沿江超深超大基坑的工程设计与实践

翁其平

华东建筑设计研究院有限公司上海地下空间与工程设计研究院 上海 200002

1 工程概况

武汉绿地中心项目位于武汉市武昌滨江商务区核心区域，西侧紧邻长江。项目设1栋主塔楼、1幢办公楼和1幢公寓楼及相连的裙楼，地下整体设置5～6层地下室。主塔楼高约636 m（125层），采用核心筒＋巨型柱＋外伸臂桁架＋腰桁架结构，主楼下设置6层地下室；副楼包括公寓、办公楼及裙房商业，其中公寓高度为136 m（31层），办公楼高度为185 m（39层），均为框架-核心筒结构，裙房商业高度约40 m（7～8层），副楼地下设置5层地下室。

本工程基坑面积约为36 000 m2，周长约为815 m。基坑开挖深度27～34 m，是武汉乃至湖北省迄今为止最深的大规模沿江基坑工程。尤其是基坑西侧紧邻长江，场地内地下深厚的承压含水层与长江水力联系非常紧密，基坑工程面临严峻的承压水处理问题和汛期施工安全问题（图1、图2）。

本工程场地内浅层以杂填土和淤泥质粉质黏土为主，中部则以粉质黏土夹粉土层、细砂层及含砾中细砂为主，深层为砂质泥岩或细砂岩。浅层的②-2淤泥质粉质黏土层含水量高、孔隙率大、灵敏度高、压缩性高，是基坑开挖深度范围内的主要软弱土层，对基坑变形控制极为不利。中部深厚的细砂层，含水量丰富且渗透系数较大，基坑工程将面临极为严峻的承压水处理问题。

图1 基地环境总平面

图2 基地实施实景

2 基坑支护总体设计方案

本工程主塔楼及办公楼工期要求严苛，且二者设计进度存在一定差异，公寓楼工期则无特殊要求。为避免主塔楼与办公楼在工期间相互制约，本工程采用“分区顺作＋中间设缓冲区后作”的基坑总体施工方案（图3），利用公寓区作为缓冲区，将基坑一分为三，即主塔楼区（Ⅰ区）、办公楼及裙楼区（Ⅱ区）、公寓楼缓冲区（Ⅲ区）。首先进行Ⅰ区和Ⅱ区的顺作法施工，待Ⅰ区和Ⅱ区的地下室结构施工完成后，再进行Ⅲ区的顺作施工。该总体设计方案保证了主塔楼、办公楼和公寓楼可根据自身工期安排独立实施，为实现预期工期目标创造了良好的条件。

图3 基坑实施方案示意

基坑周边采用“两墙合一”地下连续墙作为基坑围护体，地下连续墙既作为基坑开挖阶段的挡土止水围护体，同时作为地下室结构外墙。基坑Ⅰ区采用厚度为1 200 mm地下连续墙，Ⅱ区和Ⅲ区地下连续墙厚度为1 000 mm，Ⅰ区和Ⅲ区之间的临时隔断亦采用厚度为1 000 mm地下连续墙，Ⅱ区和Ⅲ区之间的临时隔断则采用φ1 200 mm@1 400 mm钻孔灌注桩。

基坑Ⅰ区竖向设置5道钢筋混凝土支撑，支撑采用圆环支撑体系布置形式（图4），Ⅱ区竖向设置4道钢筋混凝土支撑，支撑采用双半圆环支撑结合中部对撑的布置形式，Ⅲ区竖向设置4道钢筋混凝土支撑，支撑采用对撑角撑的布置形式。

3 关键技术措施

本项目工期紧迫，且面临严峻的承压水处理和汛期施工安全问题。为保证本工程的安全顺利实施，设计中采取了一系列技术措施[1-2]。

3.1 超深嵌岩地下连续墙的设计

为解决复杂的承压水问题，本工程将地下连续墙设计嵌入至中风化基岩以隔断承压水，并利用墙底注浆对墙底进行加固，再对基岩裂隙进行封堵，有效地解决了承压水从墙底绕流的难题。

图4 塔楼区基坑支护结构剖面示意

根据勘察报告揭示的岩层情况，本工程深部基岩埋深起伏较大，因此从经济性角度考虑，设计人员又提出了“一槽一勘”的思路，即在每幅地下连续墙槽段位置补勘一孔，以准确地确定单幅槽所处位置的基岩分布情况，亦在设计过程中对每幅槽作针对性的墙底埋深设计，此举可节省地下连续墙造价达数百万元，相比“一槽一勘”所增加的几十万元投资，其经济效益显著，同时减小了施工难度，加快了施工工期，提高了施工质量。

3.2 超深嵌岩地下连续墙施工

本工程地下连续墙超深，需穿越的地层主要有中部密实的细砂层，深部坚硬的强、中风化基岩。其中基岩类型繁多、岩层分布不均匀给成槽工艺的选取带来了巨大难度。因此，如何在确保地下连续墙成槽质量的同时兼顾经济性，是本工程地下连续墙成槽工艺选型时所要考虑的重点和难点。

就基岩条件看，本工程主楼区基岩类型主要为细砂岩，其中中风化细砂岩的单轴饱和抗压强度达17 MPa；裙楼区域的基岩类型主要为砂质泥岩，其中中风化砂质泥岩的单轴饱和抗压强度约8 MPa。

结合岩土层地质情况，本工程主楼硬质砂岩区的地下连续墙采用成槽质量高、工效快的抓铣结合成槽工艺；裙楼软岩区的地下连续墙则采用经济性和高效性优势并存的抓冲结合成槽工艺，从而在保证地下连续墙质量的同时大幅提高施工工效。

3.3 圆环支撑、栈桥体系设计

基于本工程塔楼Ⅰ区（图5）和裙楼Ⅱ区（图6）基坑形状较为规则的特点，并结合主体竖向结构布置情况，为充分发挥混凝土材料优越的受压特性，支撑体系考虑采用圆环布置形式。其中塔楼区域的圆环支撑布置形式可完全避开塔楼核心筒及外围巨型柱，裙楼区域的双半圆环支撑亦可避开办公楼的框架柱及剪力墙，因此可实现在基础底板完成施工后，直接由下往上顺作施工塔楼地下结构及办公楼的竖向构件的目标，其施工进度不会受到拆撑换撑工况的限制，大大缩短了塔楼和办公楼结构的工程工期。

图5 塔楼Ⅰ区支撑、栈桥实景

图6 裙楼Ⅱ区支撑、栈桥实景

与此同时，由于圆环支撑体系的无支撑面积超过基坑面积的60%，为挖运土的机械化施工提供了良好的多点作业条件，同时也为工程提供了下坑施工的便利。因此，本工程沿圆环支撑环边杆件的基坑内部设置了旋转栈桥，使挖土及土方运输机械可直接下至基坑内部进行挖土作业，利用斜坡道将土方直接从开挖面运至地面，向斜坡通道进行收头，减少了坑内土方驳运程序，大大加快了出土速度。裙楼先作区域的中部对撑区兼作施工栈桥，挖土机和运土车辆直接在施工栈桥上挖运土方，部分土方可以采用长臂挖机在栈桥上直接挖除，亦大大方便了施工[3-4]。

4 基坑实施效果

4.1 降隔水实施效果

以主塔楼基坑为例，从基坑实施期间坑内外水位观测井的水位观测情况看，主塔楼区坑内外承压水降深比例均高达10∶1，可见地下连续墙嵌入中风化基岩后隔水效果显著。

武汉地区以往基坑工程降水设计时通常采用大井法估算基坑涌水量，并据此估算所需降水井数量，该方法没有考虑止水帷幕的作用，往往会导致降水井布置数量众多，但在基坑实施期间开启的降水井却寥寥无几。本工程提出了在考虑隔水帷幕作用的基础上，基坑涌水量可按敞开降水时（即大井法）计算所得的涌水量的40%计算，降水井数量得到了大幅优化。

4.2 基坑变形

从基坑各工况下塔楼区和裙楼区地下连续墙测斜与坑外地表沉降曲线（图7）可以看出，围护结构变形和地表沉降主要发生于基坑开挖阶段，基础底板施工完成后基坑变形基本趋于稳定，地下室结构回筑阶段围护结构变形很小。围护结构最大变形邻近基底以上位置。本工程基坑实施期间，地下连续墙变形约75 mm，与设计计算变形大致相当，坑外地表沉降最大值发生于坑外0.5倍开挖深度的位置，且最大地表沉降量与围护结构最大变形相当。

图7 塔楼区地下连续墙测斜与坑外地表沉降曲线

5 结语

武汉绿地中心项目属于大规模超深临江基坑工程，面临严峻的承压水处理和汛期施工安全问题。本工程创新性地采用“分区顺作＋中间设缓冲区后作”的方案，实现了塔楼和办公楼区基坑同步开挖，在保证基坑施工安全的基础上，响应了业主对塔楼和办公楼工程工期要求较为紧迫的需求。

超深嵌岩地下连续墙的设计实践，确保了超深沿江基坑在汛期施工的安全问题。针对场地深部基岩埋深起伏较大的特点，设计人员建议并提出了主楼硬质砂岩区的地下连续墙采用成槽质量高、工效快的抓铣结合成槽工艺，裙楼软岩区的地下连续墙采用经济性和高效性优势并存的抓冲结合成槽工艺，通过这2种工艺在武汉地区的大胆尝试，为在岩土层较为复杂的地层中施工地下连续墙提供了新选择。

本工程中圆环支撑体系和旋转下坑栈桥的成功应用，为塔楼和办公楼的工程工期提供了可靠保证，为挖运土作业提供了极大便利。本工程为武汉乃至湖北省首例应用旋转栈桥下坑挖土的深基坑工程。

为确保工程安全，建设方对基坑施工全过程进行了监测，监测结果表明，超深嵌岩地下连续墙的设计有效地控制了基坑外侧地下水位的变化，减小了基坑施工对周边环境的影响，使基坑开挖引起的变形均在控制范围内。