无止水帷幕深基坑施工及监测

□文/李士强 吴延凯 张 立

工程概况

中国五矿商务大厦工程位于天津滨海新区响螺湾商务区迎宾大道东侧、驼场道南侧、驼场南道北侧，是集办公、酒店式公寓、商业为一体的高档功能综合体。地下2层主要作为车库；地上26层，最大建筑高度121 m，地上部分分为2栋主塔楼、裙房、连廊3部分，总建筑面积183 267 m2，其中地上144 681 m2，地下38 588 m2；基坑东西长 90 m，南北长 255 m，面积为 22 950 m2。土方开挖18万m3。±0.00相对于大沽标高3.10 m，场地自然地面相对标高-1.9 m，裙楼坑底标高-9.80 m、主楼坑底标高-11.50 m，开挖深度分别为7.9 m和9.6 m，基础为承台—伐板基础，基础底板厚度分别为700、900、2 400 mm，局部电梯坑底标高-14.20 m。

周边环境

距离基坑北侧100 m是海河，场地内的自然地面标高为-1.9 m，海河水位位于地坪以下，海河深度较深，常年有轮船经过，无法结冰。工程未设置止水帷幕，但基坑支护结构四周设置了水泥搅拌桩挡土墙，挡土墙的底标高为-6.9 m，而坑底的最浅标高为-8.9 m，最深标高为-14.2 m，在支护施工阶段支护桩的施工是保证基坑安全的关键。见图1。

图1 建筑总平面布置

地质情况

工程地貌为滨海冲击平原，地基土按成因和时代分为11个亚层，按土的物理力学特征分为25个亚层，部分亚层中分布有透镜体，主要分层情况见表1。

表1 工程地质情况

支护结构正处于粉质粘土的土层内，现场实际勘察的土质样本情况表明，此处粉质粘土的透水率很小。

施工分析

地下室水位较浅并且土质透水率很低，综合工期及成本考虑，在支护桩外部不设置止水帷幕，只在自然地坪至-5.0 m之间设置挡土墙。

正常情况下，没有止水帷幕支护桩之间容易挤入淤泥，为此工程采用单排钻孔灌注桩结合钢筋混凝土内支撑形式作为基坑挡土结构并且工程桩之间无缝隙施工，考虑到此处土质粘结性较高、不易透水，因此淤泥无法挤入基坑内。

基坑开挖面积大、挖土深、地下水位高，桩基施工至-2.4 m处已经见明水，因此确保施工质量及基坑安全甚为重要。

质量控制

基坑支护结构

基坑挡土墙设计为φ700 mm双头水泥搅拌桩，深5.0 m，支护结构为直径800 mm和900 mm间隔布置的钻孔混凝土灌注桩，在灌注桩桩端设1 400 mm×800 mm混凝土冠梁，在基坑内混凝土冠梁之间设置混凝土结构对撑。见图2和图3。

图2 基坑支护平面

图3 基坑支护剖面

在基坑四个转角处设置第2道支撑，既节约了总体成本，又保证了基坑整体的安全。见图4和图5。

图4 第2道支撑剖面

图5 第2道支撑平面

立柱及立柱桩

竖向立柱上部为钢结构格构柱，下部为钻孔灌注桩，钢格构立柱伸入桩内2 m，钢构柱穿过地下室底板处，应加焊止水钢板。挖土施工时应避免机械碰撞钢构柱。见图6。

图6 格构柱剖面

水泥搅拌桩

水泥搅拌桩采用的是双头水泥搅拌桩，直径为700 mm，桩与桩之间咬合200 mm，见图7。

图7 水泥搅拌桩示意

由于-5.0 m以上均为杂填土或素土，土质粘结性不够，无法达到粉质粘土的特殊需求，既无法保护支护桩之间土体的流失，因此4 m深的挡土墙至关重要。

基坑施工

（1）严格控制支护桩之间的间距，不能使支护桩的间距过大，如果间距过大，会使淤泥从支护桩的间隙挤入，从而导致透水的发生。

（2）基坑开挖必须在钻孔灌注桩强度达到设计强度的80%以上，同时水泥搅拌桩强度达设计值80%以上方可进行第一阶段土方开挖，挖土至第1道支撑面标高，施工钢筋混凝土环梁及钢筋混凝土内支撑。

（3）支撑结构混凝土强度达设计强度80%后，进行第2阶段土方开挖，挖土至第2道支撑面标高（此处只开挖四个角部，第2道支撑只存在于角部），施工角部钢筋混凝土支撑。

（4）在混凝土结构支撑施工完毕后将土方回填，保证土体能覆盖混凝土结构即可，既起到了保温的作用，又起到了保护的作用，待支撑结构达到设计要求的开挖条件后再进行大面积开挖。

（5）基坑开挖应分层分段分块进行。先开挖基坑四角的土，再开挖基坑中间的土，四个转角土方开挖完毕后A区及D区按图8顺序进行大面积开挖，然后开挖B区，最后开挖C区，开挖的过程中形成时间差，使支护结构变形更加均匀。

图8 土方开挖分区

（6）严格控制基坑土方开挖的土坡高度（分层开挖）及坡度和土方开挖的速度，防止挖土过程中挤斜工程桩，严禁挖土机直接碾压压顶梁和支撑。

（7）地下室基础底板、底板与钻孔桩之间空隙应用300 mm厚素混凝土将基础结构与混凝土灌注桩之间灌实顶牢，形成坑底传力带。

（8）待地下室基础底板与钻孔桩之间传力带强度完全达到设计要求后，拆除第2道内支撑。

（9）施工地下一层楼板及该层楼板于围护桩之间的支撑梁并到其设计强度后，拆除第1道内支撑；进而施工以上部分，水平支撑梁采用了间距4 000 mm设置采用强度等级为C35混凝土进行施工，设计的强度等级为C20，这样能提前进行第1到对撑梁的拆除。

（10）在挖土施工过程中加强对支护的监测，同时注意支护桩之间的渗水情况，一经发现出现渗水及时采用水泥包进行封堵，不能使土体被渗水部位冲开，造成无法估量的损失。

基坑监测

支护结构越长刚度就越差，考虑到支护结构的特点，拐角点是受拉力及压力的最大处，因此环梁的转角点及无对撑的位置增设监测点。现场监测需派专职人员进行，在初开挖时2～3 h监测一次并将监测结果进行对比，在开挖完毕后无明显变形时可将监测次数改为1次/d。每天的数据应控制成相关曲线，根据其发展趋势分析整个基坑稳定情况。如遇有变形过大等情况，应及时通知各部门以便采取应急补救措施。监测内容包括：

(1)围护体沿深度的侧向位移监测，特别是坑底以下的位移大小和随时间的变化情况；

(2)基坑内外的地下水位观测；

(3)周围道路、路面沉降、裂缝的产生与发展；

(4)坑内水平支撑轴向力随基坑开挖的变化情况；

(5)竖向立柱的垂直位移与侧移。

结语

中国五矿商务大厦工程设计时，根据现场实际地址情况并考虑到成本及支护安全，在支护桩外侧只施工4 m深的当土结构，未设置止水帷幕，深8.9 m基坑仅设置一道支护结构，在四个角部增加了第2道支撑；在现场实施阶段严格按照方案执行，保证了基坑支护的安全，亦保证了土方开挖的顺利进行，在20 d内完成了18万m3土方的开挖，比预计土方开挖工期提前了20 d，同时基坑支护最大变形为29 mm，符合设计要求。