敏感環境下多規格圓環支撐的超大超深基坑施工

金 熙

(上海陸家嘴金融貿易區開發股份有限公司，上海 200135)

1 概述

背景項目位于天津市紅橋區北馬路、大豐路交叉處，東臨長征醫院；南鄰北馬路；西鄰大豐路、地鐵1號線；北面為清真寺、學校和建設中的高層小區。

工程由“虹橋大都會”“兩棟高端寫字樓”及“陸家嘴商務大酒店”四個單體建筑組成。

整個工程基坑面積近4.5萬m2，南北寬度約154 m，東西長度為268 m～348 m，開挖深度19.9 m～21.2 m，如圖1所示。

地下連續墻共171幅。金融大廈區域地連墻有效長度為39 m，其他區域均為36 m，混凝土強度等級為水下C35。

2 水文地質情況

本工程場地土層分布情況詳見表1。

表1 各土層主要物理力學指標

水文地質條件：

1)上層滯水含水層主要為雜填土層，隔水底板為②淤泥、③粘土及④-1粉質粘土層。

2)潛水含水層由④-2粉土及⑤-1粉土層組成，局部與上部滯水層貫通。潛水相對隔水層為⑤-2粉質粘土、⑥粉質粘土及⑦粉質粘土層。

3)微承壓含水組。

第一微承壓含水層為⑧粉土層，相對隔水層埋深⑨-1粉質粘土層。第二微承壓含水層為⑨-2粉土層，相對隔水層為⑩粘土層。

靜止水位埋深2.0 m～4.0 m左右。

3 工程難點與特點

1)超深地下連續墻施工技術要求高，垂直度要求高；穿越兩層承壓水層，對槽壁穩定、垂直度均有不良影響；鋼筋籠長、重，需整體吊裝，對吊機選擇、吊裝工藝及鋼筋籠整剛度均有較高的要求。

2)基坑體量超大，面積超大，深度深。主樓挖深20.6 m，其他部位挖深19.9(19.4) m，最深處開挖25.2 m(主樓電梯井)，土方開挖量達85.6萬m3。

3)多規格圓環支撐受力較為復雜及敏感度高。施工過程中，需對支撐系統進行合理分塊制作，基坑土方對稱開挖，以避免基坑周邊不均勻荷載。

4 施工部署及技術措施要點

4.1 圍護及支撐方案選型

結合主體結構、場地情況及周邊環境，工程圍護形式采用局部三軸止水帷幕+1 m(西側1.2 m)厚的地墻+四層鋼筋混凝土環梁水平支撐，作為基坑支護體系(見圖2)。地連墻接頭采用“十”字鋼板的接頭形式。水平支撐采用腰梁+兩個大直徑桁架式環梁+若干輻射撐及角撐(C30)等組成，桿件密集處掛板開洞，支撐系統如表2所示。

表2 各水平支撐設計參數 m

環形支撐的受壓性能較好，將支護結構傳遞來的荷載轉化為環梁的軸力，撐桿及環梁的彎矩都較小，其軸向變形也較小，整體支撐剛度較大，可有效減少其變形，因而支撐結構的側向變形也得到有效的控制，有利于周邊建構筑物及管線的保護。

4.2 超深地墻施工

1)選擇性能優良、高效的成槽設備SG40,SG50。該設備垂直度控制性能優良，裝配高精度挖掘裝置；施工效率高；成槽的垂直性好；先進的電子測量系統；安全可靠的保護系統；獨特的液壓卷管系統。

2)加強鋼筋籠整體剛度，地墻鋼筋籠采用整體雙機十點吊的施工方法，主副吊分別采用250T/150T履帶吊；直線段鋼筋籠設置桁架鋼筋，轉角處鋼筋籠除設置縱、橫向起吊桁架和吊點之外，另增設“人字型”桁架和斜拉桿進行加固。

3)優化泥漿配比：選用粘度大，失水量小的泥漿來護壁，并摻外加劑，加強對泥漿液面的監控，液位下落及時補漿。

4)混凝土澆筑控制：成槽完畢后采用十字鋼板接頭刷在前一幅槽段的接口反復刷洗，保證地墻接頭質量。澆筑混凝土前檢查導管氣密性，澆筑時確保導管插入混凝土深度。

4.3 降水系統布置

降水系統采用φ325 mm大口井降水方式。分別設置不同深度疏干井、減壓井，既要滿足土方開挖干作業，也要避免下部承壓水層帶來的突涌風險，同時設置觀測井對基坑內外實行動態監測。

疏干井：地面以下0 m～26 m/31 m為橋式濾水管。減壓井：地面以下0 m～40 m為實管，40 m～45 m為濾水管?；又車O潛水觀測井及第一微承壓水層的觀測井。

遵循“按需降水”的原則，在疏干坑內地下水期間加強對第二微承壓含水層的水頭觀測，根據實際水頭高度，及時調整和控制深層減壓井的降水運行。注意因降水引起的地面變形，以免對周邊環境造成不利影響。

4.4 土方開挖施工

4.4.1出土棧橋布置

根據現場周邊環境及道路情況，由于西、南兩側距基坑位置較近，且不能形成環路。為提高出土效率，在圓環支撐內各設置一個棧道，既是挖土通道，又可以為地下施工期間施工材料入坑的運輸通道。

路面及連桿采用鋼筋混凝土結構。棧道在支撐圓環外部分與原支撐系統結合，而在支撐圓環內棧道柱新增鋼格構柱，其樁基主要利用原有工程樁。棧道在每個大圓環支撐南北向布置，與北側道路接平，設置4 m寬的平臺過渡后，按照1∶8坡度斜至-8.0 m挖土平臺。棧橋寬度為12 m,14 m(見圖3)。

4.4.2高效安全出土

根據圍護及支撐形式和現場情況分析，按照分層、分皮、分塊的原則進行挖土施工。充分利用時空效應，采用“棧道、中心島及倒挖出土”施工方法，盡早形成支撐體系，減小圍護、基坑及周邊環境變形。挖土工況如圖4，圖5所示。

1)第一皮土方以場地中部的樁基施工道路為界將帽梁、第一皮土方(第一道支撐)分成Ⅰ區、Ⅱ區兩個區域共14個小塊。

2)第二皮～第四皮土方，分成15個小塊。按照“先角后邊”“環境保護低的先挖，環境保護高的后挖”的原則，對稱挖土，利用時空效應，控制挖土節奏，使支撐圓環受力均勻。

3)第五皮土方，根據底板后澆帶劃分成20塊，在圓環內中心島的位置形成階梯式挖土平臺，先澆筑圓環支撐下的底板，然后向中心島后退依次形成底板結構，按照“南北對稱”“先外圍后中間”的順序依次開挖施工。

4.4.3混凝土支撐拆撐

為了保護基坑和周邊環境的安全，混凝土支撐采用機械+人工破除的支撐方式，使拆除后基坑支護結構不產生過大的應力釋放，需遵守以下原則：

1)支撐拆除前，底板及傳力帶混凝土強度達到設計要求；

2)先分離支撐桿與圍檁，再拆支撐桿，最后拆圍檁；先拆除副撐，再拆除主撐；

3)先拆東西兩端，再拆中間區域，由下而上分層拆除；

4)拆除支撐過程中，必須加強對周圍環境的監測，出現異常時，立即停止拆除工作。在采取相關措施，確保安全的前提下，方可繼續拆除工作。

5 實施效果分析

根據基坑監測報告數據的反饋與分析，在基坑施工過程中，成功的控制了西側地鐵運行地鐵線及車站、周邊建構筑物及管線的變形量。基坑開挖階段圍護深層水平位移為25.2 mm，建構筑物最大沉降量為15.3 mm，周邊管線最大沉降12.6 mm；日變形量及累計變形量均在基坑可控的變形范圍內。

整體土方開挖和水平支撐施工時間為182 d，與原進度計劃相比，提前了35個日歷天。

6 結語

本工程屬超大超深基坑，支撐復雜，周邊環境敏感?；訃o經優化后，僅保留了地鐵線一側的攪拌樁止水帷幕，這對地墻施工的質量提出了更高的要求。為確保基坑施工安全，嚴格遵守先撐后挖的原則，在基底有工作面的基礎上，盡早進行底板及傳力帶施工，以減少超大基坑的不利影響。另外，由常規的“挖掘機傳遞，多次倒運式”的出土方法，創新為“分區開挖，棧橋鋪路，裝載機入坑，根據不同工況先角后邊、中心島后退開挖”，提高了出土效率、降低了施工成本，在縮短基坑暴露時間的同時，有效地減少了基坑變形，對周邊環境影響降至最小化，保證了基坑安全。總體看來，在整個施工過程中，各項措施得當，為以后類似工程提供了成功的借鑒案例。