邻河超大面积深基坑的施工

2021-12-22佘清雅

建筑施工 2021年9期

佘清雅

上海建工二建集团有限公司上海 200080

1 工程概况

南昌绿地国际双创中心项目位于江西省南昌市西北郊，项目总建筑面积约29.8万 m2，其中地上最高42层，建筑面积约22.9万 m2；地下2层，建筑面积约6.9万 m2。超高层建筑的主楼采用框架核心筒结构，裙楼为框架结构。建成后，南昌绿地国际双创中心将成为一座大规模、现代化、高品质的标志性商业综合体。

本工程原场地为一片低洼鱼塘，需对原状鱼塘进行必要的清淤、回填和整平后方可进行基坑的围护和开挖施工。由于长期作为鱼塘使用，场地基底附近普遍存在较厚的②淤泥、④淤泥质粉质黏土层等软弱土层，属高压缩性、饱和、流塑的软土，物理力学性质较差；软弱土层以下依次为粉质黏土层、角砾、全风化-中风化千枚岩层，地层整体呈现上软下硬的特点。

另外，本工程潜水稳定水位在基底以下5～7 m，因此地下水处理主要以上层滞水的疏排为主。考虑到场地原始状态下地势低洼，开挖阶段基坑侧壁与原始状态较为接近，故不考虑设置隔水帷幕。

2 基坑支护方案设计

2.1 基坑概况

工程基坑面积约为34 700 m2，基坑总长约为780 m，基坑开挖深度为6.75～9.75 m，为大面积深基坑工程。基坑北侧紧邻公路，道路路面较高，现状高差约7 m；基坑东侧临时施工道路，距离乌沙河50 m左右；西侧为现场临时施工道路；南侧为临时施工道路，路面标高约－3.70 m。整个基坑场地中部区域现状鱼塘地坪底标高低于周边道路地坪4～7 m。案例工程的基坑属于场地中部低洼，外围道路面较高的非常规基坑工程。

2.2 基坑支护方案设计

案例工程为低洼区域再开挖的基坑工程，场地周边环境条件及保护要求存在一定差异，其中基坑北侧的市政道路及管线为重点保护对象。

1）满堂支撑方案。常规基坑工程设置满堂的水平内支撑体系可较好地控制基坑变形，但考虑到本工程基坑场地中部低、四周道路高，且南北高差逾3 m，支护结构受力不均。支模施工难度比较大，工程造价较高，会大大增加土方开挖及后期拆撑的难度。因此，从项目的经济性、工期及施工的便利性方面考虑，本工程采用满堂支撑不具有可行性。

2）预应力锚索方案。本工程基坑北侧公路下分布有大量市政管线，具有一定的保护要求，预应力锚索的施工对管线的保护不利。同时，基坑北侧、东侧、南侧的公路路基主要以回填土为主，在回填土中设置预应力锚索不合理，对该侧的变形控制也较为不利。另外，采用预应力锚索将会超出基坑北侧用地红线，并对南侧地块的工程桩造成不利影响。因此，预应力锚索在本工程北侧、东侧及南侧基坑支护设计也不具备适用性。

3）中心岛＋局部支撑方案。由于本项目场地内部低四周高，具有实施中心岛方案的良好的天然条件。考虑到基坑北侧具有较高的保护要求，基坑可以采用中心岛结合斜坡撑的方案。斜坡撑支撑于围护桩与地下结构梁柱节点或基础底板之间，利用主体结构作为支撑体系的一部分。北侧斜坡撑可采用钢筋混凝土支撑体系，仅设置1道。

南侧由于道路边线距离基坑边较近，且淤泥质土层分布较厚，虽总体开挖深度与东侧普遍相同，但考虑到对邻近地块的保护，故该侧采用灌注桩排桩结合中心岛＋1道钢斜撑的支护方案。

由于基坑总体挖深相对较深，故在该临时道路两侧分别设置灌注桩排桩，对各边转角区域通过设置局部的混凝土角撑进行过渡，地下室基坑支护如图1所示，基坑北侧支护典型剖面如图2所示。

图2 基坑北侧支护典型剖面

3 关键施工技术

3.1 多种桩径形式旋挖灌注排桩施工

本工程基坑围护根据不同的地质及周边情况采用多种直径的旋挖成孔灌注：北侧塔楼区周边均采用φ950 mm@1 150 mm的灌注桩和φ950 mm@2 300 mm的后排桩，东侧主要采用φ800 mm@1 100 mm的悬臂排桩，南侧周边均采用φ700 mm@900 mm的灌注桩排桩。

由于灌注桩桩径多样且分布密集，若使用传统的隔桩法施工，通常需要待邻桩灌注48 h或终凝后才进行中间桩的施工。当邻桩间距较小，加上旋挖桩成孔对土层扰动较大，即使隔桩施工也有可能产生坍孔或串孔情况，造成混凝土灌注量增大。

针对旋挖桩施工速度快、旋挖机行走方便的特点，为了避免钻孔互相干扰造成塌方[1]，本工程支护排桩施工采用跳桩法来加大邻桩的施工时间间隔，并根据现场实际情况，先将基坑同一侧相同桩径的排桩施工完成，再施工另一种桩径的排桩，减少更换钻头次数，避免因更换钻头而导致桩径施工错误。

通过采用跳桩法代替传统的隔桩法施工，能够有效地增加邻桩之间土体的稳定性，大大降低因孔内土体不稳定坍落导致邻桩串孔的可能性。经统计，隔桩法施工的混凝土超灌量为10%以上，而采用跳桩法施工的混凝土超灌量为4.7%。经低应变反射波动测法对成桩质量检测，一类桩占90%以上，无三类桩。

3.2 基坑斜坡撑与结构交叉作业施工技术

3.2.1 斜坡撑与结构交叉施工步骤

1）基坑周边留土放坡开挖至基底，先施工中心岛区域基础底板及地下结构。

2）待中心岛区域地下1层结构及牛腿施工完成，且达到设计强度80%后，在围护桩与地下1层结构梁柱间施工混凝土斜坡撑，并通过钢筋混凝土牛腿与地下结构连接。

3）中心岛区域主体结构继续向上施工，周边留土区域待混凝土斜坡撑施工完成且达到设计强度80%后，进行周边留土分级开挖至基底。

4）周边留土自上而下分层开挖至基底后，施工周边留土区域的基础底板、换撑及地下结构。

5）待周边留土区域的地下1层结构及换撑施工完成且达到设计强度80%后，拆除斜坡撑，继续向上施工周边地下结构至±0 m。

6）周边地下室顶板施工完成后与中心岛区域形成整体地下室，且达到设计强度80%后，周边排桩与外墙间回填密实。

3.2.2 基于BIM技术的工况模拟

考虑到基坑斜坡撑施工换撑工序较多，与结构施工需交叉施工，且斜撑拆除需满足混凝土结构强度和进度要求。为了有效配合现场施工，降低现场施工难度，保证整体施工进度，本工程利用Autodesk Revit软件建立基坑3D模型，将地下室主体结构及围护桩、斜坡撑、格构柱等绘制单元建立3D模型，实现图纸可视化，通过3D模型让现场施工人员直观、完整地了解围护结构、主体结构，形象地展示各施工工序的先后步骤，准确地掌握施工过程中的重、难点，使施工人员充分了解设计意图。

通过BIM技术建立3D模型打破了基坑设计、围护、施工之间的传统隔阂，实现多方无障碍地沟通模拟。根据围护图纸与结构图纸建立3D模型，对斜坡撑施工的每个工况进行模拟，通过三维可视化沟通加强了斜坡撑的施工现场、成本、进度、质量管理，节约成本，减少现场返工，提高工作效率[2]。

3.3 基坑深坑部位支护施工

3.3.1 深基坑场内加固

为保证施工安全，对开挖深度较大的深坑采用φ800 mm@600 mm高压旋喷桩进行挡土加固，加固深度为－10.80～－22.30 m，单桩水泥掺量＞25%，增加被动土压力，减小围护变形[3]。

3.3.2 深基坑场内降水

对于需降水处理的部位，采用深井减压降水的方法。在深井中聚水，深井水泵抽水达到基坑降水和土体排水固结的目的，使基坑内被动土压力增强，减少围护墙的根部位移，为基坑开挖创造有利条件。

提高降水效率，尤其是前期降水的效率，增加围护墙内侧土体侧向压力，本工程特在井管上设置上、下双滤头，降水水位在基坑底标高0.5 m以下。

深井成孔直径在650 mm，井管直径为300 mm。考虑到沉渣的因素，每口井的凿井深度相应加深1 m左右。根据需要共设置6口降水井，降水井长度为10～12 m。

3.4 邻市政主干道旁基坑多种形式结合支护施工技术

基坑北侧为市政主干道，基坑东侧作为施工主干道，需保障重型车辆进出工地，且距离乌沙河较近，因此基坑东北角围护施工难度较大，在开挖过程中也易引起周边沉降，因此需保证基坑本身和周边环境安全。

深基坑的支护形式多样，不同的支护方式在支护性能、造价等方面有很大差异[4]。根据本工程特点，在基坑东北角坑内设置1道钢筋混凝土斜坡撑，撑于地下1层结构梁柱节点位置，待主体结构达到相应混凝土强度后再进行拆除。

周边围护体主要采用单排灌注桩排桩，局部塔楼区域间隔设置双排桩，北侧土方开挖按照斜坡撑工况合理放坡，并在放坡区域用三轴搅拌桩作为坑内被动区加固，加固深度范围为护坡留土平台面至基底以下4 m，且加固深度穿透基底附近的淤泥、淤泥粉质黏土层等软弱土层。

采用双排围护桩＋三轴土体加固＋堆土放坡＋钢筋混凝土斜坡撑等多种支护结构形式的围护体系相结合，能够保证上部土体的大面积开挖及其基坑支护结构的刚度要求，避免造成基坑坡顶裂缝和沉降，在安全和经济上具有较大的优势。

3.5 基坑复杂管线安全监测技术

由于基坑北侧分布有较多市政管线，包括天然气、强电、弱电、自来水、排水管，且离基坑较近，埋深浅。为了保证工程施工对周边道路、管线不产生影响，把施工对环境的影响降到最低，在施工之前将部分距离基坑较近的市政管线先挖出并重新移位，保证管线安全。

在土方开挖前，调查分析基坑内地下障碍物的分布情形，核查周边主要建筑物的确切位置、基础形式、结构形式，务必确保在施工过程中围护体系和周边道路、地下管线及邻近建筑物的安全，使整个工程地下施工能顺利进行。在管线边设置沉降观测点，从围护施工开始，到主体结构±0 m结构顶板施工结束且周边回填密实后对基坑北侧管线进行不间断监测。

通过监测手段能够对施工所可能产生的风险进行预估，通过及时调整就可以防治事故的发生，让基坑施工的安全得到保障[5]。