超大型深基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)及施工

陳磊

摘 要：本文筆者根據(jù)自身的實(shí)際工作經(jīng)歷，結(jié)合工程實(shí)例對(duì)超大型深基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)及施工進(jìn)行了分析和討論。主要闡明了大型深基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)方案和在施工中的實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：超大型深基坑；圍護(hù)設(shè)計(jì)；施工

現(xiàn)代諸多工程項(xiàng)目施工建設(shè)中都會(huì)涉及超大型深基坑圍護(hù)的設(shè)計(jì)，一般來說，不同的工程項(xiàng)目由于地質(zhì)、地形等特點(diǎn)各不相同，在基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)要求上也大相徑庭，因此，在實(shí)際開展圍護(hù)設(shè)計(jì)工作的時(shí)候必須考慮到工程項(xiàng)目的實(shí)際情況，并遵循相關(guān)規(guī)范要求，一旦設(shè)計(jì)方案確定之后，就必須嚴(yán)格按照方案進(jìn)行施工，這樣才能確保項(xiàng)目施工質(zhì)量。

一、工程實(shí)例簡(jiǎn)介

某工程項(xiàng)目的占地總面積為33萬平方米，共包括2層，其中地下室的面積為9千平方米，地上結(jié)構(gòu)包括多個(gè)建筑單體。該建筑屬于商業(yè)性質(zhì)的建筑群，具有餐飲、娛樂、辦公等多重功能。地下建筑結(jié)構(gòu)主要有兩層，負(fù)一層的層高為6米，負(fù)二層的層高為4米，基礎(chǔ)埋深為11米，部分地方的深坑大約在12.9米左右，基坑開挖面積初步確定為286米×160米。本工程裙房采用的是框架結(jié)構(gòu)，主樓則為框剪結(jié)構(gòu)，框架柱之間的距離約為8100米×8400米，主樓地下室的底板厚度約為1500毫米，裙房地下室的底板厚度約為800毫米，地下室逆作區(qū)的頂板厚度為300毫米，其它頂板的厚度則為250毫米。本工程的基坑土層主要包括粉質(zhì)粘土夾粘質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)黏土、粉砂夾砂質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土夾淤泥質(zhì)黏土、填土等，各土層的厚度各不相同。

二、基坑特點(diǎn)分析

（一）周邊環(huán)境特點(diǎn)

從施工場(chǎng)地的實(shí)地勘察資料可知，該項(xiàng)目在基坑開挖范圍內(nèi)沒有會(huì)產(chǎn)生影響的建筑物，但在周邊的一些道路下鋪設(shè)有各種管線，在進(jìn)行圍護(hù)施工時(shí)必須加大監(jiān)控力度，以免各種管線受到基坑開挖的影響，確保人們的正常生活秩序。

（二）基坑本身的特點(diǎn)

在本工程項(xiàng)目中，基坑開挖的規(guī)模比較大，開挖深度也比較深，按照本市《基坑工程設(shè)計(jì)規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定，本工程屬于一級(jí)基坑，考慮到本工程的施工規(guī)模較大，而且基坑開挖作業(yè)區(qū)域內(nèi)主要為軟土，易變性，因此，在設(shè)計(jì)中必須布置合理的水平支撐，要求相關(guān)人員必須高度重視基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)和施工。

（三）施工所在地地層特點(diǎn)

項(xiàng)目施工場(chǎng)地的4～5層屬于軟土層，尤其是第4層，主要由淤泥質(zhì)黏土組成，這類土質(zhì)的工程力學(xué)性質(zhì)較差，土體的流變性大、靈敏度較高，當(dāng)圍護(hù)墻體在該層進(jìn)行施工時(shí)，很難保證對(duì)墻體的約束性，抗側(cè)力也無法得到充分保障，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行圍護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到這點(diǎn)。此外，基坑開挖范圍內(nèi)還存在砂性土，這類土層的滲透性較好、滲透系數(shù)相對(duì)而言比較大，兩種砂性土壤相連通而形成含水層，當(dāng)基坑施工處于該層時(shí)，如果止水工作沒有做好，必定會(huì)造成管涌等重大工程事故，所以，在該土層開展圍護(hù)施工的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)著力做好止水工作，布置好科學(xué)有效的止水帷幕。

三、圍護(hù)設(shè)計(jì)方案選擇

根據(jù)本工程項(xiàng)目的基本情況可知，基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)面臨的困難主要有以下幾點(diǎn)：第一，施工期限緊迫，要求從樁基工程到地下室工程的完工不超過一年。第二，基坑規(guī)模較大，周邊環(huán)境也存在諸多不利因素，紅線和地下室過于接近。第三，負(fù)一層的層高達(dá)到6米，這對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形控制以及支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)置具有極大的不良影響。綜合考慮工程的基本情況，并根據(jù)大型基坑工程圍護(hù)設(shè)計(jì)的主要模式，堅(jiān)持科學(xué)安全、便于施工、不延誤工期等原則，設(shè)計(jì)出了以下幾種方案：

方案一：把地下連續(xù)墻用作圍護(hù)結(jié)構(gòu)的全逆作法方案，該方案的優(yōu)點(diǎn)是直接通過結(jié)構(gòu)本身來發(fā)揮支撐的作用，可有效控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形程度。缺點(diǎn)是付出的代價(jià)較高、施工時(shí)間長(zhǎng)、作業(yè)環(huán)境差等。方案二：中心島順作+周圍一順一逆方案，該方案的優(yōu)點(diǎn)是能在很大程度上縮減工作量、加快施工進(jìn)度。缺點(diǎn)是施工場(chǎng)地較窄，再加上負(fù)一層的高度偏高，難以進(jìn)行負(fù)一層的放坡開挖。方案三：中心島順作+周圍順作方案，該方案的優(yōu)點(diǎn)是操作效率有保障、變形發(fā)生幾率較低。但缺點(diǎn)是成本投入較高、施工周期較長(zhǎng)。方案四：中心島順作+全逆作方案，該方案的優(yōu)點(diǎn)是有利于節(jié)約成本，且施工效率高，不會(huì)延誤工期。缺點(diǎn)是中心島部位在和逆作區(qū)梁板結(jié)構(gòu)達(dá)到對(duì)撐之前可能發(fā)生較大的變形，需要嚴(yán)加控制。方案五：把地下連續(xù)墻用作圍護(hù)結(jié)構(gòu)的順作法敞開挖方案，該方案的優(yōu)點(diǎn)是墻體支撐性好、變形程度小，而且能同時(shí)用作地下室的外墻。缺點(diǎn)是圍護(hù)施工需投入的資金較多、工期長(zhǎng)等。綜合分析和對(duì)比上述方案的優(yōu)缺點(diǎn)之后，本工程擬選用方案四，即中心島順作+全逆作的方案。

四、圍護(hù)設(shè)計(jì)方案的具體化和施工體會(huì)

（一）確定地下連續(xù)墻的厚度、深度和接頭設(shè)計(jì)

相關(guān)專業(yè)人員在對(duì)基坑底部土體抗?jié)B力、地基承載力等進(jìn)行計(jì)算分析之后，決定根據(jù)土方開挖深度的差異來確定地下連續(xù)墻的深度，土方開挖深度為12.9米時(shí)，地下連續(xù)墻的深度為28米；土方開挖深度為12.8米時(shí)，地下連續(xù)墻深度為26米；土方開挖深度為11.9米時(shí)，地下連續(xù)墻深度為25米。在經(jīng)過對(duì)連續(xù)墻的變形和內(nèi)力計(jì)算之后，工作人員發(fā)現(xiàn)厚度為600毫米的地下連續(xù)墻不能適應(yīng)結(jié)構(gòu)的耐久性要求，只有厚度為800毫米的連續(xù)墻才能滿足要求，因此最終決定將地下連續(xù)墻的厚度更改為800毫米?？紤]到施工操作的便捷性和成本投入量，決定在地下連續(xù)墻接頭部位采用柔性接頭，且不設(shè)置扶壁柱，但應(yīng)當(dāng)完善對(duì)應(yīng)的防水、排水設(shè)施。

（二）中心島和逆作區(qū)面積的選定

中心島和逆作區(qū)面積的大小將會(huì)對(duì)工程建設(shè)成本和施工效率產(chǎn)生極大影響，若逆作區(qū)的面積太小，則很容易導(dǎo)致邊坡不穩(wěn)定；若逆作區(qū)的面積偏大，則會(huì)大幅增加開挖作業(yè)量，拖延工期，進(jìn)而使成本大幅增加。中心島面積大小的選定與反壓土邊坡的穩(wěn)定性息息相關(guān)，在確定中心島面積的時(shí)候不僅要地下連續(xù)墻的平衡土壓力，同時(shí)還要確保反壓土體自身的穩(wěn)定程度。根據(jù)本工程的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)人員決定將逆作區(qū)的面積從之前的四跨更改為三跨，但考慮到工程后澆帶所處部位，基坑北部的逆作區(qū)面積保持原來的四跨不變。

（三）豎向支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)置

本工程的豎向支撐結(jié)構(gòu)主要包括鉆孔灌注樁、鋼立柱等部件，對(duì)于鋼立柱來說，可選擇格構(gòu)柱、鋼管兩類材料，鋼管立柱的優(yōu)點(diǎn)是內(nèi)部混凝土強(qiáng)度較高、承載力好。但缺點(diǎn)是造價(jià)較高，在進(jìn)行立柱施工時(shí)很難實(shí)現(xiàn)一次性澆灌，尤其是在梁板和鋼管的節(jié)點(diǎn)部位進(jìn)行鋼筋施工的難度較大，因此節(jié)點(diǎn)板必須焊接在鋼管上。格構(gòu)柱的優(yōu)點(diǎn)是成本相對(duì)偏低，混凝土澆筑操作較方便，且節(jié)點(diǎn)部位的鋼筋施工難度不大，操作效率高，能保證工期。但缺點(diǎn)是地下結(jié)構(gòu)柱要求的截面積偏大，整體上來說經(jīng)濟(jì)性偏低。

（四）施工體會(huì)

在施工過程中圍護(hù)墻的變形程度較大，主要原因是降水成效不明顯、攪拌樁和連續(xù)墻之間出現(xiàn)塌方、基坑被雨水浸泡時(shí)間過長(zhǎng)等，筆者建議在進(jìn)行挖土作業(yè)之前，應(yīng)確保預(yù)降水的時(shí)間充裕，這樣才能使降水作用充分發(fā)揮出來，從而降低邊坡變形發(fā)生的幾率。此外，必須把控好環(huán)板跨度，以免出現(xiàn)側(cè)向剛度不合格的情況。

結(jié)語：

總之，超大型深基坑圍護(hù)工程的設(shè)計(jì)與施工具有一定的難度，在進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，必須全面了解工程的實(shí)際狀況，做到因地制宜，確保方案的最優(yōu)化，確定好方案之后，必須嚴(yán)格落實(shí)方案中的各項(xiàng)要求，并針對(duì)施工過程中可能遇到的困難，提前做好防控和解決措施，這樣才能最大限度提高超大型深基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)與施工的合理性。

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