软土地基超大型深基坑支护设计与施工
2015-12-05李新安付效铎李云杰
□文/李新安 付效铎 李云杰
软土地基超大型深基坑支护设计与施工
□文/李新安 付效铎 李云杰
介绍了天津万达中心项目海河沿岸软土地基超大型深基坑支护，采用一道水平梅花瓣形混凝土环形内支撑的设计先例，为天津地区同类型工程提供了参考依据。
软土地基；深基坑；支护；环形支撑
1 工程概况
天津万达中心项目由1栋42层甲级写字楼，高度188 m；1栋22层五星级酒店；4栋（2栋39层、2栋25层）高层住宅，4栋2～4层沿街商铺组成。其中酒店、写字楼为框架筒体结构，住宅为剪力墙结构，沿街商铺为框架结构，总建筑面积约35万m2。
工程设计为钻孔灌注桩+筏板基础，基坑大面积开挖深度为13.2 m，其中住宅电梯井挖深约15.9 m，酒店核心筒挖深约17.5 m，写字楼核心筒挖深约19 m，整个基坑长×宽约210m×195m，基坑面积约4.10万m2。
工程位于天津河东区海河东路以北，其中南侧紧靠海河，距离约为62.9 m，北侧紧靠地铁9号线，距离约为60.1 m，基坑面积大，深度深，土质条件差，因此基坑施工安全是重中之重，基础施工前，认真做好深基坑的支护设计及施工是本工程施工成败的关键。
2 地质情况
土层埋深40.00m，各土层分布及土质见表1。
表1 各土层分布及土质
续表1
从表1可以看出，基坑开挖和支护深度范围内，在3b层粉质粘土中夹有淤泥质土，该土层属于高压缩层土，必须重点考虑该高压缩性土层的影响。
3 基坑支护设计
3.1设计方案选择
1）方案一。钻孔灌注桩+深搅止水桩+预应力桩锚，见图1。
图1 设计方案一
2）方案二。钻孔灌注桩+深搅止水桩+斜抛撑，见图2。
图2 设计方案二
3）方案三。钻孔灌注桩+深搅止水桩+2道水平混凝土支撑，见图3。
图3 设计方案三
4）方案四。钻孔灌注桩+深搅止水桩+1道水平混凝土支撑，见图4。
图4 设计方案四
3.2设计方案对比分析
上述4种基坑支护设计方案对比分析见表2。
表2 4种基坑支护设计方案对比分析
针对海河沿岸所属的基坑工程，进行了全面摸底调查，均采用混凝土换撑或对撑进行支护，而天津市海河沿岸工程，若采用预应力桩锚支护方案，无法通过专家论证，结合表2分析，最终确定该工程基坑支护形式为钻孔灌注桩+深搅止水桩+1道水平混凝土支撑及2道混凝土换撑带。
3.3基坑支护及降水井设计
以确保“基坑安全”为重点，最终确定了采用一道水平“梅花瓣形”混凝土环形内支撑，见图5。
图5 基坑支护平面布置
1）支护桩设计。支撑桩设计为钻孔灌注桩，根据基坑开挖深度不同，共设计3种规格，即φ1 300mm@1 500mm，桩长32.5 m；1 200mm@1 400mm，桩长23.5 m；1 100mm@1300mm，桩长22m。
2）止水帷幕设计。采取三轴φ850mm@1 200mm水泥土搅拌桩全封闭止水，桩长分别为31.7、31.2、31、22.5m。
3）水平支撑设计。水平支撑设计为一道花瓣形混凝土（环形+十字）支撑，布置在标高为-4.750m处，混凝土强度C35，其中支撑竖托桩为φ800mm，桩长分别为20、30m的钻孔灌注桩，钢立柱为480mm×480mm格构钢柱，插入竖托桩内3 000mm，见图6；环梁截面2 500mm×1 000mm，腰梁截面1 600mm×1 000mm，支撑梁截面分别为1200mm×1000mm、800mm×800mm。
4）换撑设计。换撑设计为2层素混凝土板带。
5）基坑降水设计。采用φ500mm大口井降水，其中坑内布置186口疏干降水井，280 m2/口，井深均为20 m；坑外布置42口观测井，井深为30m，兼做回灌井。
6）卸载设计。基坑顶部四周5～8m宽，挖深1.5m，见图5。
图6 竖托桩
4 深基坑支护及降水实施
4.1钻孔灌注桩施工
钻孔灌注桩共计617根，投入9台KQ-800潜水钻机组织施工，现仅将φ1 100mm@1 300mm钻孔灌注桩表示如下，见图7。
图7 钻孔灌注桩配筋
1）施工方法。桩基成孔时，保证第1根桩与第2根桩施工间距≮4m，在同一直线上桩不能满足连续施工要求时，采用隔一打一施工，采用隔一打一不能满足施工间距要求，采用隔二打一，依次类推。
2）对地下原有桩的处理。采用90 t履带吊及全回转CD套管钻机拔除，见图8。
图8 支护桩遇原有桩处理
4.2水泥土搅拌桩施工
止水桩共873幅，采用42.5级普通硅酸盐水泥，水泥掺量为25%，投入2台JB160型步履式三轴搅拌机组织施工。
4.2.1施工方法
1）采用跳槽式双孔全套复搅式连接方式施工，见图9。
图9 水泥土搅拌桩施工方式1
2）单侧挤压式连接方式。对于转角处或有施工间断情况下通常采用此连接，见图10。
图10 水泥土搅拌桩施工方式2
4.2.2特殊部位处理
1）当遇地下原有桩时，可采用前面所述全回转CD套管钻机，也可采用FCEC清障钻机拔除，见图11。
图11 遇地下原有桩处理
2）当产生施工冷缝时，处理方案见图12。
图12 施工冷缝处理方案
4.3基坑降水施工
1）大口井与正式工程桩基穿插进行，先施工坑内186口疏干降水井及坑外42口观测井，局部电梯井深坑增设的降水井，待基坑开挖后补井。降水井和观测井均采用φ500mm无砂水泥滤管。
2）由于工程区地质属于软土土层，含水量高，基坑土方开挖前，进行20～25d全面降水，做到井内有水即抽，保证基坑土方开挖后干场作业。
4.4竖托桩（支撑桩）施工
竖托桩共208根，施工与正式工程桩基同步进行，钻孔灌注桩采用KQ-800潜水钻机成孔，钢格构立柱在工厂加工制作，与灌注桩钢筋笼焊接固定，现场采用20 t汽车吊吊装到位，在地面以明显标志标明钢立柱位置，防止开挖损坏。
4.5钢筋混凝土水平支撑施工
1）冠梁及水平支撑划分为14个流水段，见图13，与支护桩、土方开挖紧密配合，组织平行流水穿插施工，尽量减少占用关键线路时间。
图13 水平支撑施工流水段划分
2）特殊节点做法。腰梁与支护桩通过植筋2根25mm、吊筋连接，见图14；竖托桩开挖后，清理格构桩头，焊接托板等，见图15。
图14 腰梁与支护桩连接节点
图15 格构柱柱头节点
4.6基坑土方开挖
1）土方开挖顺序遵循“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则。
2）整个基坑土方按照2次开挖完成，第1层土方开挖深度约5.2 m，一次挖至设计支撑底标高，与水平支撑施工紧密配合。
3）第2层土方开挖深度约8.0～9.5 m，开挖前铺设行车道路及出口马道，采取多台挖机分阶接力传递、一次开挖至基坑底部的方法施工，见图16。
图16 第二层土方开挖剖面
4.7换撑施工
1）换撑施工。换撑设计为2层素混凝土板带，分别在基础底板、地下室外墙-7.15 m标高地下2层顶板处。换撑带混凝土设计强度C30（实际浇筑强度采用C40混凝土），以达到提前拆除混凝土支撑目的。
2）水平支撑拆除，采用机械拆除、人工风镐破碎配合，由专业拆除单位施工，优先拆除影响主楼施工部分的支撑，支撑破碎施工前，在地下2层顶板满铺50mm厚脚手板予以保护。
5 基坑监测
5.1基坑监测内容及预警值
根据设计要求及天津地区地方标准规定，基坑监测内容及预警值见表3。
表3 基坑监测内容及预警值
5.2基坑监测情况
基坑监测结果均满足设计要求。
6 结语
基坑属于海河沿岸软土地基超大型基坑，采用一道水平“梅花瓣形”混凝土环形内支撑和两道换撑带获得成功，开创了天津地区软土地区深基坑设计与施工的先例，不仅施工周期短、成本低，而且确保了地下室的施工安全。
[1]GB50497—2009，建筑基坑工程监测技术规范[S].
[2]JGJ 120—2012，建筑基坑支护技术规程[S].
□DOI编码：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.01.005
□付效铎、李云杰/中建八局第三建设有限公司。
□TU753
□C
□1008-3197（2015）01-12-05
□2014-09-26
□李新安/男，1971年出生，高级工程师，中建八局第三建设有限公司，从事施工技术管理工作
