第2道支撐深度位置）。

（b）由于基坑的西、南兩側圍墻距基坑較近，使得場內施工道路難以環通，對此，為便于車輛雙向通行時交會、倒車與路口轉彎，以及盡可能利用支撐位置開辟材料堆場的需要，從而在基坑2 個圓環之間的桁架對撐南北兩側、西北角和東南角支撐上方各設置1 個鋼筋混凝土施工平臺。施工平臺與四周施工道路接平，以方便車輛進入。

挖土棧道與施工平臺立柱除部分利用原支撐格構式鋼立柱外，其余采取新增灌注樁內插格構式鋼柱形式，板面結構采用鋼筋混凝土梁板結構。

挖土棧道與施工平臺平面布置見圖2，挖土棧道剖面見圖3。

圖2 挖土棧道與施工平臺平面布置

圖3 挖土棧道剖面示意

3.2 基坑開挖施工技術

（a）根據雙圓環支撐形式與特點，整個基坑土方開挖依照“分層、分塊、對稱、均衡”原則以及先四周后中間的島式開挖方式進行施工，并確保每層土方開挖時上道環撐和圍護結構體系逐步均勻受力。

（b）按照支撐系統的豎向布置，整個基坑分5 層進行土方開挖。除第1層土方開挖施工第1道支撐外，其余每層開挖均先行開挖，支撐下方范圍土方并快速形成相應區域支撐，然后，開挖環內中心島區域土方，包括第5層基底開挖，同樣由四周向環內中心島區域開挖，如圖4所示。這樣開挖一方面有利于每層開挖土方均從大圓環內中心島區域挖土棧道順利運出；另一方面，先開挖構筑支撐，再開挖環內中心島區域土方，使混凝土支撐養護盡可能不占工期，并使整個土方開挖可以連續進行[5]。

圖4 基坑島式開挖豎向分層示意

（c）對于每道支撐區域開挖的平面分塊，則按照“先角后邊”，“環境保護低的先挖，環境保護高的后挖”的施工原則，平面上分成基本對稱的15 個小塊，如圖5所示，其開挖順序為：①→②→③→④→⑤→⑥。這一過程著重考慮鄰近軌交1號線車站的西側變形控制要求高，從而對這一側區域分4 小塊進行開挖。

圖5 每道支撐對稱分塊開挖示意

開挖過程中盡可能做到對稱、均衡，使上道支撐受力均勻[6]。同時，充分利用時空效應，控制挖土節奏，后一塊開挖必須在前一塊墊層澆筑完畢、支撐梁鋼筋基本完成方可開始，而每一塊開挖后必須在72 h內完成支撐澆筑。

（d）第4道支撐以下基底土方開挖則結合底板分塊，在結合設計后澆帶的基礎上，采取適當設置施工縫的方式分塊開挖，分塊形成底板，如圖6所示。這一過程著重考慮西側與東側變形控制要求高的特點，集中資源配置抓緊將東、西兩側底板分小開挖與限時澆筑完成。整個底板開挖施工流向為：基坑4 個角部→基坑東、西兩側→基坑北側→基坑中部→基坑南側→環內中心島區域。

圖6 基底開挖分塊與底板澆筑分塊示意

（e）在底板土方開挖前，對圓環內土坡平臺進行修整，在西側形成一個順時針的螺旋坡道，東側形成一個逆時針的螺旋坡道，見圖7。坡道的底標高與第4道支撐面平，頂部與棧道末端－8.00 m作業平臺接平[7]。底板結構施工隨坡道區域逐步開挖縮小逐步跟進。

圖7 基底開挖實景

（f）土方開挖始終采用連續搭接施工。按照施工進度，每道支撐開挖與澆筑施工需在40 d之內（含支撐養護時間）完成。由于每道支撐均分塊形成，最后一塊支撐施工時間與第1塊支撐間隔較長。在下一層土方開挖前，圓環受力體系尚未完全形成[8]。為加快施工進度，在最后一塊混凝土支撐澆筑完畢后達到一定強度（未達到設計強度）時，即著手開挖下一道支撐土方，組織搭接施工主要考慮以下因素，見圖8。

圖8 支撐分塊開挖平面示意

首先，⑥區中心島區域預留土方隨下道支撐施工逐步開挖卸載，對環形支撐受力不會產生影響；其次，兩圓環支撐中部的對撐部位（①塊陰影部位）可以率先開挖，由于南北兩側被動土的存在，可以使圓環基本上不受水平力；再有，整體基坑4 個角部分布大量角撐（①、②塊陰影部位），先開挖該部分土方，大部分水平荷載可以直接傳遞至地下連續墻上，而對環形支撐影響較少。

4 實施效果

本工程基坑自2013年5月7日開挖第2道支撐，至2013年11月1日，基礎大底板全部施工完畢，共計179工日，全面實現建設單位的進度目標，并且周邊環境及基坑本身變形均處于安全受控狀態。此外，本工程深基坑施工階段還獲得“天津市建設工程質量安全文明施工觀摩工程”。

5 結語

天津陸家嘴廣場工程作為典型軟土區域大面積超深基坑工程，采用“兩墻合一”的地下連續墻圍護以及眼鏡形超大直徑雙圓環支撐體系，通過工況分析，在施工組織上采取無間歇連續開挖的有效措施，大大加快土方開挖速度，促進了整個基坑工程的高效進程。