鄰河超大面積深基坑的施工

佘清雅

上海建工二建集團(tuán)有限公司 上海 200080

1 工程概況

南昌綠地國(guó)際雙創(chuàng)中心項(xiàng)目位于江西省南昌市西北郊，項(xiàng)目總建筑面積約29.8萬(wàn) m2，其中地上最高42層，建筑面積約22.9萬(wàn) m2；地下2層，建筑面積約6.9萬(wàn) m2。超高層建筑的主樓采用框架核心筒結(jié)構(gòu)，裙樓為框架結(jié)構(gòu)。建成后，南昌綠地國(guó)際雙創(chuàng)中心將成為一座大規(guī)模、現(xiàn)代化、高品質(zhì)的標(biāo)志性商業(yè)綜合體。

本工程原場(chǎng)地為一片低洼魚(yú)塘，需對(duì)原狀魚(yú)塘進(jìn)行必要的清淤、回填和整平后方可進(jìn)行基坑的圍護(hù)和開(kāi)挖施工。由于長(zhǎng)期作為魚(yú)塘使用，場(chǎng)地基底附近普遍存在較厚的②淤泥、④淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層等軟弱土層，屬高壓縮性、飽和、流塑的軟土，物理力學(xué)性質(zhì)較差；軟弱土層以下依次為粉質(zhì)黏土層、角礫、全風(fēng)化-中風(fēng)化千枚巖層，地層整體呈現(xiàn)上軟下硬的特點(diǎn)。

另外，本工程潛水穩(wěn)定水位在基底以下5～7 m，因此地下水處理主要以上層滯水的疏排為主?？紤]到場(chǎng)地原始狀態(tài)下地勢(shì)低洼，開(kāi)挖階段基坑側(cè)壁與原始狀態(tài)較為接近，故不考慮設(shè)置隔水帷幕。

2 基坑支護(hù)方案設(shè)計(jì)

2.1 基坑概況

工程基坑面積約為34 700 m2，基坑總長(zhǎng)約為780 m，基坑開(kāi)挖深度為6.75～9.75 m，為大面積深基坑工程。基坑北側(cè)緊鄰公路，道路路面較高，現(xiàn)狀高差約7 m；基坑?xùn)|側(cè)臨時(shí)施工道路，距離烏沙河50 m左右；西側(cè)為現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)施工道路；南側(cè)為臨時(shí)施工道路，路面標(biāo)高約－3.70 m。整個(gè)基坑場(chǎng)地中部區(qū)域現(xiàn)狀魚(yú)塘地坪底標(biāo)高低于周邊道路地坪4～7 m。案例工程的基坑屬于場(chǎng)地中部低洼，外圍道路面較高的非常規(guī)基坑工程。

2.2 基坑支護(hù)方案設(shè)計(jì)

案例工程為低洼區(qū)域再開(kāi)挖的基坑工程，場(chǎng)地周邊環(huán)境條件及保護(hù)要求存在一定差異，其中基坑北側(cè)的市政道路及管線為重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象。

1）滿堂支撐方案。常規(guī)基坑工程設(shè)置滿堂的水平內(nèi)支撐體系可較好地控制基坑變形，但考慮到本工程基坑場(chǎng)地中部低、四周道路高，且南北高差逾3 m，支護(hù)結(jié)構(gòu)受力不均。支模施工難度比較大，工程造價(jià)較高，會(huì)大大增加土方開(kāi)挖及后期拆撐的難度。因此，從項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性、工期及施工的便利性方面考慮，本工程采用滿堂支撐不具有可行性。

2）預(yù)應(yīng)力錨索方案。本工程基坑北側(cè)公路下分布有大量市政管線，具有一定的保護(hù)要求，預(yù)應(yīng)力錨索的施工對(duì)管線的保護(hù)不利。同時(shí)，基坑北側(cè)、東側(cè)、南側(cè)的公路路基主要以回填土為主，在回填土中設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索不合理，對(duì)該側(cè)的變形控制也較為不利。另外，采用預(yù)應(yīng)力錨索將會(huì)超出基坑北側(cè)用地紅線，并對(duì)南側(cè)地塊的工程樁造成不利影響。因此，預(yù)應(yīng)力錨索在本工程北側(cè)、東側(cè)及南側(cè)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)也不具備適用性。

3）中心島＋局部支撐方案。由于本項(xiàng)目場(chǎng)地內(nèi)部低四周高，具有實(shí)施中心島方案的良好的天然條件?？紤]到基坑北側(cè)具有較高的保護(hù)要求，基坑可以采用中心島結(jié)合斜坡?lián)蔚姆桨?。斜坡?lián)沃斡趪o(hù)樁與地下結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)或基礎(chǔ)底板之間，利用主體結(jié)構(gòu)作為支撐體系的一部分。北側(cè)斜坡?lián)慰刹捎娩摻罨炷林误w系，僅設(shè)置1道。

南側(cè)由于道路邊線距離基坑邊較近，且淤泥質(zhì)土層分布較厚，雖總體開(kāi)挖深度與東側(cè)普遍相同，但考慮到對(duì)鄰近地塊的保護(hù)，故該側(cè)采用灌注樁排樁結(jié)合中心島＋1道鋼斜撐的支護(hù)方案。

由于基坑總體挖深相對(duì)較深，故在該臨時(shí)道路兩側(cè)分別設(shè)置灌注樁排樁，對(duì)各邊轉(zhuǎn)角區(qū)域通過(guò)設(shè)置局部的混凝土角撐進(jìn)行過(guò)渡，地下室基坑支護(hù)如圖1所示，基坑北側(cè)支護(hù)典型剖面如圖2所示。

圖2 基坑北側(cè)支護(hù)典型剖面

3 關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 多種樁徑形式旋挖灌注排樁施工

本工程基坑圍護(hù)根據(jù)不同的地質(zhì)及周邊情況采用多種直徑的旋挖成孔灌注：北側(cè)塔樓區(qū)周邊均采用φ950 mm@1 150 mm的灌注樁和φ950 mm@2 300 mm的后排樁，東側(cè)主要采用φ800 mm@1 100 mm的懸臂排樁，南側(cè)周邊均采用φ700 mm@900 mm的灌注樁排樁。

由于灌注樁樁徑多樣且分布密集，若使用傳統(tǒng)的隔樁法施工，通常需要待鄰樁灌注48 h或終凝后才進(jìn)行中間樁的施工。當(dāng)鄰樁間距較小，加上旋挖樁成孔對(duì)土層擾動(dòng)較大，即使隔樁施工也有可能產(chǎn)生坍孔或串孔情況，造成混凝土灌注量增大。

針對(duì)旋挖樁施工速度快、旋挖機(jī)行走方便的特點(diǎn)，為了避免鉆孔互相干擾造成塌方[1]，本工程支護(hù)排樁施工采用跳樁法來(lái)加大鄰樁的施工時(shí)間間隔，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，先將基坑同一側(cè)相同樁徑的排樁施工完成，再施工另一種樁徑的排樁，減少更換鉆頭次數(shù)，避免因更換鉆頭而導(dǎo)致樁徑施工錯(cuò)誤。

通過(guò)采用跳樁法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的隔樁法施工，能夠有效地增加鄰樁之間土體的穩(wěn)定性，大大降低因孔內(nèi)土體不穩(wěn)定坍落導(dǎo)致鄰樁串孔的可能性。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，隔樁法施工的混凝土超灌量為10%以上，而采用跳樁法施工的混凝土超灌量為4.7%。經(jīng)低應(yīng)變反射波動(dòng)測(cè)法對(duì)成樁質(zhì)量檢測(cè)，一類樁占90%以上，無(wú)三類樁。

3.2 基坑斜坡?lián)闻c結(jié)構(gòu)交叉作業(yè)施工技術(shù)

3.2.1 斜坡?lián)闻c結(jié)構(gòu)交叉施工步驟

1）基坑周邊留土放坡開(kāi)挖至基底，先施工中心島區(qū)域基礎(chǔ)底板及地下結(jié)構(gòu)。

2）待中心島區(qū)域地下1層結(jié)構(gòu)及牛腿施工完成，且達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%后，在圍護(hù)樁與地下1層結(jié)構(gòu)梁柱間施工混凝土斜坡?lián)危⑼ㄟ^(guò)鋼筋混凝土牛腿與地下結(jié)構(gòu)連接。

3）中心島區(qū)域主體結(jié)構(gòu)繼續(xù)向上施工，周邊留土區(qū)域待混凝土斜坡?lián)问┕ね瓿汕疫_(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%后，進(jìn)行周邊留土分級(jí)開(kāi)挖至基底。

4）周邊留土自上而下分層開(kāi)挖至基底后，施工周邊留土區(qū)域的基礎(chǔ)底板、換撐及地下結(jié)構(gòu)。

5）待周邊留土區(qū)域的地下1層結(jié)構(gòu)及換撐施工完成且達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%后，拆除斜坡?lián)危^續(xù)向上施工周邊地下結(jié)構(gòu)至±0 m。

6）周邊地下室頂板施工完成后與中心島區(qū)域形成整體地下室，且達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%后，周邊排樁與外墻間回填密實(shí)。

3.2.2 基于BIM技術(shù)的工況模擬

考慮到基坑斜坡?lián)问┕Q撐工序較多，與結(jié)構(gòu)施工需交叉施工，且斜撐拆除需滿足混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和進(jìn)度要求。為了有效配合現(xiàn)場(chǎng)施工，降低現(xiàn)場(chǎng)施工難度，保證整體施工進(jìn)度，本工程利用Autodesk Revit軟件建立基坑3D模型，將地下室主體結(jié)構(gòu)及圍護(hù)樁、斜坡?lián)?、格?gòu)柱等繪制單元建立3D模型，實(shí)現(xiàn)圖紙可視化，通過(guò)3D模型讓現(xiàn)場(chǎng)施工人員直觀、完整地了解圍護(hù)結(jié)構(gòu)、主體結(jié)構(gòu)，形象地展示各施工工序的先后步驟，準(zhǔn)確地掌握施工過(guò)程中的重、難點(diǎn)，使施工人員充分了解設(shè)計(jì)意圖。

通過(guò)BIM技術(shù)建立3D模型打破了基坑設(shè)計(jì)、圍護(hù)、施工之間的傳統(tǒng)隔閡，實(shí)現(xiàn)多方無(wú)障礙地溝通模擬。根據(jù)圍護(hù)圖紙與結(jié)構(gòu)圖紙建立3D模型，對(duì)斜坡?lián)问┕さ拿總€(gè)工況進(jìn)行模擬，通過(guò)三維可視化溝通加強(qiáng)了斜坡?lián)蔚氖┕がF(xiàn)場(chǎng)、成本、進(jìn)度、質(zhì)量管理，節(jié)約成本，減少現(xiàn)場(chǎng)返工，提高工作效率[2]。

3.3 基坑深坑部位支護(hù)施工

3.3.1 深基坑場(chǎng)內(nèi)加固

為保證施工安全，對(duì)開(kāi)挖深度較大的深坑采用φ800 mm@600 mm高壓旋噴樁進(jìn)行擋土加固，加固深度為－10.80～－22.30 m，單樁水泥摻量＞25%，增加被動(dòng)土壓力，減小圍護(hù)變形[3]。

3.3.2 深基坑場(chǎng)內(nèi)降水

對(duì)于需降水處理的部位，采用深井減壓降水的方法。在深井中聚水，深井水泵抽水達(dá)到基坑降水和土體排水固結(jié)的目的，使基坑內(nèi)被動(dòng)土壓力增強(qiáng)，減少圍護(hù)墻的根部位移，為基坑開(kāi)挖創(chuàng)造有利條件。

提高降水效率，尤其是前期降水的效率，增加圍護(hù)墻內(nèi)側(cè)土體側(cè)向壓力，本工程特在井管上設(shè)置上、下雙濾頭，降水水位在基坑底標(biāo)高0.5 m以下。

深井成孔直徑在650 mm，井管直徑為300 mm?？紤]到沉渣的因素，每口井的鑿井深度相應(yīng)加深1 m左右。根據(jù)需要共設(shè)置6口降水井，降水井長(zhǎng)度為10～12 m。

3.4 鄰市政主干道旁基坑多種形式結(jié)合支護(hù)施工技術(shù)

基坑北側(cè)為市政主干道，基坑?xùn)|側(cè)作為施工主干道，需保障重型車(chē)輛進(jìn)出工地，且距離烏沙河較近，因此基坑?xùn)|北角圍護(hù)施工難度較大，在開(kāi)挖過(guò)程中也易引起周邊沉降，因此需保證基坑本身和周邊環(huán)境安全。

深基坑的支護(hù)形式多樣，不同的支護(hù)方式在支護(hù)性能、造價(jià)等方面有很大差異[4]。根據(jù)本工程特點(diǎn)，在基坑?xùn)|北角坑內(nèi)設(shè)置1道鋼筋混凝土斜坡?lián)?，撐于地?層結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)位置，待主體結(jié)構(gòu)達(dá)到相應(yīng)混凝土強(qiáng)度后再進(jìn)行拆除。

周邊圍護(hù)體主要采用單排灌注樁排樁，局部塔樓區(qū)域間隔設(shè)置雙排樁，北側(cè)土方開(kāi)挖按照斜坡?lián)喂r合理放坡，并在放坡區(qū)域用三軸攪拌樁作為坑內(nèi)被動(dòng)區(qū)加固，加固深度范圍為護(hù)坡留土平臺(tái)面至基底以下4 m，且加固深度穿透基底附近的淤泥、淤泥粉質(zhì)黏土層等軟弱土層。

采用雙排圍護(hù)樁＋三軸土體加固＋堆土放坡＋鋼筋混凝土斜坡?lián)蔚榷喾N支護(hù)結(jié)構(gòu)形式的圍護(hù)體系相結(jié)合，能夠保證上部土體的大面積開(kāi)挖及其基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度要求，避免造成基坑坡頂裂縫和沉降，在安全和經(jīng)濟(jì)上具有較大的優(yōu)勢(shì)。

3.5 基坑復(fù)雜管線安全監(jiān)測(cè)技術(shù)

由于基坑北側(cè)分布有較多市政管線，包括天然氣、強(qiáng)電、弱電、自來(lái)水、排水管，且離基坑較近，埋深淺。為了保證工程施工對(duì)周邊道路、管線不產(chǎn)生影響，把施工對(duì)環(huán)境的影響降到最低，在施工之前將部分距離基坑較近的市政管線先挖出并重新移位，保證管線安全。

在土方開(kāi)挖前，調(diào)查分析基坑內(nèi)地下障礙物的分布情形，核查周邊主要建筑物的確切位置、基礎(chǔ)形式、結(jié)構(gòu)形式，務(wù)必確保在施工過(guò)程中圍護(hù)體系和周邊道路、地下管線及鄰近建筑物的安全，使整個(gè)工程地下施工能順利進(jìn)行。在管線邊設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)，從圍護(hù)施工開(kāi)始，到主體結(jié)構(gòu)±0 m結(jié)構(gòu)頂板施工結(jié)束且周邊回填密實(shí)后對(duì)基坑北側(cè)管線進(jìn)行不間斷監(jiān)測(cè)。

通過(guò)監(jiān)測(cè)手段能夠?qū)κ┕に赡墚a(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)估，通過(guò)及時(shí)調(diào)整就可以防治事故的發(fā)生，讓基坑施工的安全得到保障[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)南昌綠地國(guó)際雙創(chuàng)中心一期項(xiàng)目深基坑施工關(guān)鍵技術(shù)的研究，科學(xué)地運(yùn)用了跳樁法、BIM技術(shù)、深井降水、多種形式的圍護(hù)體系結(jié)合、管線監(jiān)測(cè)等一系列創(chuàng)新性技術(shù)，合理地解決了項(xiàng)目鄰河超大面積深基坑施工中遇到的施工難題。

本工程實(shí)施以來(lái)，未發(fā)生基坑坍塌和基坑涌水等影響工程建設(shè)的事件，施工進(jìn)度進(jìn)展順利，極大地提高了施工效率，同時(shí)降低施工成本，取得了不錯(cuò)的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。

本次技術(shù)研究形成了一套針對(duì)鄰河超大面積深基坑施工的綜合技術(shù)體系，可為后續(xù)此類型工程提供借鑒。