三河交匯處復(fù)雜環(huán)境超大深基坑支護(hù)開挖關(guān)鍵技術(shù)分析

林佐江， 李卓文， 張秀川， 耿東各， 申雪偉

（中建一局集團(tuán)建設(shè)發(fā)展有限公司，北京 100102）

1 工程概況

某建筑板塊一期工程總建筑面積約99 809.43 m2，含5 棟塔樓，整體地下3 層，局部樓座區(qū)域設(shè)置地下夾層，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，最大高度128 m?；又荛L(zhǎng)約530 m，面積約1.57 萬m2，開挖深度為17.093 m（局部深坑位置最大加深3.45 m），周邊環(huán)境復(fù)雜[1]。天津?qū)儆诘湫蛙浲恋貐^(qū)，本工程地處三河交匯之處，場(chǎng)地土層含水量高，地下水位較高，根據(jù)場(chǎng)地地層分布，將場(chǎng)地埋深約20.00～50.00 m 段分為2 個(gè)微承壓含水層及2 個(gè)相對(duì)隔水層。

根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告，場(chǎng)地內(nèi)分布洪泛及故河道沖積層，根據(jù)其分布范圍將場(chǎng)地分為兩個(gè)區(qū)：Ⅰ區(qū)為無故河道分布區(qū)；Ⅱ區(qū)為故河道分布區(qū)。靜止水埋深1.8～3.18 m（大沽標(biāo)高2.01～0.62 m），第一承壓含水層水頭高程為大沽標(biāo)高-1.41 m，位于⑧2粉土、⑨2粉砂層，第二承壓水含水層水頭高程為大沽標(biāo)高-1.55 m，位于?2粉土、粉砂層。綜合考慮，止水帷幕設(shè)計(jì)時(shí)隔斷上部潛水及第一承壓水層，有效長(zhǎng)度34 m，端部位于?1粉質(zhì)黏土。

2 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)原設(shè)計(jì)采用800 mm 厚鋼筋混凝土地下連續(xù)墻，綜合考慮工期、成本等因素，僅保留基坑西側(cè)鄰近地鐵保護(hù)區(qū)位置地下連續(xù)墻，其余區(qū)域采用1 300 mm@1 500 mm 大 直 徑 灌 注 樁+800 mm 厚 SMC水泥土攪拌墻，在地下連續(xù)墻與水泥土攪拌墻交接處及地下連續(xù)墻接縫處采用32 根2 000 mm MJS 工法樁，變壓器狹小空間處采用21 根1 800 mm@1 300 mm MJS 工法樁[1～2]。由于天津特殊的工程地質(zhì)條件，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)原設(shè)計(jì)三道混凝土支撐，考慮樓座結(jié)構(gòu)標(biāo)高，為縮短基坑施工工期，將支撐形式優(yōu)化為兩道混凝土內(nèi)支撐。

工程位于三河交匯之處，采用SMC等厚度水泥土攪拌墻+MJS 工法樁+地下連續(xù)墻的復(fù)合止水帷幕體系，SMC 工法將液壓雙輪銑槽機(jī)和傳統(tǒng)深層攪拌技術(shù)相結(jié)合[3]，具備良好的止水效果。靠近變壓器的空間受限區(qū)域?qū)MC 等厚度水泥土攪拌墻變更為施工機(jī)械體積小、止水效果較好的MJS 工法樁，通過地內(nèi)壓力監(jiān)測(cè)和強(qiáng)制排漿，對(duì)地壓力進(jìn)行調(diào)控[4]。

復(fù)合止水帷幕銜接處，合理組織地下連續(xù)墻、SMC 等厚度水泥土攪拌墻及MJS 工法樁的施工步序，同部位優(yōu)先施工地下連續(xù)墻及支護(hù)樁，最后施工SMC等厚度水泥土攪拌墻。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 地下連續(xù)墻+密排支護(hù)樁

3.1.1 地下連續(xù)墻分幅施工

地下連續(xù)墻厚1 000 mm、長(zhǎng)33.5 m、標(biāo)準(zhǔn)幅寬6 m，共31 副，采用水下混凝土C35，鋼筋籠長(zhǎng)27.6 m，底部設(shè)5.9 m 長(zhǎng)素混凝土段，隔斷第一承壓含水層。根據(jù)工程整體施工部署，先行施工結(jié)構(gòu)處于關(guān)鍵路線的部分，故選取靠近 A 棟、B 棟樓座的 D8、D24 作為首開幅，隨后分別從首開幅兩側(cè)對(duì)稱進(jìn)行施工，盡快完成先行施工結(jié)構(gòu)區(qū)域土方開挖影響范圍內(nèi)地下連續(xù)墻。見圖1。

圖1 地下連續(xù)墻分幅

地下連續(xù)墻接頭處采用鎖口管柔性接頭，抗剪、抗彎及止水效果差，為確?；又顾Ч叵逻B續(xù)墻接縫處和地下連續(xù)墻與SMC 水泥攪拌墻交接處外側(cè)設(shè)置MJS 工法樁作為止水的加強(qiáng)措施，MJS 工法樁共32 根，樁徑為2 000 mm，與地下連續(xù)墻等長(zhǎng)，為避免地下連續(xù)墻可能出現(xiàn)的墻體鼓包，MJS 工法樁樁心與地下連續(xù)墻距離控制在707 mm 左右，確保搭接≮300 mm。見圖2。

圖2 MJS工法樁

3.1.2 密排支護(hù)樁施工

支護(hù)樁共254 根，樁徑1 300 mm，中心距1 500 mm，有效樁長(zhǎng)27.6 m。場(chǎng)地東側(cè)區(qū)域現(xiàn)存3 個(gè)變壓器且沿圍墻架設(shè)有10 kV 高壓線，支護(hù)樁距離變壓器及高壓線過近，施工過程中對(duì)該路段變壓器進(jìn)行停電，采用發(fā)電機(jī)供電且變壓器位置支護(hù)樁向坑內(nèi)偏移300 mm。

變壓器區(qū)域先施工支護(hù)樁，再施工MJS 工法樁；提前插入非變壓器區(qū)域SMC水泥土攪拌墻施工，然后施工兩棟緊鄰樓座范圍支護(hù)樁，最后施工剩余支護(hù)樁。共分5個(gè)施工流水段，投入3臺(tái)KQ1500潛水鉆機(jī)及2 臺(tái)GPS20 磨盤鉆機(jī)。磨盤鉆機(jī)施工效率慢，但是成樁垂直度好，潛水鉆施工效率高，然基坑開挖后個(gè)別支護(hù)樁有較大擴(kuò)徑現(xiàn)象，需進(jìn)行剔鑿。

3.2 密集群樁區(qū)全回轉(zhuǎn)全套管拔樁

密集群樁區(qū)障礙樁數(shù)量過多且位置特殊，周邊先行施工結(jié)構(gòu)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)及其他工程樁均已施工完畢，試鉆時(shí)障礙樁定位與原竣工圖紙不符。故將基坑開挖至廢樁頂標(biāo)高位置，重新對(duì)樁位進(jìn)行測(cè)量定位，采用鉆機(jī)插空試鉆后仍無法施工，判斷為障礙樁底部存在廢樁或樁身傾斜度過大，對(duì)障礙樁定位返圖，通過計(jì)算確定調(diào)整后定位，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)設(shè)定位后確定實(shí)際障礙樁拔除數(shù)量及位置。障礙樁共計(jì)226 根，樁徑600 mm，采用SRD-2000HL 型360°全回轉(zhuǎn)套管鉆機(jī)進(jìn)行樁體的清除，配套1 000 mm 鋼套管，清障深度達(dá)24 m，累計(jì)11 d拔除影響工程樁施工的21根障礙樁。

3.3 基坑降水

基坑內(nèi)降水井井徑800 mm，橋式濾水鋼管井,規(guī)格377 mm×4 mm，共110口，其中90口降水井井深24 m，樓座電梯坑等深坑部位周邊20口降水井井深34 m。

觀測(cè)井G1～G6 潛水井井徑700 mm，無砂管，管徑400 mm，井深17 m；第一承壓水觀測(cè)井Y1-1～Y1-6井徑600 mm，鋼管管徑273 mm×4 mm，井深29 m，濾水段18～28 m 范圍內(nèi)采用橋式濾水器；第二承壓水觀測(cè)井Y2-1～Y2-3 井徑600 mm，鋼管管徑273 mm×4 mm，井深45 m，濾水段37～44 m 范圍內(nèi)采用橋式濾水器。

受工程場(chǎng)地影響，原基坑?xùn)|側(cè)G7～G13 潛水井、Y1-7～Y1-13 第一承壓水觀測(cè)井、Y2-4～Y2-6 第二承壓水觀測(cè)井設(shè)置在圍墻外綠化帶內(nèi)，后受道路施工影響無法使用，新施工井徑100 mm，管徑50 mm 的PVC 管，在不影響市政綠化及管線的情況，確?；?xùn)|側(cè)水位觀測(cè)在監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)。

濾管以上1 m 至井底對(duì)應(yīng)位置回填濾料，濾料頂面以上5 m 段回填優(yōu)質(zhì)黏土進(jìn)行封孔止水，優(yōu)質(zhì)黏土頂面到自然地面范圍內(nèi)回填一般黏土。

3.4 雙圓環(huán)內(nèi)支撐+棧橋

1）內(nèi)支撐梁板采用C40混凝土，支撐梁高均為700 mm。兩道混凝土內(nèi)支撐與地下連續(xù)墻及支護(hù)樁交接位置設(shè)置腰梁，腰梁與地下連續(xù)墻及支護(hù)樁植筋連接。

2）基坑施工共設(shè)計(jì)使用 3 處棧橋，棧橋 1、2 為坡道，棧橋3 為棧橋板，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40，棧橋板厚350 mm，活荷載為泵車50 t、運(yùn)土車55 t。見圖3。

圖3 棧橋

3）首道撐及棧橋1、3與支撐立柱為鋼筋混凝土柱墩式連接；第二道內(nèi)支撐與立柱為格構(gòu)柱四側(cè)角鋼支撐；棧橋2位于首道內(nèi)支撐對(duì)撐上部，在內(nèi)支撐上部起鋼筋混凝土柱作為棧橋坡道支撐。

4）基坑共設(shè)置2 道混凝土內(nèi)支撐，先行施工結(jié)構(gòu)采用鋼格構(gòu)柱作為臨時(shí)豎向支撐，然后進(jìn)行基坑整體開挖。先行施工結(jié)構(gòu)支撐立柱與內(nèi)支撐要求相互獨(dú)立，采用聚苯板作為分隔用模板，確保兩者不剛性連接。

3.5 雙中心島法非敞開空間土方開挖

以棧橋1、棧橋2 作為雙島式開挖的中心點(diǎn)，充分考慮和避讓內(nèi)支撐、棧橋及先行施工結(jié)構(gòu)支撐立柱位置，接力開挖，合理搭配不同規(guī)格挖機(jī)并規(guī)劃運(yùn)土區(qū)域，棧橋2位置預(yù)留土臺(tái)從棧橋1位置出土坡道運(yùn)輸。在挖土過程中合理安排土方開挖和支撐的施工，保證支護(hù)體系均勻、對(duì)稱受力。堅(jiān)持“先撐后挖”的原則進(jìn)行開挖，在對(duì)稱、間隔的前提下，待上道支撐體系達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后開挖下一步土。提前建立有限元模型，確定基坑西側(cè)及東側(cè)環(huán)撐薄弱點(diǎn)，在施工過程中充分利用時(shí)空效應(yīng)，利用留土護(hù)壁，減少相應(yīng)部位槽底暴露時(shí)間。受格構(gòu)柱及鋼拉梁影響區(qū)域，采用多區(qū)域小面積土方同步開挖施工技術(shù)，接力開挖，搭配不同規(guī)格挖機(jī)并規(guī)劃運(yùn)土區(qū)域，快速、高效完成了深大基坑半蓋挖區(qū)域的土方開挖及倒運(yùn)。

4 基坑監(jiān)測(cè)

工程包括圍護(hù)施工、基坑開挖及地下結(jié)構(gòu)施工等部分，對(duì)工程周邊環(huán)境的保護(hù)要求較高。基坑西側(cè)50 m 外為地鐵站體及隧道；東側(cè)為某高層住宅小區(qū)，距離紅線最近處為40 m，共兩層地下室結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)。

基坑工程的水平位移變形監(jiān)測(cè)平面控制網(wǎng)按兩個(gè)層次布置，由平面基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)組成變形監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)；由工作基點(diǎn)與所聯(lián)測(cè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)組成擴(kuò)展網(wǎng)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)深部水平位移監(jiān)測(cè)采用TGCX-1-100B 型測(cè)斜儀，測(cè)量精度達(dá)0.1 mm。圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移監(jiān)測(cè)使用TS30 全站儀，全站儀的測(cè)角精度為0.5″。立柱沉降監(jiān)測(cè)采用Trimble Dini03，儀器精度為±0.3 mm/km。地下管線監(jiān)測(cè)采用Trimble DINI03 電子水準(zhǔn)儀及配套銦鋼尺，直接在所監(jiān)測(cè)的地下管線上方埋設(shè)沉降釘，通過對(duì)沉降釘?shù)谋O(jiān)測(cè)來反映地下管線的變形狀況。見圖4。

圖4 支護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)

根據(jù)“時(shí)空效應(yīng)”原理，減小立柱沉降量，將沉降值和沉降差動(dòng)態(tài)控制在限值以內(nèi)[5]。圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部豎向位移及基坑支撐立柱豎向位移在基坑開挖過程中趨于穩(wěn)定，基坑支撐立柱豎向位移最大-3.3977 mm，均在控制范圍之內(nèi)。見圖5。

圖5 豎向位移

5 結(jié)語(yǔ)

1）本基坑支護(hù)設(shè)計(jì)基于“剛?cè)峤Y(jié)合、復(fù)合支護(hù)”的理念，通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)，合理布置雙圓環(huán)內(nèi)支撐，整體剛度好，避讓樓座結(jié)構(gòu)，同時(shí)與雙中心島法土方開挖結(jié)合良好，縮短基坑暴露時(shí)間，節(jié)約工程成本。

2）通過應(yīng)用雙中心島法非敞開空間土方開挖技術(shù)，有效提升復(fù)雜基坑環(huán)境下土方開挖效率，充分保證了基坑開挖過程中先行施工結(jié)構(gòu)及周邊建筑、管線、道路的安全，取得良好的實(shí)施效果。

3）SMC 等厚度水泥土攪拌墻+MJS 工法樁+地下連續(xù)墻的復(fù)合止水帷幕具備良好的止水效果，適應(yīng)于多種作業(yè)環(huán)境，施工質(zhì)量及施工效率高，節(jié)能降噪，施工過程安全可靠。

4）灌注排樁/地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)是軟土地區(qū)控制邊坡側(cè)向變位最有效的手段之一，本基坑形狀較為規(guī)則，內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)平面剛度大，采用該支護(hù)體系基坑變形小，安全性高。