某超大面積地下室蓋挖逆作法技術(shù)研究

蘇建峰

(福建省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 福建福州 350001)

0 引言

隨著國(guó)內(nèi)城市建設(shè)的快速發(fā)展,人們對(duì)地下空間的開發(fā)和利用越來(lái)越重視,城市建筑工程中涌現(xiàn)出越來(lái)越多的深基坑。目前，基坑的開挖方式主要有明挖法和蓋挖逆作法，蓋挖逆作法相對(duì)于明挖法對(duì)基坑支護(hù)及周邊環(huán)境的影響較小。福州寶龍萬(wàn)象廣場(chǎng)地下人防工程位于福州市商業(yè)中心，車流量及人流量較大，周邊環(huán)境復(fù)雜，基坑不適宜采用明挖法，故采用蓋挖逆作法，保證車流和人流的順暢通行。基于此，文章通過(guò)該工程的實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，詳細(xì)分析蓋挖逆作法施工[1]對(duì)深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境的影響。

1 工程概況

福州寶龍萬(wàn)象廣場(chǎng)地下人防工程為單建式大型地下空間平戰(zhàn)結(jié)合人防工程，坐落在福州市萬(wàn)寶商圈核心位置地下，地面為商業(yè)景觀廣場(chǎng)及城市道路。基坑范圍東起白馬路，西至二環(huán)路，北起萬(wàn)象城廣場(chǎng)，南至寶龍廣場(chǎng)。地下室與萬(wàn)象城廣場(chǎng)地下室(一層，底板底標(biāo)高約1.05m)相連，距中央第五街地下室(兩層，底板底標(biāo)高-1.85m)外墻約5m～9m，距F公館地下室(兩層，底板底標(biāo)高-4.50m)外墻約15m，距福州化工機(jī)械廠宿舍樓 (6層，條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深約1.2m)約4.0m。西南側(cè)為空地，南側(cè)與寶龍城市廣場(chǎng)地下室(兩層，局部一層，負(fù)一層板底標(biāo)高約1.00m，負(fù)二層板底標(biāo)高約-3.90m)相連。南側(cè)靠近三迪家居廣場(chǎng)位置，為福州軌道交通2號(hào)線寧化站。工業(yè)路北側(cè)路邊為大慶河，河寬約6m，基坑施工時(shí)需臨時(shí)改道。

該工程設(shè)3層地下室，地下室面積約20萬(wàn)m2，是目前國(guó)內(nèi)地下室面積最大的綜合性商業(yè)廣場(chǎng)。道路標(biāo)高6.80m，地下一層(BM層)樓板面標(biāo)高1.10m，地下二層(B1層)樓板面標(biāo)高-3.10m，地下三層(B2層)板面(即底板面)標(biāo)高-6.75m(南側(cè))、-7.75m(北側(cè))。基坑開挖至底板墊層底的深度14.8m(南側(cè))、15.8m(北側(cè))。項(xiàng)目平面位置圖如圖1所示。

圖1 該工程平面位置圖

2 地質(zhì)條件及基坑支護(hù)方案

2.1 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告,場(chǎng)地土層自上而下依次為：雜填土，粉質(zhì)粘土，淤泥，粉質(zhì)粘土，中砂(夾薄層淤泥)，淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，粉質(zhì)粘土，中砂，卵石。基坑開挖范圍內(nèi)地下水，主要為雜填土中上層滯水和中砂層孔隙承壓水，勘察期間混合穩(wěn)定水位埋深3.10m～4.00m，如圖2所示。

圖2 工程地質(zhì)剖面圖

2.2 基坑支護(hù)方案

該工程基坑采用蓋挖逆作法施工，基坑周邊采用排樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，利用地下室各層樓板作為基坑水平支撐結(jié)構(gòu)，豎向設(shè)置一柱一樁作為立柱，在地下室頂板達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后即同時(shí)開始地面回填及地下暗挖作業(yè)。基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)形式[2]如下:

(1)北側(cè)采用φ1000@1200長(zhǎng)螺鉆孔旋灌注樁，外側(cè)采用800厚雙輪攪深層攪拌止水帷幕墻進(jìn)行止水。為減少雙輪攪帷幕墻施工對(duì)宿舍樓造成影響，在雙輪攪外側(cè)先施工一排φ800@1200鉆孔灌注咬合樁。

(2)二環(huán)路高架橋南北端橋下位置圍護(hù)樁，采用MJS工法高壓旋噴樁，樁徑φ2100@1000，內(nèi)插H300×700型鋼@1000。

(3)二環(huán)路高架橋東西兩側(cè)圍護(hù)樁采用長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁，樁徑φ1000，間距1200。圍護(hù)樁外側(cè)，采用雙輪攪止水帷幕止水，雙輪攪止水帷幕墻厚750。

(4)西南側(cè)地鐵2#線出口位置，采用SMW工法樁支護(hù)，三軸攪拌樁為φ850@600，攪拌樁內(nèi)插H300×700型鋼，插二跳一。

(5)其余位置圍護(hù)樁采用長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁。圍護(hù)樁外側(cè)采用一排φ850@600三軸攪拌樁或雙輪攪止水帷幕墻止水。

3 監(jiān)測(cè)方法

由于該工程西側(cè)地下室位于二環(huán)路高架橋底，北側(cè)及南側(cè)地下室與原有商場(chǎng)無(wú)縫對(duì)接，東側(cè)地下室緊鄰白馬河，西南側(cè)與地鐵站共用地下連續(xù)墻，且同時(shí)施工，因此給監(jiān)測(cè)工作帶來(lái)很大挑戰(zhàn)，必須給予施工變形監(jiān)測(cè)，以保證施工安全。

3.1 圍護(hù)樁深層位移監(jiān)測(cè)

(1)埋設(shè)方法：圍護(hù)樁深層位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，采用直徑70mm測(cè)斜管埋設(shè)于圍護(hù)樁鋼筋籠上，測(cè)斜管長(zhǎng)度與樁長(zhǎng)相同，埋設(shè)于圍護(hù)樁外側(cè)，埋設(shè)時(shí)將各節(jié)測(cè)斜管通過(guò)連接頭逐節(jié)聯(lián)系，內(nèi)槽口及外槽口對(duì)齊。

(2)監(jiān)測(cè)方法：測(cè)斜儀探頭滑輪沿測(cè)斜管內(nèi)壁導(dǎo)槽逐漸下放至管底，自下而上每隔1m測(cè)定該點(diǎn)偏角值；然后，將探頭旋轉(zhuǎn)180°，在同一導(dǎo)槽內(nèi)再測(cè)量一次，合起來(lái)為一測(cè)回。通過(guò)疊加推算得到各點(diǎn)的位置值，與初始值的差即為累計(jì)水平位移量。

監(jiān)測(cè)采用航天部生產(chǎn)的cx-06B型測(cè)斜儀進(jìn)行測(cè)試，標(biāo)稱精度為±0.1mm/500mm。

3.2 二環(huán)路高架橋及周邊建筑沉降監(jiān)測(cè)

(1)西側(cè)地下室橫穿西二環(huán)工業(yè)路高架橋，其中高架橋有3個(gè)墩位，4跨位于地下室基坑內(nèi)。沉降觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)于橋墩臺(tái)身底部四角，利用沖擊鉆將“L”型監(jiān)測(cè)點(diǎn)打入橋墩結(jié)構(gòu)內(nèi)，每個(gè)橋墩埋設(shè)4個(gè)沉降點(diǎn)。

(2)在距基坑邊1～3倍范圍內(nèi)建筑上布設(shè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，主要為場(chǎng)地北側(cè)的化工機(jī)械廠宿舍樓(已拆除)、F公館、中央第五街、萬(wàn)象商業(yè)廣場(chǎng)以及南側(cè)的寶龍城市廣場(chǎng)。沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置于建筑四周±0.0以上50cm位置，每座建筑各設(shè)置4～6個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

利用天寶Trimble精密電子水準(zhǔn)儀，采用水準(zhǔn)測(cè)量方法，按表1技術(shù)要求進(jìn)行觀測(cè)。通過(guò)觀測(cè)出各監(jiān)測(cè)點(diǎn)高程，經(jīng)計(jì)算可得到西二環(huán)高架橋及周邊建筑沉降變化情況。

表1 垂直位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)的主要技術(shù)要求 mm

4 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

4.1 圍護(hù)樁深層位移監(jiān)測(cè)變形分析

圍護(hù)樁變形監(jiān)測(cè)，采用北京理正支護(hù)軟件7.0，根據(jù)各個(gè)剖面具體地質(zhì)情況及圍護(hù)樁型式，計(jì)算出各個(gè)剖面圍護(hù)樁變形情況。

基坑開挖及地下室施工過(guò)程，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)深層水平位移-深度曲線一般為：變形曲線呈“弓”型；支護(hù)結(jié)構(gòu)位移從樁底自下而上逐漸增大，負(fù)二層底板面附近水平位移達(dá)到最大值，往上受支撐結(jié)構(gòu)作用[3](地下室各層樓板作為基坑的水平支撐結(jié)構(gòu))位移又逐漸減少。開挖至基坑底設(shè)計(jì)標(biāo)高過(guò)程，圍護(hù)樁水平位移變形逐漸增大，開挖完樓板澆筑后，位移速率逐漸減少并趨于穩(wěn)定。

4.1.1緊鄰地鐵站計(jì)算位移圖及實(shí)測(cè)位移圖

(a) (b)圖3 緊鄰地鐵站設(shè)計(jì)圖與實(shí)測(cè)圖

圖3(a)為利用軟件計(jì)算出的設(shè)計(jì)值，由圖3(b)實(shí)測(cè)曲線圖可知，監(jiān)測(cè)點(diǎn)最大位移值21.93mm，所處深度8m，與圖3(a)設(shè)計(jì)圖基本吻合。開挖施工期間累計(jì)變形量未超出設(shè)計(jì)允許值。

4.1.2緊鄰寶龍廣場(chǎng)計(jì)算位移圖及實(shí)測(cè)位移圖

(a) (b)圖4 緊鄰寶龍廣場(chǎng)設(shè)計(jì)圖與實(shí)測(cè)圖

根據(jù)圖4(b)實(shí)測(cè)曲線分析，監(jiān)測(cè)點(diǎn)最大位移值22.83mm，所處深度12m，累計(jì)變形值比圖4(a)設(shè)計(jì)值略高。開挖施工期間累計(jì)變形量未超出設(shè)計(jì)允許值。

4.1.3二環(huán)高架橋底計(jì)算位移圖及實(shí)測(cè)位移圖

(a) (b)圖5 二環(huán)高架橋底設(shè)計(jì)圖與實(shí)測(cè)圖

根據(jù)圖5(b)實(shí)測(cè)曲線分析，監(jiān)測(cè)點(diǎn)最大位移值29.28mm，所處深度12m，實(shí)測(cè)變形圖與圖5(a)設(shè)計(jì)圖基本吻合。開挖施工期間累計(jì)變形量未超出設(shè)計(jì)允許值。

4.1.4緊鄰白馬河計(jì)算位移圖及實(shí)測(cè)位移圖

(a) (b)圖6 緊鄰白馬河設(shè)計(jì)圖與實(shí)測(cè)圖

根據(jù)圖6(b)實(shí)測(cè)曲線分析，監(jiān)測(cè)點(diǎn)最大位移值21.51mm，所處深度10m，實(shí)測(cè)變形圖與圖6(a)設(shè)計(jì)圖基本吻合，開挖施工期間累計(jì)變形量未超出設(shè)計(jì)允許值。

4.2 二環(huán)路高架橋沉降監(jiān)測(cè)變形分析

在地下室工程每層土方開挖前后、支護(hù)完成前后、工況發(fā)生變化時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在開挖深度≤5m時(shí)，按1次/3～5d；開挖深度>5m時(shí)，按1次/2～3d，開挖深度>10m時(shí)，按1次/1d。基坑封底及底板施工后，監(jiān)測(cè)間隔時(shí)間適當(dāng)延長(zhǎng)。監(jiān)測(cè)頻率根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，當(dāng)觀測(cè)數(shù)據(jù)變化較大時(shí)加密監(jiān)測(cè)，確保基坑開挖施工順利進(jìn)行。

圖7 D45～D48監(jiān)測(cè)點(diǎn)橋墩沉降曲線

由圖7曲線可以看出：該工程西側(cè)地下室基坑開挖施工期間，影響區(qū)域內(nèi)的二環(huán)高架橋橋墩累計(jì)沉降-2.41～3.70mm(負(fù)值表示下沉，正值表示上浮)，沉降變化正常。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)在開挖施工期間未出現(xiàn)突變，累計(jì)沉降均在設(shè)計(jì)允許值范圍。

4.3 周邊建筑沉降監(jiān)測(cè)變形分析

周邊建筑沉降觀測(cè)點(diǎn)在基坑開挖前先埋設(shè)測(cè)點(diǎn)，并測(cè)得各測(cè)點(diǎn)基數(shù)，且不少于兩次，取得穩(wěn)定的初始觀測(cè)值，開挖后根據(jù)施工階段以及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)安排測(cè)試。

圖8 周邊建筑監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降曲線

由圖8曲線看出：該工程地下室開挖施工期間，影響范圍內(nèi)的周邊建筑累計(jì)沉降-3.65～-5.95mm(負(fù)值表示下沉)，沉降變化正常，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)在基坑開挖施工期間未出現(xiàn)突變，累計(jì)沉降均在設(shè)計(jì)允許值范圍內(nèi)。

5 結(jié)論

(1)該工程地下室基坑開挖施工期間，圍護(hù)樁深層水平位移值與設(shè)計(jì)計(jì)算變形值[4]基本吻合，實(shí)測(cè)累計(jì)變形值21.51mm～29.28mm，均在設(shè)計(jì)允許值范圍內(nèi)(40mm)；西側(cè)高架橋橋墩累計(jì)沉降量-2.41mm～3.70mm，均在設(shè)計(jì)允許值范圍內(nèi)(±10mm)；周邊建筑累計(jì)沉降量-3.65mm～-5.95mm，均在設(shè)計(jì)允許值范圍內(nèi)(±20mm)。施工期間該工程地下室主體結(jié)構(gòu)沒(méi)有明顯沉降。因此，該項(xiàng)目基坑支護(hù)設(shè)計(jì)和蓋挖法施工是成功的。

(2)相對(duì)于明挖法，蓋挖逆作法施工確實(shí)有很大優(yōu)勢(shì)，特別是在城市中心地段進(jìn)行的深基坑施工，既可以保證車流和人流的順暢通行，又可盡量減少開挖施工對(duì)周邊環(huán)境影響。蓋挖法是開挖施工的首選。相信，蓋挖逆作法施工應(yīng)用于深基坑將越來(lái)越廣泛。