北京中元國際改擴(kuò)建工程復(fù)雜場地深基坑設(shè)計(jì)與施工

王建慶

(山東正元建設(shè)工程有限責(zé)任公司， 山東 濟(jì)南 250101)

深基坑工程多位于城市市區(qū)內(nèi)，施工管線錯(cuò)綜復(fù)雜，周邊多臨近建筑物[1]。而隨著基礎(chǔ)埋深的不斷加大，給深基坑支護(hù)工程提出了更加嚴(yán)格、復(fù)雜的技術(shù)要求。北京中元國際工程研究院辦公樓改擴(kuò)建工程基坑緊臨交通主干道、既有建筑和多條地下管線，施工條件復(fù)雜，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)和改進(jìn)施工工藝，嚴(yán)格把關(guān)施工的各個(gè)環(huán)節(jié),加強(qiáng)施工管理和控制，解決了復(fù)雜場地對基坑支護(hù)造成的不利影響，確保了基坑周邊環(huán)境的安全。

1　工程概況

1.1　基坑基本情況

中元國際基坑南北長約55 m，東西寬約50 m，基坑占地面積約為2120 m2，主要建筑物由地下4層、地上12層組成(不含設(shè)備層)，結(jié)構(gòu)總高度為44.70 m，局部高度為53.50 m。地下為停車庫、職工廚房、餐廳及機(jī)電設(shè)備用房，地上主要為辦公室、會(huì)議用房，局部設(shè)有展廳。

本工程±0.000 m為絕對標(biāo)高52.600 m，場地地面平均標(biāo)高52.300 m，基底標(biāo)高為33.800 m，基坑開挖深度18.35 m(局部19.5 m，集水坑不影響支護(hù))。采用樁錨支護(hù)形式(一樁一錨，根據(jù)周邊承載情況錨桿層數(shù)為3、4、5道)?；觽?cè)壁安全等級(jí)為一級(jí)，本基坑為臨時(shí)支護(hù)，設(shè)計(jì)使用年限為一年。

復(fù)雜環(huán)境中深基坑一般采用灌注樁支護(hù)[2]。本基坑采用樁錨形式支護(hù)，按周邊環(huán)境不同設(shè)計(jì)分8個(gè)剖面，護(hù)坡樁采用人工挖孔形式，錨桿采用全套管鉆進(jìn)，樁間土采用掛網(wǎng)噴射混凝土固定。

1.2　基坑周邊情況

1.2.1基坑地面環(huán)境

中元國際工程設(shè)計(jì)研究院辦公樓改擴(kuò)建工程的地下室輪廓線北側(cè)距中元公司院圍墻1.20 m，距北京電視臺(tái)辦公樓建筑物南墻約8.9 m(埋深約11 m)，距中元3號(hào)辦公樓(獨(dú)立基礎(chǔ)，4層結(jié)構(gòu),1層地下室)2.10 m；東側(cè)距中元公司主大門38.5 m，距2號(hào)辦公樓(獨(dú)立基礎(chǔ)，4層結(jié)構(gòu)1層地下室，護(hù)坡樁緊貼獨(dú)立基礎(chǔ)施工)約3.6 m，距西三環(huán)輔路50.5 m；南側(cè)緊鄰中元公司1號(hào)辦公樓(12層結(jié)構(gòu)，部分2層地下室，基礎(chǔ)埋深6.5 m)，東南側(cè)距離為2.30 m，西南側(cè)0.8 m；西側(cè)緊鄰中元公司院內(nèi)立體停車場，停車場的一鋼結(jié)構(gòu)柱位于施工護(hù)坡樁之上(參見圖1)。

圖1基坑周邊環(huán)境示意

1.2.2基坑地下環(huán)境

本工程為改擴(kuò)建工程，地下原有管線均需改造。其中改造污水管線一條。需進(jìn)行臨時(shí)改造及最終改造，最終改造污水管線位于護(hù)坡樁連梁之上。電纜溝一條，燃?xì)夤芫€一條，暖氣管線兩條，三條線路要同時(shí)通過基坑北側(cè)的連梁之上。

1.2.3基坑交通環(huán)境

本項(xiàng)目基坑位于西三環(huán)北路5號(hào)，緊鄰西三環(huán)，南側(cè)為廠洼路，車輛出入只能從三環(huán)路通行。

1.3　地質(zhì)水文情況

根據(jù)巖土工程勘察的勘探深度范圍內(nèi)(最深40.00 m)的地層，按照成因類型、沉積年代劃分為人工填土層、一般第四紀(jì)沉積層兩大類5亞層。①人工填土層：房渣土層，雜色，稍密—中密，稍濕—濕，土質(zhì)不均勻，以碎磚塊、灰渣為主。②粉質(zhì)粘土層：褐黃色，可塑，濕—很濕，此層層厚0.70～3.30 m。③細(xì)砂層：褐黃色，密實(shí)，稍濕—濕，砂質(zhì)純凈在該層頂部和底部局部相變?yōu)榉凵昂椭猩?，層底深?0.70～13.20 m，④卵石層：雜色，密實(shí)，稍濕，一般粒徑為20～50 mm，最大粒徑為100 mm，磨圓度較好，多呈亞圓形，粒徑>20 mm的顆粒約占全重的65%，中粗砂充填，級(jí)配良好。此層層厚7.40～11.50 m，層底深度19.50～22.50 m。⑤卵石層：雜色，密實(shí)，稍濕，一般粒徑為30～60 mm，最大粒徑為100 mm，磨圓度較好，多呈亞圓形，粒徑>20 mm的顆粒約占全重的70%，中粗砂充填，級(jí)配良好。該層未貫穿，最大揭露厚度28.70 m，最大揭露深度40.00 m，最低揭露標(biāo)高12.270 m。

在勘察深度范圍內(nèi)，測得初見水位埋深為36.40～36.50 m，相應(yīng)標(biāo)高為15.770～15.910 m；地下水類型為潛水。

2　優(yōu)化設(shè)計(jì)解決工程施工難點(diǎn)

2.1　調(diào)整冠梁剛度，滿足穩(wěn)定性需求

基坑北側(cè)距北京電視臺(tái)結(jié)構(gòu)僅8.3 m，而北京電視臺(tái)的基礎(chǔ)埋深11 m，在10 m深度內(nèi)不能設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力錨桿。

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力計(jì)算是深基坑支護(hù)工程設(shè)計(jì)的必要步驟[3]，經(jīng)過土體壓力分析、理正設(shè)計(jì)調(diào)整，通過調(diào)整護(hù)坡樁和連梁剛度，即將原設(shè)計(jì)護(hù)坡樁的直徑由800 mm調(diào)整為1000 mm，冠梁截面積由800 mm×600 mm增加到1200 mm×1000 mm，并將錨桿下傾角度由通常的15°調(diào)整至30°，最終使得錨桿位置位于樁頂8.3 m處，在距北京電視臺(tái)基礎(chǔ)垂直距離僅1 m處安全通過，從而滿足了基坑穩(wěn)定性的要求。支護(hù)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2支護(hù)結(jié)構(gòu)示意

2.2　暗挖托撐加固，保證鋼結(jié)構(gòu)安全

基坑南側(cè)有一個(gè)4層鋼結(jié)構(gòu)立體車庫，車庫鋼構(gòu)柱經(jīng)測量正好位于原設(shè)計(jì)護(hù)坡樁樁位之上。鋼構(gòu)柱為高杯口基礎(chǔ)，鋼柱設(shè)計(jì)支撐力780 kN。業(yè)主方不同意更改支撐位置，最終選擇了托撐加固措施(參見圖3)。

圖3　托撐加固現(xiàn)場

托撐加固方案如下：將鋼構(gòu)柱主次梁分別用兩根直徑300 mm的無縫鋼管支撐,鋼管下部作用于12 m的方形鋼板之上。從杯口基礎(chǔ)兩側(cè)進(jìn)行人工挖孔，護(hù)坡樁灌注完成后，在兩側(cè)護(hù)坡樁之上設(shè)置1000 mm×1000 mm混凝土鋼梁一根，為保證與高杯口的安全結(jié)合，灌注采用微膨脹混凝土,并對樁帽進(jìn)行了加固處理。施工過程中，對鋼結(jié)構(gòu)停車樓進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)控，沒有發(fā)生位移。

2.3　控制錨桿標(biāo)高，保證施工安全

中元國際公司3號(hào)樓為獨(dú)立基礎(chǔ)，埋深4 m。為了有效地利用地下空間，地下結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)形式不能更改，所以在其南側(cè)施工護(hù)坡樁時(shí)須穿越部分獨(dú)立基礎(chǔ)，并基本不留肥槽，借用地鐵施工經(jīng)驗(yàn)，防水也要做于樁護(hù)壁之上。據(jù)此條件設(shè)計(jì)時(shí)，將錨桿標(biāo)高控制在每層地下室層頂標(biāo)高500～700 mm處，然后再進(jìn)行錨桿設(shè)計(jì)與優(yōu)化(參見圖4)。在后期主體施工過程中，采用單面模板，并且在每澆筑一層地下室拆除一層錨桿，既有效地利用了有限的空間又保證了施工的安全。

圖4　錨桿設(shè)計(jì)與優(yōu)化示意

2.4　錨桿加入灌漿劑，縮短錨桿張拉時(shí)間

為增快施工進(jìn)度，在錨桿灰漿中加入灌漿劑(一種鐵路高強(qiáng)灌漿劑，通過灌漿劑配制的漿體具有優(yōu)異的流動(dòng)性和漿體穩(wěn)定性，具有非常高的充盈度，凝結(jié)時(shí)間可調(diào)，微膨脹，抗折強(qiáng)度高，有阻銹性，能對預(yù)應(yīng)力鋼絞線鋼筋進(jìn)行保護(hù))，與水泥的比例為：水泥∶外加劑=8∶2。經(jīng)3 d張拉試驗(yàn)，當(dāng)張拉試驗(yàn)拉力達(dá)到設(shè)計(jì)拉力值的140%時(shí)，穩(wěn)定后沒有觀察到錨桿發(fā)生蠕變與破壞，這樣使得7 d張拉等待時(shí)間縮短到3 d。提高了施工效率，縮短了工期。

2.5　利用加長臂挖掘機(jī)，加快土方收坡作業(yè)

因場地狹窄，不能設(shè)置外坡道，在收坡過程中，只能采用3臺(tái)挖掘機(jī)聯(lián)合倒土方式，將坡道收到-8000 m位置，此時(shí)坡道剩余土方量約2772 m3。然后在基坑下方用挖掘機(jī)把基坑內(nèi)的土方全部倒運(yùn)至基坑的西南角，在基坑西南角坡頂上面設(shè)一臺(tái)加長臂(27 m加長臂)挖掘機(jī)(作業(yè)深度18 m)，由加長臂負(fù)責(zé)裝車，待到土方挖至設(shè)計(jì)深度時(shí)，再用200 t吊車將挖掘機(jī)和裝載機(jī)吊出基坑。避免了因吊運(yùn)時(shí)間緩慢造成的工期滯后。

3　施工周邊障礙物的處理

3.1　立體布置三種管線，解決場地復(fù)雜問題

因施工場地小，護(hù)坡樁東側(cè)距1號(hào)辦公樓最小距離為零，護(hù)坡樁連梁上須布置改線的污水管線，其他3條管線(天然氣管線、電纜、暖氣管線)只能從西側(cè)連梁之上通過。燃?xì)夤芫€已改造完畢，為了避免因基坑位移影響天然氣管線的安全，管線采取可移動(dòng)措施支撐于連梁之上；為了避免電纜的靜電效應(yīng)，燃?xì)夤軠喜捎娩摪遄鲰敯濉Ｅ瘹夤芫€設(shè)置于結(jié)構(gòu)柱之上，結(jié)構(gòu)柱偏心支撐于連梁之上。

3.2　樁內(nèi)布置柔性管線，保證空調(diào)正常使用

在護(hù)坡樁施工過程中，發(fā)現(xiàn)在護(hù)坡樁樁中部位存在一根管線，經(jīng)確認(rèn)是空調(diào)冷凝管。鑒于當(dāng)時(shí)已進(jìn)入6月，天氣炎熱，為保證空調(diào)的正常運(yùn)行，采用樁內(nèi)布置軟管樁間橫挖孔洞通過的方式，使空調(diào)冷凝水能夠順利排到污水井內(nèi)。

3.3　采用柔性污水管，避免位移變形影響

因建設(shè)單位已將施工主體最大化，施工基坑外部沒有可用場地，原有污水管線必須設(shè)置在南側(cè)連梁之上。為避免因樁體頂部的側(cè)向位移使管道發(fā)生側(cè)漏，改移的管道采用HDPE雙壁加強(qiáng)型污水管線。鋪設(shè)管線過程中，在連梁上設(shè)置坡度找平層，找平層上鋪設(shè)褥墊滑移層。管道接口采用雙倍長度接口、雙密封套圈，沒有使用水泥包封，而采用了軟連接包封，從而進(jìn)一步保證了基坑產(chǎn)生位移后管道不發(fā)生泄漏。

3.4　鋼筋籠孔內(nèi)成型，解決空間位置問題

部分護(hù)坡樁處于基坑南側(cè)鋼結(jié)構(gòu)車庫之下，因空間有限無法下放完整鋼筋籠，為了充分保證基坑的安全性，同時(shí)避免因分段過多造成鋼筋籠質(zhì)量的問題，采用了單根主筋和螺旋圓盤在地面加工成型直接入孔的方法，主筋采用直螺紋連接，避免孔內(nèi)焊接產(chǎn)生危險(xiǎn)。然后在孔內(nèi)綁扎連接，保證了鋼筋籠的整體品質(zhì)，從而保證護(hù)坡樁的施工質(zhì)量(參見圖5)。

圖5　鋼筋籠制作與下放現(xiàn)場

4　質(zhì)量管理

4.1　質(zhì)量保證體系

建立規(guī)范的質(zhì)量保證體系，并根據(jù)崗位職責(zé)，對人員進(jìn)行了詳細(xì)的分工，技術(shù)負(fù)責(zé)人對班組長在施工前進(jìn)行技術(shù)交底，保證了施工質(zhì)量的可控性。

4.2　物資管理

施工用物資材料由物資部統(tǒng)一安排管理，物資部根據(jù)施工方案設(shè)計(jì)及施工進(jìn)度安排，制定了詳細(xì)可行的物資采購、進(jìn)場計(jì)劃，物資部同技術(shù)質(zhì)量部一起把好質(zhì)量關(guān)，由專職質(zhì)檢人員作好質(zhì)量檢測記錄。同時(shí)根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定，對進(jìn)場材料砂、石料、鋼筋、水泥等見證取樣送檢和進(jìn)行試驗(yàn)。

4.3　施工管理

施工過程中各分項(xiàng)工程開工前，對該分項(xiàng)的工藝流程、質(zhì)量要求等作詳細(xì)交底，對重點(diǎn)、難點(diǎn)部位實(shí)施工程質(zhì)量動(dòng)態(tài)管理，并進(jìn)行施工檢查。各工序?qū)嵭袊?yán)格的“三檢”,上道工序不合格，不準(zhǔn)進(jìn)入下道工序，確保各道工序的工程質(zhì)量。

建立嚴(yán)格的隱蔽工程簽證制度，凡屬隱蔽工程的項(xiàng)目，首先由班、組、項(xiàng)目部逐級(jí)進(jìn)行自檢，自檢合格后，會(huì)同業(yè)主駐現(xiàn)場代表或監(jiān)理部門一起復(fù)檢，檢查結(jié)果填寫驗(yàn)收表格，由雙方簽字并簽發(fā)隱蔽工程驗(yàn)收證明書。

4.4　測量監(jiān)測

建立了完整的監(jiān)測體系，進(jìn)行動(dòng)態(tài)信息化管理，給施工作業(yè)和基坑的安全提供了有力保證[14]。

5　結(jié)語

復(fù)雜場地深基坑邊坡支護(hù)方案設(shè)計(jì)必須有針對性的進(jìn)行。[4]本次施工過程中，通過有效的利用現(xiàn)場條件和嚴(yán)格的施工質(zhì)量管理，成功解決了復(fù)雜場地對基坑支護(hù)造成的不利影響，確?；又苓叚h(huán)境的安全。

基坑工程監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，基坑變形均小于設(shè)計(jì)報(bào)警值，基坑一直處于安全可控狀態(tài)[15]。由此可見，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)改進(jìn)施工工藝，不僅加快了施工進(jìn)度，而且能夠避免很多不得已的變更造成的費(fèi)用增加。

本項(xiàng)目提前順利的完成，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，也得到了業(yè)主的認(rèn)可。