蘇州中南中心工程樁永臨結合坡道設計與施工

陳 川，胡 文，王帥亮，宗秀金，鐘 世，萬周全

（江蘇中南建筑產業集團有限責任公司，江蘇 南通 226100）

0 引言

隨著經濟的高速發展，城市中心的用地越來越緊張，充分利用地下空間已經成為一種必然趨勢，超深基坑也隨之應運而生。此類基坑由于位于中心城區，周邊環境復雜、施工場地狹小、周邊建筑物、構筑物林立、周邊各類管線遍布、緊鄰地鐵或者輕軌。針對上述問題，為了實現減少基坑施工對周邊環境的影響、解決施工場地、加快施工進度等目標，工程中常采用逆作法進行深基坑的施工［1］。

逆作法超深基坑的施工速度主要取決于土方開挖速度。傳統的逆作土方垂直運輸依靠碼頭吊、伸縮臂挖掘機、長臂挖機等機械設備，花費時間長，影響土方整體的開挖進度，而且成本較高，所以如何減少土方的平面轉運時間及垂直運輸時間是提高土方開挖效率的重要措施。

蘇州中南中心項目利用前期工程試樁、試驗錨樁及一柱一樁永臨結合作為豎向支撐設置基坑運輸坡道，可以直接將車輛行進至土方開挖面，節約土方平面轉運及豎向吊運時間，有效加快施工進度，確保基坑安全，同時節約成本，取得良好綜合效益。

1 工程概況

1.1 基坑概況

蘇州中南中心項目基坑總面積約 26 260 m2，基坑總周長約 695 m。其中地下 6 層區面積約 23 430 m2，基坑周長約 637 m；地下 2 層區面積約 2 830 m2，基坑周長約 254 m，如圖1 所示。

圖1 項目區域劃分圖

地下 6 層區非塔樓區（裙房區）挖深 28.5 m，塔樓一般區域挖深 33.4 m，塔樓深坑區域挖深 35.2 m，6 層區總土方量約 75 萬 m3。

6 層區基坑采用裙房先逆作、塔樓后順作的施工順序，裙房優先施工，待裙房底板混凝土澆筑完畢后開始進行塔樓區域的順作施工。為配合逆作施工，總計設置 11 個取土口，采用碼頭吊進行土方垂直運輸，如圖2 所示。

圖2 挖掘機配合碼頭吊進行土方垂直運輸示意圖

1.2 樁基概況

本工程塔樓區域承壓樁共 719 根混凝土灌注樁（包括試錨樁），直徑為 1 100 mm。非塔樓區域抗拔樁，一柱一樁在基坑逆作階段作為豎向支撐樁使用。本工程在塔樓區域共設置四組單樁靜載荷試驗，每組單樁靜載荷試驗包括 4 根錨樁及 1 根試樁，4 組工程試樁分布如圖3 所示。

圖3 4 組單樁靜載荷試驗樁分布圖

圖4 蘇州中南中心裙房逆作地下室剖面圖

1.3 基坑支護體系概況

本項目基坑采用兩墻合一的地連墻支護，2 層區及6 層區設置一道分隔地連墻。6 層區整體采用逆作法施工，利用六道大剛度逆作結構樓板作為水平支撐，每層圓環增加邊梁加大支撐剛度；豎向支撐為 84 根角鋼格構柱及 347 根鋼管柱。

1.4 水文地質概況

基坑開挖范圍內主要土層依次為：①層填土，④層粉質黏土，⑤層砂質粉土，地基承載力建議值為 160 kPa，⑥層粉質黏土，地基承載力建議值為 100 kPa，⑧1層粉質黏土，⑧2層粉質黏土夾粉土，第⑨層粉砂，如圖5 所示。第⑤層為微承壓含水層，第⑨層為第一承壓含水層，第11層為第二承壓含水層，該三層土透水性強。

圖5 基坑土質情況圖（單位：mm）

2 數據收集

2.1 車輛數據

根據調研，本項目所選用的最大運土車為 8×4 驅動形式，寬度 2 600 mm，每側后視鏡加擋板寬約 300 mm，理論總寬度 3 100 mm，為保證車輛正常通行，兩側預留寬度不小于 250 mm，則運土車單坡道總寬度為 3 600 mm。車輛高度 3 450 mm，頂部覆蓋頂棚的高度低于最高高度，則坡道的凈高不低于 3 500 mm。整車重量 15.5 t，額定載重 15 t，總重量 31.5 t，輪胎總數 12 個。

2.2 樁基數據

本工程單組工程試樁為 5 根工程灌注樁，為便于進行承載力測試，樁頂標高為地面標高；樁端標高為 -107.00 m，有效樁長 78.20 m，樁徑 1 100 mm，混凝土等級為 C50，采用樁端樁側聯合后注漿，單樁承載力特征值 16 000 kN（承壓）。五根工程試樁對稱分布，樁間距為 5 200 mm/3 000mm，如圖6 所示。

圖6 單組工程試樁布置圖（單位：mm）

2.3 結構數據

本項目裙房地下室采用逆作施工，施工階段頂板B0 板的承載力為 5 t/m2，B1 板的承載力為 3.5 t/m2。

3 坡道設計與施工

3.1 重難點分析

1）逆作開挖深度深、開挖難度大：本工程基坑裙房區域開挖深度達 28.5m，塔樓區域開挖深度達 33.4 m，總開挖土方量 75 萬 m3。另地下室采用逆作法施工，機械需采取暗挖的方法，進一步加大了開挖的難度。

2）深基坑變形控制要求高：大體量復雜環境下的深基坑工程需加快深基坑的封閉作業，以有效地減少對周邊環境的影響，同時受天氣（如長江中下游的梅雨季節）等因素制約，施工速度尤其關鍵。

3）坡道安全性要求高：重載土方車輛在行進時對道路的要求極高，通道必須具備足夠的承載力和穩定性。

3.2 設計思路

考慮基坑圍護形式，結合本項目的工程試驗樁基、試驗錨樁及逆作裙房結構一柱一樁，將坡道分為三段式結構，第一段坡道利用一柱一樁設置在裙房逆作結構內；第二段坡道由兩組工程試樁及錨樁設置混凝土棧橋；第三段坡道由原狀土基礎+混凝土面層坡道組成；在混凝土坡道下方接臨時鋼板坡道并沿塔樓大圓環弧形設置，如圖7 所示。

圖7 坡道整體分段示意圖

3.3 設計驗算

通過建立模型，布置荷載，恒載不低于均布 2 kN/m2，活載不低于均布 35 kN/m2［2］。計算第一段裙房逆作區域坡道和第二段高空坡道的內力圖，根據計算所得的彎矩和剪力配置鋼筋，配筋率為經濟配筋率 1 %，導出結構配筋圖用于現場施工。

第一段坡道計算所得：三跨跨中最大彎矩值分別為 929.14、864.2、868.7 kN·m，如圖8、圖9 所示。

圖8 第一段裙房逆作區域坡道模型圖

圖9 第一段裙房逆作區域坡道內力圖

第二段坡道計算所得：1# 承臺與 B1 環梁間架空坡道梁跨中位置彎矩最大，最大彎矩值為 2 168.8 kN·m；2# 承臺與 1# 承臺間架空坡道梁跨中位置彎矩最大，最大彎矩值為 1 634.4 kN·m，如圖10、圖11 所示。

圖10 第二段高空承臺坡道模型圖

圖11 第二段高空承臺坡道內力圖

3.4 坡道施工

1）利用逆作結構中的立柱樁及托換梁柱支承-1.6 m 下 -7.1 m 的臨時坡道，開挖 B1 層土方（-9.1 m 至表層）。

2）利用 1 組試樁（5 根）施工混凝土有梁承臺（1#承臺），連接 1# 承臺與 B1 層（-7.1 m）大環梁，利用梁板體系施工架空棧橋坡道，開挖 B2 層土方。

3）利用另外 1 組試樁（5 根）施工混凝土有梁承臺（2# 承臺），連接 1# 承臺與 2# 承臺，利用梁板體系施工架空棧橋坡道，開挖 B3 層土方，如圖12、圖13 所示。

圖12 臨時運輸坡道剖面圖

圖13 臨時運輸坡道現場圖

4）利用 2# 坡道下方的原狀土層澆筑面層混凝土，并進行邊坡支護，連接 2# 承臺，開挖 B4、B5 層土方，如圖14 所示。

圖14 接 2# 承臺向下混凝土臨時道路模型圖

3.5 優點分析

1）安全可靠。工程樁基的承載力高，群樁組成的承臺結構穩固，安全可靠，同時坡道與逆作裙房結構連接，整體系更好。在初始設計坡道時，選擇距離較近的兩個試樁群，減小坡道跨度，確保架空坡道的穩固。

2）大大加快施工進度。車輛通過運輸坡道直接下至土層開挖面，直接裝載土方運輸至場外，相較于垂直吊土設備，在 10 m 高差時，數據顯示坡道裝載效率是輪式碼頭吊裝載效率的近 3 倍，大大提高了土方的開挖進度。土方開挖速度加快，基坑暴露時間減少，有效控制了基坑圍護結構的變形，確保基坑和周邊環境的安全。

3）試樁錨樁永臨結合。在樁基施工階段，根據現場的動線排布，選擇合理的臨時運輸通道路線，選擇合適的工程樁作為承臺的基礎。在選擇承臺樁基時，首選工程承壓樁設計圖紙中的靜荷載試驗樁，靜荷載試驗樁由于需要進行豎向承載力檢測，樁基頂部為原狀土層面標高，在后期施工承臺時，直接對試樁進行破除，無需額外補澆混凝土至坡道設計標高，降低了施工成本。

4 結語

1）在基礎設計階段，提前考慮坡道豎向支撐結構與工程樁或工程試樁永臨結合，無需新增臨時坡道樁基及后期額外破除，可顯著節約坡道施工成本。

2）臨時坡道宜滿足以下條件：①通行寬度不低于7 200 mm；②坡道凈高不低于 3 500 mm；③坡道坡度≤10°；④高空坡道應弧形布置，增加長度，降低坡度，確保車輛行車安全；⑤坡道應配備防滑措施和兩側安全防撞措施。

3）施工組織設計及深化設計過程中，綜合規劃坡道路線、結構施工、土方開挖方案、監測點位、降水井位置等，避免基坑施工過程中相互沖突。Q