超高層深基坑施工技術(shù)案例分析

張士平，李樹枝，陳 明

ZHANG Shiping1，LI Shuzhi2，CHEN Ming3

(1.浙江省建設(shè)投資集團(tuán)有限公司，浙江 杭州310012;2.浙江國(guó)泰建設(shè)集團(tuán)有限公司，浙江 杭州311200)

1 工程概況

蕭政儲(chǔ)出(2011)45 號(hào)地塊商業(yè)金融、辦公項(xiàng)目位于蕭山區(qū)錢江世紀(jì)城核心區(qū)塊，市政路與市心路東南、公園西路北側(cè)，毗鄰地鐵出入口。項(xiàng)目用地面積約9463 m2，總建筑面積141401.08 m2，工程由1 棟塔樓及配套裙房組成。功能定位于集商業(yè)、辦公、觀光等多功能為一體的綜合性建筑。設(shè)地下3 層，主要用途為地下車庫及部分設(shè)備用房，塔樓主體57 層，建筑總高279.98 m(室外地面至停機(jī)坪面)，主體結(jié)構(gòu)形式為核心筒框剪結(jié)構(gòu)。項(xiàng)目用地面積約9463 m2，由1 棟塔樓及配套裙房組成。地上建筑面積116586.46 m2，地下車庫面積24814.63 m2，地下室頂板標(biāo)高±0.00 m 相當(dāng)于黃海高程7.50 m，地下室底板頂標(biāo)高-14.20 m，底板厚度1000 mm，地下室底板墊層厚100 mm，設(shè)計(jì)基坑底標(biāo)高分別為-15.400～-17. 600 m，設(shè)計(jì)基坑開挖深度14.400～16.600 m?；又苓叚h(huán)境總圖見圖1。

2 工程地質(zhì)條件

擬建場(chǎng)地原為旱地和農(nóng)居宅基地，勘察時(shí)仍有小部分建筑物未拆除，局部地段種植有農(nóng)作物，場(chǎng)地標(biāo)高在5.60～6.79 m 之間，場(chǎng)地較平坦。原始地貌屬?zèng)_海積平原?？辈焐疃确秶鷥?nèi)的場(chǎng)地地層按性質(zhì)、特征可分為8 個(gè)工程地質(zhì)層、17 個(gè)亞層，基坑開挖影響范圍內(nèi)各土層自上而下為:1 雜填土、2 黏質(zhì)粉土、4-1砂質(zhì)粉土、4-2 黏質(zhì)粉土、4-3 粉砂、4-4砂質(zhì)粉土、5-1淤泥質(zhì)黏土、5-2 淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、5-3 含砂粉質(zhì)黏土、6-1 中砂，場(chǎng)地地質(zhì)剖面圖見圖2。

基坑開挖深度影響范圍內(nèi)各土層主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)設(shè)計(jì)參數(shù)見表1，表1 中括號(hào)內(nèi)為設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)采用的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。

場(chǎng)地淺部地下水屬孔隙潛水。勘察期間，測(cè)得鉆孔孔內(nèi)穩(wěn)定地下水位深度在3.80～5.20 m，標(biāo)高在1.49～2.65 m。其水位動(dòng)態(tài)變化隨氣候、季節(jié)性變化以及錢塘江水位影響較大，年變化幅度一般為1.50～2.00 m?？紫稘撍畬?duì)基坑坑壁穩(wěn)定性有一定的影響。

圖1 基坑周邊環(huán)境總平面圖

圖2 場(chǎng)地地質(zhì)剖面圖

表1 各土層主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

場(chǎng)地⑥-1 中砂、⑥-2 圓礫和⑥-3 卵石層含孔隙承壓水，頂板埋深28. 90～40. 40 m，總厚度20.10～34.20 m，富水性好。根據(jù)勘察單位提供的補(bǔ)充資料，承壓水水頭埋深相當(dāng)于- 2. 32～-2.58 m(1985 國(guó)家高程)，對(duì)鉆孔灌注樁施工、基礎(chǔ)抗浮、工程降水等有一定影響，設(shè)計(jì)和施工時(shí)應(yīng)引起重視。

3 基坑工程周邊環(huán)境及工程特點(diǎn)

擬建工程設(shè)3 層地下室，地下室開挖深度為14.400～16.600 m，開挖面積較大，深度較深，地下水位較高，屬一級(jí)基坑?；舆吘嚯x用地紅線較近。

本工程基坑各層土的滲透性均較強(qiáng)，場(chǎng)地距錢塘江較近，地下水較豐富，基坑開挖前及開挖時(shí)，承壓地下水對(duì)基坑有一定的影響，必須采取有效的截、降、排水措施。

基坑北靠市心路，地下室外墻距市心路邊線29 m，但目前該處正在施工地鐵線路，北側(cè)有一高壓線，距坑邊2.8 m;東側(cè)為規(guī)劃支路(現(xiàn)為空地)，南臨博地46 號(hào)地塊施工場(chǎng)地，與本工程為一整體連通的地下室，目前正在進(jìn)行土方開挖;西側(cè)為市政路。本基坑工程北側(cè)比較敏感，南側(cè)應(yīng)密切注意相鄰地下室施工進(jìn)度情況，基坑西側(cè)要考慮施工道路荷載對(duì)基坑開挖的影響。

4 超高層建筑深基坑工程施工技術(shù)路線

4.1 深基坑工程施工技術(shù)路線

超高層建筑施工的總體技術(shù)路線是突出塔樓，以縮短工程建設(shè)工期，加快投資回收，提高投資收益。在超高層建筑整個(gè)施工過程中，塔樓的施工工期無疑起著控制作用，縮短工期關(guān)鍵是縮短塔樓的施工工期。因此深基坑工程施工必須遵循超高層建筑施工總體技術(shù)路線，把塔樓施工擺在突出位置，采取有效措施為塔樓施工創(chuàng)造良好條件。

4.2 深基礎(chǔ)工程施工工藝

貫徹深基坑工程施工技術(shù)路線的關(guān)鍵是確定合理的深基礎(chǔ)工程施工工藝，這是因?yàn)榛庸こ虒倥R時(shí)工程，是為深基礎(chǔ)工程施工服務(wù)，深基礎(chǔ)工程施工工藝對(duì)深基坑施工影響極大。在研究深基坑工程施工技術(shù)路線時(shí)，必須重點(diǎn)解決深基礎(chǔ)工程施工工藝問題。

目前超高層建筑深基礎(chǔ)工程施工工藝主要有三種:順作法、逆作法和順-逆結(jié)合法，三種施工工藝各有優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。盡管超高層建筑深基礎(chǔ)工程施工工藝變化不多，但是深基礎(chǔ)工程施工工藝的選擇還是非常困難的，必須在詳細(xì)了解場(chǎng)地地質(zhì)條件、環(huán)境保護(hù)要求的基礎(chǔ)上，深入分析超高層建筑工程特點(diǎn)(規(guī)模、高度、結(jié)構(gòu)體系和工期要求等)，遵循技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的原則，借鑒類似工程經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過充分論證慎重決策。經(jīng)綜合考慮，本工程采用常規(guī)的順作法。

5 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)及施工的重點(diǎn)

5.1 支護(hù)設(shè)計(jì)

(1)基坑北側(cè)及東西兩側(cè)采用三道內(nèi)撐式圍護(hù)結(jié)構(gòu)。采用內(nèi)撐式排樁墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)，鉆孔灌注樁直徑為1100 mm，中心距1300 mm，樁進(jìn)入⑥-1中砂層2 m(樁底標(biāo)高為-33.5 m)，同時(shí)采用φ850@600三軸水泥攪拌樁形成基坑外側(cè)的止水帷幕，樁進(jìn)入⑤-1 層1 m(樁底標(biāo)高為-20 m)。

(2)電梯井坑中坑局部加深3.90～5.90 m，采用內(nèi)撐式排樁墻進(jìn)行支護(hù)，鉆孔灌注樁φ600@900，樁底標(biāo)高為-30.5 m。同時(shí)采用高壓旋噴樁φ1000@

700 形成基坑外側(cè)的止水帷幕，樁底標(biāo)高為-27 m。

(3)由于地下水承壓水頭較高，電梯井坑中坑開挖需采用高壓旋噴樁滿堂加固進(jìn)行封底，同時(shí)設(shè)置承壓水減壓井進(jìn)行降壓，以保證抗突涌穩(wěn)定滿足要求。

(4)轉(zhuǎn)接廳基坑開挖深度為5.50 m，采用內(nèi)撐式排樁墻進(jìn)行支護(hù)，同時(shí)采用φ850@600 三軸水泥攪拌樁形成基坑外側(cè)的止水帷幕。典型基坑剖面見圖3。

圖3 典型基坑剖面

5.2 施工重點(diǎn)

(1)該項(xiàng)目基坑支護(hù)施工重點(diǎn)是保證鉆孔灌注樁、止水帷幕三軸水泥攪拌樁和封堵坑中坑的高壓旋噴樁施工質(zhì)量及土方開挖方案的實(shí)施?；娱_挖施工次序依次為:三軸水泥攪拌樁止水帷幕→鉆孔灌注樁→電梯井坑中坑高壓旋噴樁封底-冠梁→與第一道內(nèi)支撐梁→第一層土方的開挖外運(yùn)→第二道圍檁與第二道內(nèi)支撐梁→第二層土方開挖外運(yùn)→第三道圍檁與第三道內(nèi)支撐梁一第三層土方開挖外運(yùn)→地下室底板施工、換撐→拆第三道支撐→地下室施工、換撐→拆第二道支撐→地下室施工、換撐→拆第一道支撐。

(2)土方工程的施工方案:本項(xiàng)目由于地理位置處于市中心地段，交通制約因素較多，且地下水豐富，同時(shí)土方工程的施工受到天氣影響比較大，因此土方開挖方案的優(yōu)劣是節(jié)約工期的關(guān)鍵因素。根據(jù)本工程支護(hù)形式的確定，土方工程大體上分兩段三層開挖，見圖4。在一層、二層土方開挖時(shí)先從西南角挖土外運(yùn)，角部土方均采用小型挖機(jī)內(nèi)翻土方向坡道集中出土，依次完成三層土方的開挖外運(yùn)。

在第二層土方開挖時(shí)，在角部支撐外的土方可直接挖到設(shè)計(jì)基底標(biāo)高。

圖4 土方開挖路線圖

(3)本工程北側(cè)緊臨地鐵施工現(xiàn)場(chǎng)，地鐵盾構(gòu)隧道已經(jīng)施工完畢，盾構(gòu)底埋深約15 m，地鐵的邊線離本工程基坑邊線約37.2 m。因此地鐵側(cè)需采取必要的施工技術(shù)措施:需采用分區(qū)開挖的形式?？拷罔F施工時(shí)，應(yīng)先開挖Ⅰ區(qū)土方再開挖Ⅱ區(qū)土方，大規(guī)模開挖Ⅲ土方時(shí)，應(yīng)采用分條抽挖的形式，分條的長(zhǎng)度15 m 左右。在混凝土底板施工時(shí)，應(yīng)以后澆帶為界，盡快澆筑底塊混凝土。

(4)基坑監(jiān)測(cè)。為保證基坑周圍建筑物和市政道路管網(wǎng)、地鐵線及相鄰深基坑支護(hù)工程結(jié)構(gòu)的安全，除了設(shè)計(jì)方案的合理性、可行性外，施工中的監(jiān)測(cè)也至關(guān)重要，更是指導(dǎo)施工、預(yù)防事故的必要手段。因此，在該項(xiàng)目支撐施工期間對(duì)基坑周邊建筑物、道路的沉降，圍護(hù)樁、內(nèi)支撐的水平位移及支撐結(jié)構(gòu)的內(nèi)力等，均設(shè)置合理的觀測(cè)點(diǎn)，及時(shí)觀測(cè)各種變形和沉降并做好觀測(cè)數(shù)據(jù)的記錄，通過前期各種觀測(cè)，各項(xiàng)變形值均在相關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)。

本工程北側(cè)緊臨地鐵施工現(xiàn)場(chǎng)，因此地鐵側(cè)需采取必要的施工保護(hù)措施:①冠梁上測(cè)點(diǎn)每10 m 設(shè)置一個(gè)，在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)角、支撐形式變化部位增設(shè)觀測(cè)點(diǎn)，用于監(jiān)控冠梁水平變形;②地表沉降測(cè)點(diǎn)沿線路方向的布設(shè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的縱向間距為20 m，每個(gè)橫向監(jiān)測(cè)斷面布置3～5 個(gè)測(cè)點(diǎn)，但其最外點(diǎn)應(yīng)位于結(jié)構(gòu)外沿不小于1 倍埋深處;③地鐵盾構(gòu)內(nèi)第三方監(jiān)測(cè)結(jié)果由本公司工作人員進(jìn)行整理匯總分析并上報(bào)。地鐵方面的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與本工程第三方監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及本單位的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)保證共享。

6 結(jié) 語

采取有效的支護(hù)措施，施工過程中完善基坑開挖方案，加強(qiáng)必要的監(jiān)測(cè)措施能有效地控制基坑變形，從而保證基坑邊坡的穩(wěn)定和周邊建筑物的安全。