泰安道五號院工程深基坑施工技術

□文/管寶華

泰安道五號院工程深基坑施工技術

□文/管寶華

泰安道五號院工程在深基坑施工中，針對復雜的周邊環境，通過對基坑支護結構、基坑降水與基坑開挖等方面進行方案研究與優化并應用于工程實踐，成功地完成深基坑的施工，保護了現場多幢歷史性保護建筑。

復雜環境；軟弱土；深基坑

1 工程概況

泰安道五號院工程位于天津市和平區泰安道以南，南面毗鄰曲阜道，東側為大沽北路，西側為浙江路，主要用途以辦公、商業為主要功能的超高層建筑，總建筑面積18.1萬m2，其中保留建筑1.4萬m2，新建建筑地上12.5萬m2，地下4.2萬m2。地下3層，地上54層，建筑高度263.4 m。

建筑設計±0.000標高，相當于大沽標高3.100 m。場區地坪平均標高為2.700 m，相當于設計標高-0.400 m，坑底設計標高見表1。

表1 坑底設計標高 m

1.1 基坑周邊環境

1）北側為泰安道，基坑距離其約40 m，臨近兩幢既有建筑。其中東北角區，距離約5.0 m處為開灤礦務局大樓（4層）；西北角區，距離約5.0 m處為納森舊居（2層）。

2）南側距離曲阜道約8.0m，距離建筑紅線約4.0m。

3）西側距離浙江路約6.0 m，距離建筑紅線約2.2～3.2 m。浙江路另一側為居民區。

4）東側為大沽北路，東南角區臨近大沽北路約4.8 m；基坑東側5.5 m處為婦聯大樓（3層，局部1～2層）；距離約5.0 m處為四合院；東北角區為開灤礦務局大樓。

其中開灤礦務局大樓、四合院、納森舊居等為國家級保護建筑，婦聯大樓為天津市風貌保護建筑，與建筑紅線最近處僅5 m，為施工帶來很大難度。

規劃范圍內場地原為天津市委辦公區，周邊道路規劃建設成熟，地下管線復雜。水、電、電信等管線遍布周邊道路下方。

1.2 地質概況

地層分布規律及土質特征見表2。

表2 地層分布規律及土質特征 m

續表2

測得場區初見水位埋深1.82～2.48 m（大沽高程0.06～0.72 m），場區對本工程有影響的淺層地下水分為潛水和承壓水層。

1）潛水層。埋深在15.0 m以上，含水層主要由人工填土、③1粉質粘土、③2粉土和⑥4粉質粘土層組成。潛水受大氣降水及地表水體側滲補給，以蒸發為主要排泄方式。潛水靜水位埋深為1.10～2.00 m（大沽高程1.02～1.55 m）。

潛水層以下埋深在15.0～19.0 m段的⑦粉質粘土和⑧1粉質粘土層為相對隔水層。

2）承壓水層。場區內對基坑有影響的承壓水主要為埋深22.5～34.0 m左右的⑨2粉砂層、⑩2粉砂層（由于⑩1粉質粘土層分布不穩定，局部缺失，致使這兩層粉砂含水層有水力聯系），其下?粉質粘土層為相對隔水層；但?粉質粘土層也存在小范圍缺失的情況，使得⑩2粉砂層與?粉砂層具有一定的水力聯系。經實測，承壓水靜水位埋深6.3 m（大沽高程-3.30 m）左右。

2 施工難點

1）基坑面積較大，約為14 400 m2，基坑形狀為不規則的多邊形，地下室西側長度約120 m；南側長度約147 m；北側長度約89 m，基坑周長約為503 m，屬于大規模深基坑。深基坑工程實施工程中受到基坑開挖、大氣降水以及施工等許多不確定因素的影響。

2）基坑深，三層地下室，基坑深度為15.75 m（裙房部位）和18.05 m（主塔樓部位）。

3）基坑支護結構復雜，每步支護梁下層縱深范圍大，開挖倒土復雜。

4）基坑周邊條件較為嚴苛。本工程位于天津市和平區泰安道、浙江路、曲阜道及大沽北路所圍合地塊。基坑東、北兩側臨近四棟需要保護建筑；西、南兩側緊鄰兩條市政道路，道路下管線布置復雜；地勢狹小，距離均較近。

5）地質勘查過程中，發現一層層底標高為-10.86～-9.54 m，層厚為7.00～9.60 m的粉質粘土層，土層呈灰色，軟塑狀態；土質不均，夾粉土團塊及薄層。

3 基坑支護形式

3.1 圍護結構

采用地下連續墻作為基坑開挖階段的擋土、止水圍護結構。整個地連墻工程共分91幅進行施工，埋深33.4 m。

3.2 內支撐形式

根據基坑平面形狀為不規則的多邊形，內支撐平面布置為與腰梁相切的一個格構式圓形環梁，環梁的直徑約110 m。在基坑的東、南角區，采用一個較小的環梁與格構式環梁及腰梁相切并在其中部設置一組桁架式對撐。

坑內共設置了3道水平支撐，3道水平支撐系統的中心標高分別為-1.600、-7.500、12.200 m，見圖1。

圖1 基坑內水平支撐

4 基坑降水與土方開挖

4.1 基坑降水

4.1.1 降水井設計

降水井的作用是用于開挖階段疏干基坑開挖面以下0.5～1 m以內的土層，保證施工的順利進行。

式中：n為基坑內降水井數量，口；A為基坑面積，m2；α井為單井有效降水面積，m2，取256 m2。

計算得出基坑需要布設疏干井55口，井深約22.5 m，進入第一微承壓含水層；但不進入第二微承壓含水層。

4.1.2 減壓井

按GB 50007—2002《建筑地基基礎設計規范》基坑發生突涌的條件是基坑開挖后，坑底不透水層的厚度滿足

式中：γm為透水層以上土的飽和重度，kN/m3；t+△t為透水層頂面距基坑底面的深度，m；Pw為承壓水水壓力，kPa。

按塔樓處基坑深度進行計算：坑底承壓水層中的承壓水水頭高度為地面下6.3 m，承壓水層頂板高度為地面下32.1 m，坑底深度按17.9 m計算，坑底土層的平均飽和重度按20 kN/m3計，則有

裙房處：坑底承壓水層中的承壓水的水頭高度為地面下6.3 m，承壓水層頂板高度為地面下29.9 m，坑底深度按15.69 m計算，坑底土層的平均飽和重度按20 kN/m3計。則有

均滿足規范要求。

基坑抗突涌計算結果表明，在不設置減壓井的情況下，基坑坑底土層滿足抗突涌穩定要求。考慮到土層分布的復雜性，在主塔樓所在的深坑位置，設置了2口減壓井，作為安全儲備措施，減壓井長度為29 m，布置在塔樓位置處，見圖2。

圖2 減壓井結構

4.1.3 觀察井

考慮到基坑周圍現有建筑、歷史建筑及地下管線等需保護的構筑物的要求，在基坑周圍設置了11口觀察井，以便施工過程中隨時監測地下水位的變化。觀察井的深度為19 m，結構與降水井相同，見圖3。

圖3 基坑降水系統布置

4.2 土方開挖

4.2.1 對現場周邊歷史建筑的保護措施

1）地下連續墻施工完畢后，在每單元接頭處澆筑2根互相咬合的高壓旋噴樁，保證地連墻接縫處不滲漏。

2）基坑東、北兩側臨近4棟既有建筑，由于地勢狹小，在地下連續墻施工過程中，若成槽階段產生塌槽會對其產生不利影響，故在此區域地下連續墻與既有建筑之間設置水泥土攪拌樁擋墻加固措施，減少地連墻施工過程中對既有建筑產生的影響，同時又能夠減少由于地連墻滲漏對其產生的不利影響。

水泥土攪拌樁采用三軸水泥土攪拌樁φ850 mm@600 mm作為加固措施。攪拌樁有效樁長18.0 m，坑下嵌固深度為3.4 m，攪拌樁上端位于地表下1.0 m，下端嵌入⑨1粉質粘土層。

4.2.2 土方開挖部署

1）基坑開挖方法。土方開挖根據環梁位置共分四層，整個土方開挖以“島式”進行開挖。以曲阜道、泰安道、浙江路出入口為主，設置3個土方開挖中心島，見圖4。

圖4 出土口

由于場地較小，沒有施工空間，3個出土口均以混凝土棧橋形式延伸至基坑內，形成施工平臺，見圖5。

棧橋為混凝土棧橋，棧橋樁采用臨近工程樁上插450 mm×450 mm鋼格構柱，鋼材強度等級采用Q235。

圖5 棧橋平面布置

2）基坑開挖順序。考慮到基坑北、東側存在保護建筑，開挖以周邊環梁施工為主，即以各步環梁施工為節點，逐漸放坡開挖，每步開挖范圍以滿足環梁施工為主，最后進行大面積開挖。每步土方開挖均從基坑西側挖起，故將整個基坑分為2部分，先挖浙江路與曲阜道一側，然后開挖保護建筑一側。為保護周邊既有建筑，使水平土壓力緩慢釋放，保護建筑處開挖時間應比先挖部分推遲開挖，見圖6。

圖6 開挖順序

4.2.3 土方開挖流程

1）第一步土方開挖-0.4～-3.1 m（自然地平～第一道支撐底），見圖7。

圖7 第一步土方開挖

2）第二步土方開挖-3.1～-8.3 m(第一道支撐梁底～第二道支撐梁底)，見圖8。

圖8 第二步土方開挖

3）第三步土方開挖-8.3～-13 m(第二道支撐梁底～第三道支撐梁底)，見圖9。

圖9 第三步土方開挖

4）第四步土方開挖-13～-15.75 m(主樓底部)，見圖10。

圖10 第四步土方開挖

5）基坑開挖達至槽底標高后，最后進行預留錐形島土方開挖。臺階使用1.2 m3挖掘機進行開挖，當作業面不能滿足多臺（3臺以上）1.2 m3挖掘機開挖時，換長臂挖掘機進行施工，同時局部使用塔吊配合開挖，見圖11。

圖11 基坑內最后剩余土方清除

4.3 開挖過程中軟弱土層的臨時加固

針對⑥1粉質粘土層，其在機械碾壓、倒運及運輸過程中，會有大量的水分從土體內滲出，易形成基坑積水，并且在運輸過程中會造成大量的泥水外溢，對周邊環境造成影響。為此，在基坑開挖第2步開挖階段至全部開挖完成，采用參拌灰土的方法對粉質粘土進行拌和處理。另外，為在開挖過程中，防止挖掘機械在挖掘過程中陷入土中，制作了鋼制路基箱，用于挖掘機的道路鋪墊。

5 結語

通過對整個基坑開挖過程及周邊道路、房屋的全程監測，開挖過程中，速度變化平穩未超出預警值，累計值在允許范圍內，其中基坑最大變形位移24 mm，觀測井水位比降水前降低320 mm，周邊道路最大變形10.1 mm，周邊房屋最大沉降量出現在婦聯辦公樓，累計沉降量為6.94 mm，基坑處于安全狀態。

TU74

C

1008-3197（2015）06-06-04

10.3969/j.issn.1008-3197.2015.06.002

2015-08-25

管寶華/男，1978年出生，工程師，天津市建工工程總承包公司，從事工程技術管理工作。