超大型深基坑圍護設(shè)計及施工

陳磊

摘 要：本文筆者根據(jù)自身的實際工作經(jīng)歷，結(jié)合工程實例對超大型深基坑圍護設(shè)計及施工進行了分析和討論。主要闡明了大型深基坑圍護設(shè)計方案和在施工中的實際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：超大型深基坑；圍護設(shè)計；施工

現(xiàn)代諸多工程項目施工建設(shè)中都會涉及超大型深基坑圍護的設(shè)計，一般來說，不同的工程項目由于地質(zhì)、地形等特點各不相同，在基坑圍護設(shè)計要求上也大相徑庭，因此，在實際開展圍護設(shè)計工作的時候必須考慮到工程項目的實際情況，并遵循相關(guān)規(guī)范要求，一旦設(shè)計方案確定之后，就必須嚴格按照方案進行施工，這樣才能確保項目施工質(zhì)量。

一、工程實例簡介

某工程項目的占地總面積為33萬平方米，共包括2層，其中地下室的面積為9千平方米，地上結(jié)構(gòu)包括多個建筑單體。該建筑屬于商業(yè)性質(zhì)的建筑群，具有餐飲、娛樂、辦公等多重功能。地下建筑結(jié)構(gòu)主要有兩層，負一層的層高為6米，負二層的層高為4米，基礎(chǔ)埋深為11米，部分地方的深坑大約在12.9米左右，基坑開挖面積初步確定為286米×160米。本工程裙房采用的是框架結(jié)構(gòu)，主樓則為框剪結(jié)構(gòu)，框架柱之間的距離約為8100米×8400米，主樓地下室的底板厚度約為1500毫米，裙房地下室的底板厚度約為800毫米，地下室逆作區(qū)的頂板厚度為300毫米，其它頂板的厚度則為250毫米。本工程的基坑土層主要包括粉質(zhì)粘土夾粘質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)黏土、粉砂夾砂質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土夾淤泥質(zhì)黏土、填土等，各土層的厚度各不相同。

二、基坑特點分析

（一）周邊環(huán)境特點

從施工場地的實地勘察資料可知，該項目在基坑開挖范圍內(nèi)沒有會產(chǎn)生影響的建筑物，但在周邊的一些道路下鋪設(shè)有各種管線，在進行圍護施工時必須加大監(jiān)控力度，以免各種管線受到基坑開挖的影響，確保人們的正常生活秩序。

（二）基坑本身的特點

在本工程項目中，基坑開挖的規(guī)模比較大，開挖深度也比較深，按照本市《基坑工程設(shè)計規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定，本工程屬于一級基坑，考慮到本工程的施工規(guī)模較大，而且基坑開挖作業(yè)區(qū)域內(nèi)主要為軟土，易變性，因此，在設(shè)計中必須布置合理的水平支撐，要求相關(guān)人員必須高度重視基坑圍護設(shè)計和施工。

（三）施工所在地地層特點

項目施工場地的4～5層屬于軟土層，尤其是第4層，主要由淤泥質(zhì)黏土組成，這類土質(zhì)的工程力學性質(zhì)較差，土體的流變性大、靈敏度較高，當圍護墻體在該層進行施工時，很難保證對墻體的約束性，抗側(cè)力也無法得到充分保障，設(shè)計人員在進行圍護設(shè)計時必須考慮到這點。此外，基坑開挖范圍內(nèi)還存在砂性土，這類土層的滲透性較好、滲透系數(shù)相對而言比較大，兩種砂性土壤相連通而形成含水層，當基坑施工處于該層時，如果止水工作沒有做好，必定會造成管涌等重大工程事故，所以，在該土層開展圍護施工的時候，應(yīng)當著力做好止水工作，布置好科學有效的止水帷幕。

三、圍護設(shè)計方案選擇

根據(jù)本工程項目的基本情況可知，基坑圍護設(shè)計面臨的困難主要有以下幾點：第一，施工期限緊迫，要求從樁基工程到地下室工程的完工不超過一年。第二，基坑規(guī)模較大，周邊環(huán)境也存在諸多不利因素，紅線和地下室過于接近。第三，負一層的層高達到6米，這對圍護結(jié)構(gòu)變形控制以及支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)置具有極大的不良影響。綜合考慮工程的基本情況，并根據(jù)大型基坑工程圍護設(shè)計的主要模式，堅持科學安全、便于施工、不延誤工期等原則，設(shè)計出了以下幾種方案：

方案一：把地下連續(xù)墻用作圍護結(jié)構(gòu)的全逆作法方案，該方案的優(yōu)點是直接通過結(jié)構(gòu)本身來發(fā)揮支撐的作用，可有效控制圍護結(jié)構(gòu)的變形程度。缺點是付出的代價較高、施工時間長、作業(yè)環(huán)境差等。方案二：中心島順作+周圍一順一逆方案，該方案的優(yōu)點是能在很大程度上縮減工作量、加快施工進度。缺點是施工場地較窄，再加上負一層的高度偏高，難以進行負一層的放坡開挖。方案三：中心島順作+周圍順作方案，該方案的優(yōu)點是操作效率有保障、變形發(fā)生幾率較低。但缺點是成本投入較高、施工周期較長。方案四：中心島順作+全逆作方案，該方案的優(yōu)點是有利于節(jié)約成本，且施工效率高，不會延誤工期。缺點是中心島部位在和逆作區(qū)梁板結(jié)構(gòu)達到對撐之前可能發(fā)生較大的變形，需要嚴加控制。方案五：把地下連續(xù)墻用作圍護結(jié)構(gòu)的順作法敞開挖方案，該方案的優(yōu)點是墻體支撐性好、變形程度小，而且能同時用作地下室的外墻。缺點是圍護施工需投入的資金較多、工期長等。綜合分析和對比上述方案的優(yōu)缺點之后，本工程擬選用方案四，即中心島順作+全逆作的方案。

四、圍護設(shè)計方案的具體化和施工體會

（一）確定地下連續(xù)墻的厚度、深度和接頭設(shè)計

相關(guān)專業(yè)人員在對基坑底部土體抗?jié)B力、地基承載力等進行計算分析之后，決定根據(jù)土方開挖深度的差異來確定地下連續(xù)墻的深度，土方開挖深度為12.9米時，地下連續(xù)墻的深度為28米；土方開挖深度為12.8米時，地下連續(xù)墻深度為26米；土方開挖深度為11.9米時，地下連續(xù)墻深度為25米。在經(jīng)過對連續(xù)墻的變形和內(nèi)力計算之后，工作人員發(fā)現(xiàn)厚度為600毫米的地下連續(xù)墻不能適應(yīng)結(jié)構(gòu)的耐久性要求，只有厚度為800毫米的連續(xù)墻才能滿足要求，因此最終決定將地下連續(xù)墻的厚度更改為800毫米。考慮到施工操作的便捷性和成本投入量，決定在地下連續(xù)墻接頭部位采用柔性接頭，且不設(shè)置扶壁柱，但應(yīng)當完善對應(yīng)的防水、排水設(shè)施。

（二）中心島和逆作區(qū)面積的選定

中心島和逆作區(qū)面積的大小將會對工程建設(shè)成本和施工效率產(chǎn)生極大影響，若逆作區(qū)的面積太小，則很容易導致邊坡不穩(wěn)定；若逆作區(qū)的面積偏大，則會大幅增加開挖作業(yè)量，拖延工期，進而使成本大幅增加。中心島面積大小的選定與反壓土邊坡的穩(wěn)定性息息相關(guān)，在確定中心島面積的時候不僅要地下連續(xù)墻的平衡土壓力，同時還要確保反壓土體自身的穩(wěn)定程度。根據(jù)本工程的實際情況，設(shè)計人員決定將逆作區(qū)的面積從之前的四跨更改為三跨，但考慮到工程后澆帶所處部位，基坑北部的逆作區(qū)面積保持原來的四跨不變。

（三）豎向支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)置

本工程的豎向支撐結(jié)構(gòu)主要包括鉆孔灌注樁、鋼立柱等部件，對于鋼立柱來說，可選擇格構(gòu)柱、鋼管兩類材料，鋼管立柱的優(yōu)點是內(nèi)部混凝土強度較高、承載力好。但缺點是造價較高，在進行立柱施工時很難實現(xiàn)一次性澆灌，尤其是在梁板和鋼管的節(jié)點部位進行鋼筋施工的難度較大，因此節(jié)點板必須焊接在鋼管上。格構(gòu)柱的優(yōu)點是成本相對偏低，混凝土澆筑操作較方便，且節(jié)點部位的鋼筋施工難度不大，操作效率高，能保證工期。但缺點是地下結(jié)構(gòu)柱要求的截面積偏大，整體上來說經(jīng)濟性偏低。

（四）施工體會

在施工過程中圍護墻的變形程度較大，主要原因是降水成效不明顯、攪拌樁和連續(xù)墻之間出現(xiàn)塌方、基坑被雨水浸泡時間過長等，筆者建議在進行挖土作業(yè)之前，應(yīng)確保預降水的時間充裕，這樣才能使降水作用充分發(fā)揮出來，從而降低邊坡變形發(fā)生的幾率。此外，必須把控好環(huán)板跨度，以免出現(xiàn)側(cè)向剛度不合格的情況。

結(jié)語：

總之，超大型深基坑圍護工程的設(shè)計與施工具有一定的難度，在進行設(shè)計之前，必須全面了解工程的實際狀況，做到因地制宜，確保方案的最優(yōu)化，確定好方案之后，必須嚴格落實方案中的各項要求，并針對施工過程中可能遇到的困難，提前做好防控和解決措施，這樣才能最大限度提高超大型深基坑圍護設(shè)計與施工的合理性。

參考文獻：

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