城市中心區域復雜環境下的超深基坑技術研究

何 猛

（中國十七冶集團有限公司，安徽 馬鞍山 243000）

0 引言

隨著城市化建設進程的不斷加快，城市中心區域的土地資源呈現愈發稀缺狀態，在建設過程中，為了滿足城市中地下空間的開發與利用需求，會設置多層地下室，提高建筑物的地下層數。為此，超深基坑支護施工技術成為開發高質量建筑的主要技術。隨著城市建設的深入，基坑支護技術的發展也越來越成熟，在不同的施工環境和條件下，如何選擇合適的支護結構成為當下建筑工程規范化施工的重點。為滿足工程需求，本文將在此次研究中，選擇安徽省一家雙特雙甲企業中國十七冶集團有限公司的江西科晨研發中心項目作為實例，開展城市中心區域復雜環境下的超深基坑技術的研究。

1 工程概況

為保證在中心環境下基坑工程的順利施工，本文選擇安徽省一家雙特雙甲企業中國十七冶集團有限公司的江西科晨研發中心項目作為實例展開研究。

江西科晨研發中心項目位于南昌市青山湖區，整體位于城市中心位置，項目所在地的區域環境較為復雜。周邊建筑物密集，臨近青山湖，且地下室基坑深度最深達13.2m，采用SWM工法樁+鋼支撐+混凝土支撐的支護形式。

項目技術難點：眾所周知，深基坑工程施工質量標準要求高，難度大，特別是基坑深度超10m 且在密集建筑群中的深基坑工程。目前我國大部分深基坑工程仍沿用常規方法進行施工，此種施工方法十分不利于現場施工質量、進度安全的控制[1]。為此，承包公司依托江西科晨研發中心項目，在施工過程中積累了較多的經驗，對于密集建筑群中深基坑工程基坑排水、鋼管支撐施加預應力、密集建筑群監測等問題研發了一整套的施工方法。力圖通過改進施工工藝、改變施工組織措施的方式，將施工過程中“人材機法環”的不穩定因素降至最低，提高質量控制力度，使建成的項目迎合政府政策導向的支持和建筑行業發展的需要。

2 城市中心區域復雜環境下的超深基坑施工技術設計

2.1 地下連續墻施工

第一步，地下連續墻的開槽法測量。在開挖施工之前，先測量并確定導墻的位置，并繪制出開挖邊線。

第二步，導墻開挖施工。在勘察場地時，應依據場地原有的路面狀況，對原有路面的路面進行切割、鑿除。為了保證在不影響主體結構的前提下，在保證圍護結構變形的前提下，開挖寬度應大于設計值5cm[2]。在施工時，應注意施工縫與地下連續墻的接縫之間的錯位。

第三步，水泥攪拌工程。水泥混合料的性能指標必須達到規范的規定。拌和材料可以選用膨潤土。在施工過程中，對鉆井液的各項性能指標進行測試，若不符合標準，則要進行相應的調整，以確保在成槽過程中，鉆井液的質量達到標準。

第四步，成槽施工。進行工程建設之前，要仔細研究設計圖紙和勘察數據，對工程場地的地質構造進行全面的認識。在正式挖掘之前，必須仔細地確定地層的分布。該工程的施工方式是由兩臺造槽機同時進行，由兩端到中部，采取跳槽施工。如果有巖層存在，可以使用液壓抓斗進行掘進，如圖1 所示。

圖1 成槽施工

第五步，施工過程中的品質檢驗。單幅成槽后，可以通過超聲波來檢驗產品的品質。主要測試成槽深度，垂直度，沉渣厚度，塌孔等。

第六步，清孔施工。經品質檢驗合格后，進行刷墻操作，刷墻至少要刷5 遍，直到刷墻時沒有泥漿。進行灌漿清理，清理完畢后，接頭盒即可安裝。

第七步，鋼筋籠的制作與加工。產品的結構和尺寸要與設計圖相符，質量要達到規格，并使用專門的加工平臺或輪胎支架。每一塊布應該設置2 個灌漿管道，直到鋼筋籠的底部[3]。主筋連接采用對焊法，在交叉處進行點焊，其焊接數量要超過半數。圖2 為鋼筋籠安裝示意圖。

圖2 鋼筋籠安裝示意圖

第八步，鋼筋籠吊裝作業。鋼筋籠因其自身重量、外形尺寸較大，在吊裝、翻轉、入槽等施工中存在著較大的困難和安全隱患。吊裝工作必須制訂專門的施工計劃，并對所有作業情況進行檢查，并嚴格按照吊裝計劃實施。鋼筋籠從平面提升轉變為豎向提升，需要在空中進行翻轉，使用履帶式起重機完成這一作業。采用150t 主吊和80 t 的副吊進行翻滾。在鋼筋籠上設置11 個吊點，其中5 個為豎向吊點，2 個為橫向吊點，4 個中間轉換吊點。鋼筋籠翻轉完畢后，用主吊機將其吊至成槽的位置，并將其裝入槽內。

第九步，混凝土施工。地下連續墻為商混結構，并采用雙管道澆筑[4]。必須持續澆筑混凝土，不能間斷。在施工過程中，要求混凝土的方量需要在10m3以上，澆筑頂面應當超過設計高度0.5m。

2.2 止水帷幕施工

為了滿足盾構的進、出洞要求，在端頭井段進行了止水帷幕的設計[5]。止水帷幕選用850@600mmmm 的三軸攪拌樁，在其與兩側地下連續墻間進行旋樁的夾縫間止水試驗。樁的深度是20.257 m。材料和設備進場后應進行檢查驗收，并做好記錄。在施工之前，先測量好樁的位置。在安裝、移位前，應仔細觀察并注意周邊環境，避免出現安全隱患[6]。在樁機安裝完畢后，需要復查，確認其位置精度。在鉆井期間，攪拌軸的垂直度要及時進行檢測。在鉆孔就位后，就可以進行起吊和攪拌工作。在攪拌軸的升降過程中，要注意調整攪拌軸的升降速率和噴漿量之間的對應關系，以確保噴射數量滿足設計要求。為了使泥漿和拌合土的均勻性，必須反復進行，以滿足設計的深度。在施工中，攪拌軸的下落速率要嚴格控制，在樁底處適當增加攪拌和噴漿量。對泥漿比重、樁機施工等進行定期檢查，確保樁機施工參數達到標準。表1 為止水帷幕施工中三軸攪拌樁技術參數記錄表。

表1 止水帷幕施工中三軸攪拌樁技術參數記錄表

2.3 超深基坑開挖施工

超深基坑開挖施工主要裝備有：PC220 型2 臺，PC90 型1臺，龍門式起重機2 臺，自卸汽車6 臺，以及其他相關的設備。基坑施工法是由兩端挖到中間的。基坑開挖順序為分段分層開挖，必須嚴格遵循分層、從上到下、先撐后挖、分層開挖的“十六字”原則。分層3～4 m，分段長度在24m 以下，每段可分成6m的小段，由開挖和支撐，并及時進行排水，以減少底部的暴露。必須對支架進行預應力，使其達到設計要求。在第一層進行鋼混支護施工，在基座高度達到后，再進行鋼筋籠的施工，然后進行混凝土的澆筑。第二層及以下各層均按分段進行開挖、支護[7]。上下兩層的土方由PC220 挖掘機進行，與輸送式裝載機相結合，第三層由小型挖掘機進行挖掘，并與泥土混合，龍門起重機+液壓抓斗進行挖坑。在實際開展超深基坑的開挖施工前，需要根據現場施工條件，確定開挖分層的層數，通常情況層數為8。除此之外，還需要確定每層分步開挖的數量、開挖時間限制、支撐預加軸力等參數。在進行超深基坑開挖時，應當縱向放坡。并且保證邊開挖，邊刷坡。嚴格控制縱向的坡度，保持該結構的穩定性。

2.4 鋼管支撐施工

在進行鋼管支撐施工前，必須先進行鋼管支承長度的配合計算，然后進行現場裝配、檢驗。當基坑開挖到支承鋼管下50c以下時，停止施工，并在8h 內完成鋼管支架的安裝、定位、預緊力等工作。并根據設計的預應力進行預應力，按照圖紙的預應力，約為設計軸力的60%。當基坑開挖至支承鋼管下50cm 時，應測量、定位、噴涂、鉆孔、鉆孔、支架等。根據管件的整體長度，按照設計要求，在中間安裝標準管，兩端為固定和可移動。在地面上進行預裝，檢驗通過后，用履帶起重機將其吊起，并將其安裝于鋼斜撐的牛腿上，并進行焊接。支架起吊完畢后，不可松動[8]。首先要把固定端部置于斜撐牛腿上，然后將可移動的末端的移動頭從鋼圍圖中抽出。然后，將2 個200t 的液壓油頂，裝在可移動的頂部，根據設計的要求，在移動端施加預壓力。為了確保預緊力施工的安全性，液壓油頂板和支架是一體的，并將其安裝在可移動的頭部，通過液壓泵的作用使其達到承受載荷的目的。預壓載荷就位后，將硬塊安裝在可移動頭上，并將其鎖緊，然后進行焊接。在使用前加載時，要做好記錄。底、中板施工完畢，待混凝土強度達到一定程度，才能拆除鋼管支架。為避免鋼管支架的滑落，必須加裝防跌落防護裝置。防墜防護設備通常由鎖扣和鋼絲繩組成，一頭用膨脹螺栓與防護結構緊密相連，一頭與鋼管支承相連，以確保在支承過程中不會出現鋼管支承脫落。圖3 為鋼管支撐拼裝示意圖。

圖3 鋼管支撐拼裝示意圖

3 技術應用分析

為了保證深基坑在密集建筑群中實施，且不對周邊建筑物造成影響，在土方開挖及基礎施工時對基坑進行自動位移監測，以保證基坑施工的安全以及及時發現隱患并消除，通過監測來實時對基坑安全狀態進行控制，盡量將影響減到最小。同時，根據大量的工程實際成果可知，當圍護結構出現裂縫時，基坑開挖過程會因內外高度差異，導致開挖過程中出現局部滲漏、管涌等問題。因此，在基坑開挖時，應加強對基坑外水位、基坑圍護結構頂部水平位移、超深基坑圍護墻測斜的持續監測，如有需要，可在坑外設置一口降落井，以降低基坑內、外水位、減少土體水平位移，確保其穩定。

將深基坑沉降作為評價指標，選擇測點與多個監測項目，對深基坑在施工后的總變形速度展開監測，設計監測指標與預警值，掌握深基坑施工方案應用的可靠性，其結果見表2。

表2 超深基坑施工監測指標與預警值

4 結論

根據以上內容可知，得到如下幾個方面的結論：

（1）此次監測選擇了9 個超深基坑施工技術質量驗收指標，根據監測工作的實際需求，設計每個指標的累計預警值與每日預警值，通過對累計變形量監測結果、變形速度監測結果（最大值）的分析可知，所有監測指標在深基坑施工中均未達到預警，說明提出的施工技術可以起到控制超深基坑沉降、變形等作用。

（2）目前，在城市中心區域的深基坑開挖工程中，大部分施工都是采用標準的支承結構體系，根據城市中心區域的具體地質條件，有針對性地進行了支護設計與分析。盡管此種設計方法證實了具有一定的可行性，但要進行該方法的進一步深化，還需要引進計算機技術、BIM 技術等現代化技術作為支撐，由于BIM 技術在深基坑工程中的應用與發展還很欠缺，信息化技術和大數據應用尚不夠深入、全面，因此，在后續此類工程的建設中，可以加大對此方面研究的投入。