常州某深大基坑設計與施工

倪 寅 (上海煜璞貿(mào)易有限公司，上海 200333)

1 工程概況

1.1 工程概況

本項目位于常州市鐘樓區(qū)，懷德路以南、延陵西路以東、早科坊以北、西直街以東，地處常州市商業(yè)中心。由有5棟30～35層高層主樓及4～6層商業(yè)樓組成，總建筑面積約29.2萬m，一般區(qū)域設三層地下室。基坑面積約27750m，周長約700m，基坑大面開挖深度約13.7m，落深區(qū)開挖深度15.1m，屬超大深基坑。

本項目位于常州市中心老城區(qū)，基坑周邊環(huán)境十分復雜。場地北側(cè)為延陵西路，其上有BRT 2號線，與基坑最近距離約10.5m。西側(cè)為懷德路，其上有BRT 1號線，與基坑最近距離約10.3m。南側(cè)為京杭運河、西直街、西吊橋、明城墻、蓖梳巷的多層建筑，與基坑最近距離約11.5m；東側(cè)為早科坊路，東南角為早科坊公寓，與基坑最近距離約12.1m。

擬建基地四周多條市政道路，地下有各類水、電、天然氣等管線。

基坑周邊環(huán)境總平面圖見圖1所示。

圖1 基坑周邊環(huán)境總平面圖

1.2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

場地地勢平坦，地貌為長江三角洲沖積平原，地貌類型單一。在基坑開挖深度范圍內(nèi)涉及的土層分別為：①層雜填土、②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、②層粉質(zhì)粘土、③層粘土、④層粉土、⑤粉砂夾粉土及⑥粉土。

場地內(nèi)根據(jù)淺層土性的分布劃分為“好土區(qū)”及“差土區(qū)”。好土區(qū)與差土區(qū)分界示意見下圖2。好土區(qū)淺層土層以粘土、粉性土及砂性土為主，位于場地北側(cè)，地質(zhì)剖面詳見圖3；差土區(qū)淺部含較厚的第②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，位于場地南側(cè)，地質(zhì)剖面詳見圖4。

圖2 場地“好土區(qū)”與“差土區(qū)”分界示意圖

與圍護設計施工有關的地層信息如下表1所示。

基坑圍護設計參數(shù)表 表1

對本工程有影響的含水層主要為淺層的潛水及第Ⅰ層承壓水。潛水主要賦存于第①層雜填土中，設計時取地下高水位埋深1.0m考慮計算。

擬建場地第Ⅰ層承壓水埋藏于④～⑥及⑧、⑨1層粉土、粉砂中。勘察期間測得該層水位埋深為孔口下1.7m左右。勘察測得該層承壓水對基坑降水有影響，綜合滲透系數(shù)K=1.83m/d。

2 基坑工程特點及難點

2.1 基坑規(guī)模大及安全等級高

本工程基坑面積約27750m，基坑大面開挖深度約13.7m，落深區(qū)開挖深度15.1m，屬超大深基坑。基坑工程安全等級為一級。

基坑開挖的影響范圍比較大，圍護設計應對深大基坑的變形控制以及基坑的分塊施工等予以充分考慮。

2.2 基坑周邊環(huán)境較復雜

圖3“好土區(qū)”剖面展開圖

圖4“差土區(qū)”剖面展開圖

場地位于常州市中心老城區(qū)，場地北側(cè)為延陵西路，其上有BRT 2號線，其下為規(guī)劃的軌道交通二號線；西側(cè)為懷德橋，其上有BRT1號線；南側(cè)為京杭運河、西直街、西吊橋、明城墻、蓖梳巷的多層建筑；東側(cè)為早科坊路，東南角為早科坊公寓。

基坑周邊市政道路下埋設了眾多的管線，與基坑的距離相對較近；同時基坑周邊基坑開挖影響范圍內(nèi)有多處需保護的天然地基建（構(gòu)）筑物。

綜上，本基坑周邊環(huán)境條件較復雜，基坑設計與施工需關注對周邊環(huán)境的保護。

2.3 工程地質(zhì)條件復雜

場地內(nèi)根據(jù)淺層土性的分布劃分為“好土區(qū)”，與“差土區(qū)”。“好土區(qū)”自然地面6m以下為粉性土、砂性土層，基坑止水、降水至關重要；“差土區(qū)”雜填土下分布有厚度很大的第②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，該層土土性很差，對控制基坑變形極其不利。

“好土區(qū)”與“差土區(qū)”土性差異巨大，應確保基坑圍護結(jié)構(gòu)的受力和變形協(xié)調(diào)。

3 基坑圍護設計方案

綜合考慮安全性、經(jīng)濟性、施工可操作性、基坑周圍環(huán)境、場地布置等多項因素，本工程最終采用鉆孔灌注樁＋三軸水泥土攪拌樁止水+兩道鋼筋混凝土水平圓環(huán)支撐的基坑圍護形式。

3.1 圍護結(jié)構(gòu)設計

基坑開挖深度13.2m/15.1m，好土區(qū) 圍 護 樁 采 用?850＠1050/?1000＠1150鉆孔灌注樁，樁長19.5m/22.5m，插入比均約為1:0.6左右；差土區(qū)圍護樁采用?1000＠1200/?1100＠1300鉆孔灌注樁，樁長25m，插入比約為1:1/1:0.8左右。圍護樁設計參數(shù)表見表2。

圍護樁設計參數(shù)表 表2

為減少基坑降水對周邊環(huán)境的影響，設計時采用止水帷幕將第Ⅰ層承壓水隔斷，進入相對隔水層1m左右。針對各條邊的地層分布情況，設計止水帷幕長度27m～37m。

好土區(qū)典型圍護剖面如圖5所示。

圖5 好土區(qū)典型圍護剖面

差土區(qū)典型圍護剖面如圖6所示。

圖6 差土區(qū)典型圍護剖面

3.2 支撐系統(tǒng)

本工程共設置兩道鋼筋混凝土水平支撐。根據(jù)基坑形狀，兩道水平支撐均采用雙圓環(huán)鋼筋混凝土支撐（內(nèi)圓直徑122m，外圓直徑142m）。該兩道圓環(huán)撐為常州少見的大直徑圓環(huán)支撐。較常規(guī)的對撐＋角撐的支撐布置型式，大大減少了支撐系統(tǒng)的工程量，且便于土方開挖。

同時在圓環(huán)支撐靠邊位置設置施工平臺及斜棧橋，施工車輛直接到達土方開挖面，大大加快基坑的施工進度。

本工程支撐平面布置如圖7所示（圖中陰影部分表示棧橋區(qū)域）。

圖7 支撐平面布置示意圖

本工程中采用臨時鋼立柱及柱下鉆孔灌注樁作為水平支撐系統(tǒng)的豎向支承構(gòu)件。臨時鋼立柱根據(jù)豎向荷載采用由等邊角鋼4L160×12綴板焊接而成的型鋼格構(gòu)柱，其截面為480mm×480mm，型鋼型號為Q235B，鋼立柱插入立柱樁（鉆孔灌注樁）中不少于3m，鋼立柱在穿越底板的范圍內(nèi)需設置止水片。立柱樁采用直徑?800灌注樁，有效樁長20～24m，立柱樁充分利用工程樁。

3.3 基坑降水

本工程基坑降水采用無砂混凝土管井和真空鋼管井相結(jié)合的布置型式。“好土區(qū)”淺部粉性土為主，采用無砂混凝土井對基坑進行疏干降水；“差土區(qū)”因存在深厚的淤泥質(zhì)土層，滲透系數(shù)低，采用真空鋼管井降水。超前降水時間控制在14天以上，降水深度應達到開挖面以下1.0m。

無砂混凝土管井每口井控制面積約為500m，真空鋼管井每口井控制面積約為300m。較常規(guī)降水井布置大大減少了降水井的數(shù)量，節(jié)約了工程造價。

4 基坑實施效果與監(jiān)測分析

本項目自2012年5月開始進行工程樁、圍護樁和止水帷幕等圍護施工；2012年8月第一道支撐整體形成；2012年10月第二道支撐整體形成；2012年12月土方分段開挖到底。2013年2月底板全部澆注完成。2013年6月基坑工程全部結(jié)束。地下工程總歷時13個月。

本工程整體采用兩道圓環(huán)支撐。圓環(huán)支撐受力性能合理，能大大加快土方開挖速度，但要求圓環(huán)四周坑邊應土方均勻、對撐開挖，同時要求土方開挖必須在上道支撐完全形成后進行，因此對施工單位的管理與施工要求相對更高。為此，現(xiàn)場成立由業(yè)主、監(jiān)理、設計及施工單位組成的領導管理小組。整個基坑開挖過程中采取以下措施，確保基坑安全。

①在基坑開挖前嚴格審核施工組織設計方案，進行支撐系統(tǒng)施工、基坑開挖技術交底，并督促施工單位據(jù)此編制內(nèi)容翔實、操作性和可控性強的應急預案。

②在開挖支撐下土方的關鍵節(jié)點，派專人輪流值班，挖土時每隔2小時巡視一下現(xiàn)場，如發(fā)現(xiàn)滲漏及滲漏征兆立即啟動應急方案，組織搶險。

③在基坑開挖過程中加強現(xiàn)場巡視，出現(xiàn)問題和風險參建各方隨叫隨到，及時溝通和協(xié)調(diào)。

④對開挖過程中的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行認真分析，發(fā)現(xiàn)風險預兆就相互通報，及時調(diào)整挖土流程及采取處理措施。

基坑施工完畢后，最終圍護灌注樁側(cè)斜變形“好土區(qū)”約3～3.5cm，“差土區(qū)”約7～8cm，能夠滿足基坑圍護設計要求和周圍環(huán)境保護要求，特別是對場地周邊的道路、管線、橋梁、天然地基建（構(gòu)）筑物等均未造成明顯影響，未遭到相關單位或個人的投訴，保證了社會的和諧。

圍護支撐設計參數(shù)表 表3

圖8 基坑開挖到底照片

5 結(jié)語

①本項目位于常州市鐘樓區(qū)商業(yè)中心，基坑面積大、開挖深度深，地質(zhì)條件復雜，周邊環(huán)境條件復雜。基坑圍護采用大直徑鉆孔灌注樁結(jié)合三軸攪拌樁止水帷幕+二道鋼筋混凝土圓環(huán)支撐體系確保了基坑開挖和周邊環(huán)境的安全，具有十分顯著的技術和經(jīng)濟效果。

②本項目兩道水平支撐均采用雙圓環(huán)鋼筋混凝土支撐（內(nèi)圓直徑122m，外圓直徑142m）。該兩道圓環(huán)撐為常州乃至全國少見的大直徑圓環(huán)支撐，且其同時位于土性差異極大的“好土區(qū)”與“差土區(qū)”，該項目的成功，對圓環(huán)撐的推廣和使用意義重大。

③圓環(huán)支撐受力性能合理，能大大加快土方開挖速度，但要求圓環(huán)四周坑邊應土方均勻、對撐開挖，因此施工過程中需要各參建單位密切配合，同時現(xiàn)場應加強監(jiān)測，編制切實可行的施工方案及應急預案，以確保基坑及周圍環(huán)境的安全。