城市中心区域复杂环境下的超深基坑技术研究

何 猛

（中国十七冶集团有限公司，安徽 马鞍山 243000）

0 引言

随着城市化建设进程的不断加快，城市中心区域的土地资源呈现愈发稀缺状态，在建设过程中，为了满足城市中地下空间的开发与利用需求，会设置多层地下室，提高建筑物的地下层数。为此，超深基坑支护施工技术成为开发高质量建筑的主要技术。随着城市建设的深入，基坑支护技术的发展也越来越成熟，在不同的施工环境和条件下，如何选择合适的支护结构成为当下建筑工程规范化施工的重点。为满足工程需求，本文将在此次研究中，选择安徽省一家双特双甲企业中国十七冶集团有限公司的江西科晨研发中心项目作为实例，开展城市中心区域复杂环境下的超深基坑技术的研究。

1 工程概况

为保证在中心环境下基坑工程的顺利施工，本文选择安徽省一家双特双甲企业中国十七冶集团有限公司的江西科晨研发中心项目作为实例展开研究。

江西科晨研发中心项目位于南昌市青山湖区，整体位于城市中心位置，项目所在地的区域环境较为复杂。周边建筑物密集，临近青山湖，且地下室基坑深度最深达13.2m，采用SWM工法桩+钢支撑+混凝土支撑的支护形式。

项目技术难点：众所周知，深基坑工程施工质量标准要求高，难度大，特别是基坑深度超10m 且在密集建筑群中的深基坑工程。目前我国大部分深基坑工程仍沿用常规方法进行施工，此种施工方法十分不利于现场施工质量、进度安全的控制[1]。为此，承包公司依托江西科晨研发中心项目，在施工过程中积累了较多的经验，对于密集建筑群中深基坑工程基坑排水、钢管支撑施加预应力、密集建筑群监测等问题研发了一整套的施工方法。力图通过改进施工工艺、改变施工组织措施的方式，将施工过程中“人材机法环”的不稳定因素降至最低，提高质量控制力度，使建成的项目迎合政府政策导向的支持和建筑行业发展的需要。

2 城市中心区域复杂环境下的超深基坑施工技术设计

2.1 地下连续墙施工

第一步，地下连续墙的开槽法测量。在开挖施工之前，先测量并确定导墙的位置，并绘制出开挖边线。

第二步，导墙开挖施工。在勘察场地时，应依据场地原有的路面状况，对原有路面的路面进行切割、凿除。为了保证在不影响主体结构的前提下，在保证围护结构变形的前提下，开挖宽度应大于设计值5cm[2]。在施工时，应注意施工缝与地下连续墙的接缝之间的错位。

第三步，水泥搅拌工程。水泥混合料的性能指标必须达到规范的规定。拌和材料可以选用膨润土。在施工过程中，对钻井液的各项性能指标进行测试，若不符合标准，则要进行相应的调整，以确保在成槽过程中，钻井液的质量达到标准。

第四步，成槽施工。进行工程建设之前，要仔细研究设计图纸和勘察数据，对工程场地的地质构造进行全面的认识。在正式挖掘之前，必须仔细地确定地层的分布。该工程的施工方式是由两台造槽机同时进行，由两端到中部，采取跳槽施工。如果有岩层存在，可以使用液压抓斗进行掘进，如图1 所示。

图1 成槽施工

第五步，施工过程中的品质检验。单幅成槽后，可以通过超声波来检验产品的品质。主要测试成槽深度，垂直度，沉渣厚度，塌孔等。

第六步，清孔施工。经品质检验合格后，进行刷墙操作，刷墙至少要刷5 遍，直到刷墙时没有泥浆。进行灌浆清理，清理完毕后，接头盒即可安装。

第七步，钢筋笼的制作与加工。产品的结构和尺寸要与设计图相符，质量要达到规格，并使用专门的加工平台或轮胎支架。每一块布应该设置2 个灌浆管道，直到钢筋笼的底部[3]。主筋连接采用对焊法，在交叉处进行点焊，其焊接数量要超过半数。图2 为钢筋笼安装示意图。

图2 钢筋笼安装示意图

第八步，钢筋笼吊装作业。钢筋笼因其自身重量、外形尺寸较大，在吊装、翻转、入槽等施工中存在着较大的困难和安全隐患。吊装工作必须制订专门的施工计划，并对所有作业情况进行检查，并严格按照吊装计划实施。钢筋笼从平面提升转变为竖向提升，需要在空中进行翻转，使用履带式起重机完成这一作业。采用150t 主吊和80 t 的副吊进行翻滚。在钢筋笼上设置11 个吊点，其中5 个为竖向吊点，2 个为横向吊点，4 个中间转换吊点。钢筋笼翻转完毕后，用主吊机将其吊至成槽的位置，并将其装入槽内。

第九步，混凝土施工。地下连续墙为商混结构，并采用双管道浇筑[4]。必须持续浇筑混凝土，不能间断。在施工过程中，要求混凝土的方量需要在10m3以上，浇筑顶面应当超过设计高度0.5m。

2.2 止水帷幕施工

为了满足盾构的进、出洞要求，在端头井段进行了止水帷幕的设计[5]。止水帷幕选用850@600mmmm 的三轴搅拌桩，在其与两侧地下连续墙间进行旋桩的夹缝间止水试验。桩的深度是20.257 m。材料和设备进场后应进行检查验收，并做好记录。在施工之前，先测量好桩的位置。在安装、移位前，应仔细观察并注意周边环境，避免出现安全隐患[6]。在桩机安装完毕后，需要复查，确认其位置精度。在钻井期间，搅拌轴的垂直度要及时进行检测。在钻孔就位后，就可以进行起吊和搅拌工作。在搅拌轴的升降过程中，要注意调整搅拌轴的升降速率和喷浆量之间的对应关系，以确保喷射数量满足设计要求。为了使泥浆和拌合土的均匀性，必须反复进行，以满足设计的深度。在施工中，搅拌轴的下落速率要严格控制，在桩底处适当增加搅拌和喷浆量。对泥浆比重、桩机施工等进行定期检查，确保桩机施工参数达到标准。表1 为止水帷幕施工中三轴搅拌桩技术参数记录表。

表1 止水帷幕施工中三轴搅拌桩技术参数记录表

2.3 超深基坑开挖施工

超深基坑开挖施工主要装备有：PC220 型2 台，PC90 型1台，龙门式起重机2 台，自卸汽车6 台，以及其他相关的设备。基坑施工法是由两端挖到中间的。基坑开挖顺序为分段分层开挖，必须严格遵循分层、从上到下、先撑后挖、分层开挖的“十六字”原则。分层3～4 m，分段长度在24m 以下，每段可分成6m的小段，由开挖和支撑，并及时进行排水，以减少底部的暴露。必须对支架进行预应力，使其达到设计要求。在第一层进行钢混支护施工，在基座高度达到后，再进行钢筋笼的施工，然后进行混凝土的浇筑。第二层及以下各层均按分段进行开挖、支护[7]。上下两层的土方由PC220 挖掘机进行，与输送式装载机相结合，第三层由小型挖掘机进行挖掘，并与泥土混合，龙门起重机+液压抓斗进行挖坑。在实际开展超深基坑的开挖施工前，需要根据现场施工条件，确定开挖分层的层数，通常情况层数为8。除此之外，还需要确定每层分步开挖的数量、开挖时间限制、支撑预加轴力等参数。在进行超深基坑开挖时，应当纵向放坡。并且保证边开挖，边刷坡。严格控制纵向的坡度，保持该结构的稳定性。

2.4 钢管支撑施工

在进行钢管支撑施工前，必须先进行钢管支承长度的配合计算，然后进行现场装配、检验。当基坑开挖到支承钢管下50c以下时，停止施工，并在8h 内完成钢管支架的安装、定位、预紧力等工作。并根据设计的预应力进行预应力，按照图纸的预应力，约为设计轴力的60%。当基坑开挖至支承钢管下50cm 时，应测量、定位、喷涂、钻孔、钻孔、支架等。根据管件的整体长度，按照设计要求，在中间安装标准管，两端为固定和可移动。在地面上进行预装，检验通过后，用履带起重机将其吊起，并将其安装于钢斜撑的牛腿上，并进行焊接。支架起吊完毕后，不可松动[8]。首先要把固定端部置于斜撑牛腿上，然后将可移动的末端的移动头从钢围图中抽出。然后，将2 个200t 的液压油顶，装在可移动的顶部，根据设计的要求，在移动端施加预压力。为了确保预紧力施工的安全性，液压油顶板和支架是一体的，并将其安装在可移动的头部，通过液压泵的作用使其达到承受载荷的目的。预压载荷就位后，将硬块安装在可移动头上，并将其锁紧，然后进行焊接。在使用前加载时，要做好记录。底、中板施工完毕，待混凝土强度达到一定程度，才能拆除钢管支架。为避免钢管支架的滑落，必须加装防跌落防护装置。防坠防护设备通常由锁扣和钢丝绳组成，一头用膨胀螺栓与防护结构紧密相连，一头与钢管支承相连，以确保在支承过程中不会出现钢管支承脱落。图3 为钢管支撑拼装示意图。

图3 钢管支撑拼装示意图

3 技术应用分析

为了保证深基坑在密集建筑群中实施，且不对周边建筑物造成影响，在土方开挖及基础施工时对基坑进行自动位移监测，以保证基坑施工的安全以及及时发现隐患并消除，通过监测来实时对基坑安全状态进行控制，尽量将影响减到最小。同时，根据大量的工程实际成果可知，当围护结构出现裂缝时，基坑开挖过程会因内外高度差异，导致开挖过程中出现局部渗漏、管涌等问题。因此，在基坑开挖时，应加强对基坑外水位、基坑围护结构顶部水平位移、超深基坑围护墙测斜的持续监测，如有需要，可在坑外设置一口降落井，以降低基坑内、外水位、减少土体水平位移，确保其稳定。

将深基坑沉降作为评价指标，选择测点与多个监测项目，对深基坑在施工后的总变形速度展开监测，设计监测指标与预警值，掌握深基坑施工方案应用的可靠性，其结果见表2。

表2 超深基坑施工监测指标与预警值

4 结论

根据以上内容可知，得到如下几个方面的结论：

（1）此次监测选择了9 个超深基坑施工技术质量验收指标，根据监测工作的实际需求，设计每个指标的累计预警值与每日预警值，通过对累计变形量监测结果、变形速度监测结果（最大值）的分析可知，所有监测指标在深基坑施工中均未达到预警，说明提出的施工技术可以起到控制超深基坑沉降、变形等作用。

（2）目前，在城市中心区域的深基坑开挖工程中，大部分施工都是采用标准的支承结构体系，根据城市中心区域的具体地质条件，有针对性地进行了支护设计与分析。尽管此种设计方法证实了具有一定的可行性，但要进行该方法的进一步深化，还需要引进计算机技术、BIM 技术等现代化技术作为支撑，由于BIM 技术在深基坑工程中的应用与发展还很欠缺，信息化技术和大数据应用尚不够深入、全面，因此，在后续此类工程的建设中，可以加大对此方面研究的投入。