軟土地區深基坑“墊層換撐”體系的建立與施工技術研究

孫志國

北京市第三建筑工程有限公司 北京 100044

1 工程概況

寧波綠地中心工程基坑由4個地塊組成，基坑周長885 m，面積41 000 m2，最大開挖深度標高－23.0 m。基坑支護采用地下連續墻＋內支撐形式，基坑安全等級為一級。工程整體設置3層地下室，地上由5座塔樓及附屬裙房組成。

該工程基坑周邊環境復雜，緊鄰市政道路，基坑北側為外灘大橋、東側為汽車下行通道、東南角為文物保護建筑，其中基坑西側緊鄰地鐵2號線車站及區間隧道，距離本工程地下室最近距離僅有11.5 m，基坑四周為城市主要道路，分布大量市政管線。

為降低大面積開挖風險性，基坑采用“化整為零、分區順作”，將整個基坑劃分為10個分區，不同步進行開挖施工（圖1）。

工程場地土層從上到下依次為：①雜填土、②1黏質粉土、②2淤泥質粉質黏土夾粉土、③淤泥質粉質黏土、④淤泥質粉質黏土、⑤1粉質黏土、⑤2粉質黏土夾粉土、⑥粉質黏土、⑦粉質黏土、⑧1含黏性土粉砂，其中⑤2層為微承壓含水層。

工程基礎底板厚800、1 150、3 150 mm，基礎底板標高－15.1 m，墊層采用C15素混凝土墊層，設計墊層厚200 mm，工程基底含有大量集水坑、電梯坑、柱承臺等坑中坑。

圖1 基坑平面位置

2 工程基坑特點、難點分析

2.1 基坑周邊環境復雜，變形控制要求苛刻

由于基坑周邊環境復雜，尤其西側緊鄰地鐵2號線車站及區間隧道，基坑監測深層水平位移報警值為50 mm。鄰近地鐵隧道側30 mm，根據地鐵有關部門要求，基坑施工時地鐵隧道沉降及水平位移報警值為7 mm，變形極限值為10 mm，基坑開挖必須確保其萬無一失。

2.2 場地內土層條件差

本工程場地②2、③、④層土含水量高、壓縮性高，呈流塑狀，較為軟弱，物理力學性質相對較差，厚度較厚，基坑開挖范圍內主要以②2層淤泥質粉質黏土為主，軟弱土質提高了基坑施工風險。

2.3 工程基底含有大量坑中坑

由于工程基底存在大量的電梯坑、集水坑、柱承臺等坑中坑，基底標高不一，延長了土方開挖時間與底板形成時間，進而延長了基坑暴露時間，對基坑變形造成較大影響，加大了基坑風險。

3 “墊層換撐”體系建立研究思路

為了使基礎墊層可以有效作用于圍護體上，并且給予基坑圍護體足夠的支撐反力用以防止基坑變形，必須解決以下問題：

1）基礎墊層被坑中坑放坡而導致斷開，墊層無法成為整體進行受力。

2）基坑開挖速度慢，基礎墊層形成時間較長。

3）基礎墊層強度低，受力面積較小。

為解決以上問題，需制訂相應措施，使建立起來的“墊層換撐”體系提高墊層的整體連續性、作用強度、縮短土方開挖時間，使墊層快速又有效地作用于圍護體，形成支撐，給予底板換撐形成的充分時間，從而達到控制基坑變形、降低基坑實施風險的目的[1-5]。

4 “墊層換撐”體系實施

4.1 在坑中坑內設置型鋼傳力桿件，保證墊層連續性

在工程實施中采用型鋼作為傳力桿件并將其置于坑中坑頂部兩側，型鋼端部設置邊梁，坑頂四周采用配筋加厚墊層的方法，從而使斷開的墊層實現力的傳遞，提高墊層的整體連續性（圖2）。

圖2 傳力桿件設置剖面

實施中，坑中坑周邊配筋加厚墊層及邊梁先進行澆筑，在邊梁內部設置型鋼支撐埋件，墊層澆筑完成后立即設置支撐桿件，自此坑中坑墊層傳力系統設置完畢。

4.2 先大面積進行墊層澆筑，后進行坑中坑開挖

工程實施中，先進行大面積的墊層澆筑，坑中坑區域暫不開挖，坑中坑區域墊層同周邊墊層標高，同步進行澆筑。待墊層混凝土強度達到80%后，進行坑中坑區域墊層破除與土方開挖，而后進行墊層澆筑和底板鋼筋的綁扎與澆筑。

采用此方法可提前形成基坑整體墊層，達到較好的墊層支撐效果。坑中坑區域墊層開挖時，外部墊層已達到了較高的混凝土強度，與此同時，外部可形成部分底板換撐，對圍護結構形成較好的支撐效果，此時對坑中坑進行專項的施工，對整個基坑的安全影響較小。

4.3 基底墊層分塊澆筑

對于大面積深基坑，當基底進行開挖時，挖土機械的坑內取土與轉運將會大大降效，故在基坑開挖時，每日出土量將受到限制，從而延長了土方開挖時間。此時，如果基坑支撐設置不及時，將會延長基坑暴露時間，對基坑變形控制極其不利。工程實施時，采用分塊進行開挖的方式，墊層混凝土隨土方開挖分塊實施，可大大縮短墊層支撐形成的時間（圖3）。

圖3 工程基坑分塊

4.4 提高墊層混凝土強度與厚度

常規工程設計墊層強度往往較低且較薄，為使墊層達到支撐效果，必須加大支撐受力面與強度。寧波綠地中心工程基底墊層混凝土強度原設計等級C15，厚200 mm，為使墊層達到支撐支護效果，在工程基坑周邊9 m范圍內，提高墊層混凝土強度等級至C20，厚300 mm，從而極大地提高了“墊層換撐”實施效果。

5 工程實施效果

寧波綠地中心工程距離地鐵最近的基坑Ⅰ區于12月10日起開始進行土方開挖，次年4月5日起開始進行基底墊層施工，基礎底板施工時間為次年4月20日至5月10日。為滿足基坑變形要求，確保基坑安全，工程在基底施工階段采用墊層換撐施工技術，取得了良好成效，確保了基礎底板施工階段的基坑風險。

選取工程墻體變形位移監測點為研究對象，基礎底板施工階段變形深層水平最大位移僅為4.25 mm。由圍護變形曲線（圖4）可以看出，基坑控制在設計理論變形范圍內，變形曲線呈設計理論趨勢。

圖4 基坑圍護體變形曲線對比

6 結語

通過工程實踐，應用文中所述技術手段建立起來的“墊層換撐”體系對圍護結構可起到有效的支護作用，進而解決了軟土地區大、深基坑工程基礎施工階段變形控制技術難題，降低了施工風險，使基坑變形在可控范圍內，保證了基坑及周邊既有建筑安全，取得了較高的社會效益和間接的經濟效益，具有很好的推廣價值。

工程實際應用時可根據自身工程實際情況選取不同方式建立“墊層換撐”體系。另外，隨著基坑變形控制技術的不斷發展和創新，我們將進一步研究、完善技術手段，使“墊層換撐”體系的建立更加便捷與經濟，并使其發揮出更大的作用。