泰安道五号院工程深基坑施工技术

2015-03-15管宝华

天津建设科技 2015年6期

关键词：环梁坑底承压水

□文/管宝华

泰安道五号院工程深基坑施工技术

□文/管宝华

泰安道五号院工程在深基坑施工中，针对复杂的周边环境，通过对基坑支护结构、基坑降水与基坑开挖等方面进行方案研究与优化并应用于工程实践，成功地完成深基坑的施工，保护了现场多幢历史性保护建筑。

复杂环境；软弱土；深基坑

1 工程概况

泰安道五号院工程位于天津市和平区泰安道以南，南面毗邻曲阜道，东侧为大沽北路，西侧为浙江路，主要用途以办公、商业为主要功能的超高层建筑，总建筑面积18.1万m2，其中保留建筑1.4万m2，新建建筑地上12.5万m2，地下4.2万m2。地下3层，地上54层，建筑高度263.4 m。

建筑设计±0.000标高，相当于大沽标高3.100 m。场区地坪平均标高为2.700 m，相当于设计标高-0.400 m，坑底设计标高见表1。

表1 坑底设计标高 m

1.1 基坑周边环境

1）北侧为泰安道，基坑距离其约40 m，临近两幢既有建筑。其中东北角区，距离约5.0 m处为开滦矿务局大楼（4层）；西北角区，距离约5.0 m处为纳森旧居（2层）。

2）南侧距离曲阜道约8.0m，距离建筑红线约4.0m。

3）西侧距离浙江路约6.0 m，距离建筑红线约2.2～3.2 m。浙江路另一侧为居民区。

4）东侧为大沽北路，东南角区临近大沽北路约4.8 m；基坑东侧5.5 m处为妇联大楼（3层，局部1～2层）；距离约5.0 m处为四合院；东北角区为开滦矿务局大楼。

其中开滦矿务局大楼、四合院、纳森旧居等为国家级保护建筑，妇联大楼为天津市风貌保护建筑，与建筑红线最近处仅5 m，为施工带来很大难度。

规划范围内场地原为天津市委办公区，周边道路规划建设成熟，地下管线复杂。水、电、电信等管线遍布周边道路下方。

1.2 地质概况

地层分布规律及土质特征见表2。

表2 地层分布规律及土质特征 m

续表2

测得场区初见水位埋深1.82～2.48 m（大沽高程0.06～0.72 m），场区对本工程有影响的浅层地下水分为潜水和承压水层。

1）潜水层。埋深在15.0 m以上，含水层主要由人工填土、③1粉质粘土、③2粉土和⑥4粉质粘土层组成。潜水受大气降水及地表水体侧渗补给，以蒸发为主要排泄方式。潜水静水位埋深为1.10～2.00 m（大沽高程1.02～1.55 m）。

潜水层以下埋深在15.0～19.0 m段的⑦粉质粘土和⑧1粉质粘土层为相对隔水层。

2）承压水层。场区内对基坑有影响的承压水主要为埋深22.5～34.0 m左右的⑨2粉砂层、⑩2粉砂层（由于⑩1粉质粘土层分布不稳定，局部缺失，致使这两层粉砂含水层有水力联系），其下⑪粉质粘土层为相对隔水层；但⑪粉质粘土层也存在小范围缺失的情况，使得⑩2粉砂层与⑪粉砂层具有一定的水力联系。经实测，承压水静水位埋深6.3 m（大沽高程-3.30 m）左右。

2 施工难点

1）基坑面积较大，约为14 400 m2，基坑形状为不规则的多边形，地下室西侧长度约120 m；南侧长度约147 m；北侧长度约89 m，基坑周长约为503 m，属于大规模深基坑。深基坑工程实施工程中受到基坑开挖、大气降水以及施工等许多不确定因素的影响。

2）基坑深，三层地下室，基坑深度为15.75 m（裙房部位）和18.05 m（主塔楼部位）。

3）基坑支护结构复杂，每步支护梁下层纵深范围大，开挖倒土复杂。

4）基坑周边条件较为严苛。本工程位于天津市和平区泰安道、浙江路、曲阜道及大沽北路所围合地块。基坑东、北两侧临近四栋需要保护建筑；西、南两侧紧邻两条市政道路，道路下管线布置复杂；地势狭小，距离均较近。

5）地质勘查过程中，发现一层层底标高为-10.86～-9.54 m，层厚为7.00～9.60 m的粉质粘土层，土层呈灰色，软塑状态；土质不均，夹粉土团块及薄层。

3 基坑支护形式

3.1 围护结构

采用地下连续墙作为基坑开挖阶段的挡土、止水围护结构。整个地连墙工程共分91幅进行施工，埋深33.4 m。

3.2 内支撑形式

根据基坑平面形状为不规则的多边形，内支撑平面布置为与腰梁相切的一个格构式圆形环梁，环梁的直径约110 m。在基坑的东、南角区，采用一个较小的环梁与格构式环梁及腰梁相切并在其中部设置一组桁架式对撑。

坑内共设置了3道水平支撑，3道水平支撑系统的中心标高分别为-1.600、-7.500、12.200 m，见图1。

图1 基坑内水平支撑

4 基坑降水与土方开挖

4.1 基坑降水

4.1.1 降水井设计

降水井的作用是用于开挖阶段疏干基坑开挖面以下0.5～1 m以内的土层，保证施工的顺利进行。

式中：n为基坑内降水井数量，口；A为基坑面积，m2；α井为单井有效降水面积，m2，取256 m2。

计算得出基坑需要布设疏干井55口，井深约22.5 m，进入第一微承压含水层；但不进入第二微承压含水层。

4.1.2 减压井

按GB 50007—2002《建筑地基基础设计规范》基坑发生突涌的条件是基坑开挖后，坑底不透水层的厚度满足

式中：γm为透水层以上土的饱和重度，kN/m3；t+△t为透水层顶面距基坑底面的深度，m；Pw为承压水水压力，kPa。

按塔楼处基坑深度进行计算：坑底承压水层中的承压水水头高度为地面下6.3 m，承压水层顶板高度为地面下32.1 m，坑底深度按17.9 m计算，坑底土层的平均饱和重度按20 kN/m3计，则有

裙房处：坑底承压水层中的承压水的水头高度为地面下6.3 m，承压水层顶板高度为地面下29.9 m，坑底深度按15.69 m计算，坑底土层的平均饱和重度按20 kN/m3计。则有

均满足规范要求。

基坑抗突涌计算结果表明，在不设置减压井的情况下，基坑坑底土层满足抗突涌稳定要求。考虑到土层分布的复杂性，在主塔楼所在的深坑位置，设置了2口减压井，作为安全储备措施，减压井长度为29 m，布置在塔楼位置处，见图2。

图2 减压井结构

4.1.3 观察井

考虑到基坑周围现有建筑、历史建筑及地下管线等需保护的构筑物的要求，在基坑周围设置了11口观察井，以便施工过程中随时监测地下水位的变化。观察井的深度为19 m，结构与降水井相同，见图3。

图3 基坑降水系统布置

4.2 土方开挖

4.2.1 对现场周边历史建筑的保护措施

1）地下连续墙施工完毕后，在每单元接头处浇筑2根互相咬合的高压旋喷桩，保证地连墙接缝处不渗漏。

2）基坑东、北两侧临近4栋既有建筑，由于地势狭小，在地下连续墙施工过程中，若成槽阶段产生塌槽会对其产生不利影响，故在此区域地下连续墙与既有建筑之间设置水泥土搅拌桩挡墙加固措施，减少地连墙施工过程中对既有建筑产生的影响，同时又能够减少由于地连墙渗漏对其产生的不利影响。

水泥土搅拌桩采用三轴水泥土搅拌桩φ850 mm@600 mm作为加固措施。搅拌桩有效桩长18.0 m，坑下嵌固深度为3.4 m，搅拌桩上端位于地表下1.0 m，下端嵌入⑨1粉质粘土层。

4.2.2 土方开挖部署

1）基坑开挖方法。土方开挖根据环梁位置共分四层，整个土方开挖以“岛式”进行开挖。以曲阜道、泰安道、浙江路出入口为主，设置3个土方开挖中心岛，见图4。

图4 出土口

由于场地较小，没有施工空间，3个出土口均以混凝土栈桥形式延伸至基坑内，形成施工平台，见图5。

栈桥为混凝土栈桥，栈桥桩采用临近工程桩上插450 mm×450 mm钢格构柱，钢材强度等级采用Q235。

图5 栈桥平面布置

2）基坑开挖顺序。考虑到基坑北、东侧存在保护建筑，开挖以周边环梁施工为主，即以各步环梁施工为节点，逐渐放坡开挖，每步开挖范围以满足环梁施工为主，最后进行大面积开挖。每步土方开挖均从基坑西侧挖起，故将整个基坑分为2部分，先挖浙江路与曲阜道一侧，然后开挖保护建筑一侧。为保护周边既有建筑，使水平土压力缓慢释放，保护建筑处开挖时间应比先挖部分推迟开挖，见图6。

图6 开挖顺序

4.2.3 土方开挖流程

1）第一步土方开挖-0.4～-3.1 m（自然地平～第一道支撑底），见图7。

图7 第一步土方开挖

2）第二步土方开挖-3.1～-8.3 m(第一道支撑梁底～第二道支撑梁底)，见图8。

图8 第二步土方开挖

3）第三步土方开挖-8.3～-13 m(第二道支撑梁底～第三道支撑梁底)，见图9。

图9 第三步土方开挖

4）第四步土方开挖-13～-15.75 m(主楼底部)，见图10。

图10 第四步土方开挖

5）基坑开挖达至槽底标高后，最后进行预留锥形岛土方开挖。台阶使用1.2 m3挖掘机进行开挖，当作业面不能满足多台（3台以上）1.2 m3挖掘机开挖时，换长臂挖掘机进行施工，同时局部使用塔吊配合开挖，见图11。

图11 基坑内最后剩余土方清除

4.3 开挖过程中软弱土层的临时加固

针对⑥1粉质粘土层，其在机械碾压、倒运及运输过程中，会有大量的水分从土体内渗出，易形成基坑积水，并且在运输过程中会造成大量的泥水外溢，对周边环境造成影响。为此，在基坑开挖第2步开挖阶段至全部开挖完成，采用参拌灰土的方法对粉质粘土进行拌和处理。另外，为在开挖过程中，防止挖掘机械在挖掘过程中陷入土中，制作了钢制路基箱，用于挖掘机的道路铺垫。