國際廣場基坑工程設(shè)計實踐

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1工程概況

常州萬博國際廣場位于常州市鐘樓區(qū)懷德路、延陵西路、早科坊路、西直街所圍地塊。該項目地上部分為5棟30～35層高層住宅、辦公樓及4～6層商業(yè)，地下部分一般為三層，中間局部地下四層，總建筑面積約29.2萬m2。其主樓主要為框剪、框筒、框架結(jié)構(gòu)形式，采用樁筏基礎(chǔ);地庫為框架結(jié)構(gòu)形式，采用抗拔樁基礎(chǔ)。該項目基坑呈不規(guī)則多邊形，周長約700m，開挖面積約28000m2。地下三層部分基坑挖深13.2m(局部15.1m)，中間地下四層部分挖深16.8m;地下四層與三層間高差3.6m。

2工程地質(zhì)條件

建筑場地位于常武地區(qū)，屬長江三角洲沖積平原地貌，相對穩(wěn)定地帶。根據(jù)巖土工程勘察報告，基坑涉及到的土層以軟粘土和粉土為主。本工程場地內(nèi)淤泥質(zhì)土層起伏較大，根據(jù)第②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土的分布情況，可分為A、B、C、D、E五個區(qū)，詳見圖1。其中“好土區(qū)”(A、B區(qū))分布在場地北側(cè)，占場地約50%，基本無第②層分布，第③層粘土下分布第④、⑤、⑥層深厚粉土;“差土區(qū)”(C、D、E)分布在場地南側(cè)，占場地約50%，分布厚達(dá)18m多的第②層，粉土層較薄，該些區(qū)域坑底位于第②層內(nèi)。場地內(nèi)潛水賦存于第①層中，由大氣降水、市河及生活用水等補(bǔ)給，以蒸發(fā)、滲流等方式排泄，水位隨季節(jié)變化;勘察期間測得潛水穩(wěn)定水位一般為地面下0.2～1.8m，相當(dāng)于黃海標(biāo)高2.6m左右，水位變化幅度約為±1.0m。承壓水分為第Ⅰ層和第Ⅱ?qū)映袎核?，其中第Ⅰ層埋藏于第④～⑥及⑧、?層粉土、粉砂中，第Ⅱ?qū)又饕癫赜谏疃?0m以下的第(11)層砂土中。第Ⅰ層水頭埋深為1.7m左右，綜合滲透系數(shù)K=1.83m/d，經(jīng)計算本基坑工程需考慮第Ⅰ層承壓水的影響?；拥脑O(shè)計與施工中應(yīng)針對上述地質(zhì)條件采取針對性的措施。

3周邊環(huán)境

本項目擬建場地主要位于常州市中心老城區(qū)，原有建筑及民宅較多，場地內(nèi)有大量的舊基礎(chǔ)及大塊建筑垃圾。市河從場地中間穿過，將場地一分為二，在市河南、北兩端均有防洪閘及其管理用房。位于本場地范圍內(nèi)的市河在建設(shè)施工期間將截斷，待工程建成后再貫通(利用地下二層空間建設(shè)一個涵管)。場地四周均為城市主次干道，交通繁忙，環(huán)境相當(dāng)復(fù)雜，地下管線眾多。

4總體設(shè)計方案

4.1基坑特點(diǎn)

從基坑工程的規(guī)模、主體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、周圍環(huán)境條件及土層地質(zhì)條件等分析，本工程基坑特點(diǎn)顯著。

(1)場地位于鬧市區(qū)，周邊分布較多的建構(gòu)筑物，路下管線眾多，周圍環(huán)境復(fù)雜，即整個施工過程中，需保護(hù)的對象較多。

(2)場地內(nèi)填土厚度較大，局部存在地下障礙物，給圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工前的清障工作帶來很多困難，為確保圍護(hù)樁的施工質(zhì)量，前期清障需到位。

(3)場地地層條件復(fù)雜，土層分布不均勻。好土區(qū)域分布有較厚的粉土層，基坑止水體系至關(guān)重要;差土區(qū)域分布較厚的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，土性較差，對控制基坑變形不利;同時基坑設(shè)計與施工需考慮承壓含水層的影響。

(4)基坑開挖面積大，影響范圍廣，開挖深度深，需嚴(yán)格控制基坑開挖引起圍護(hù)及周邊環(huán)境的變形。

(5)基坑在中心市區(qū)，開挖出土速度難以得到有效保證，故施工周期控制比較困難，同時該基坑土方量十分可觀，而且工程工期目標(biāo)苛刻，應(yīng)選取一種適合加快施工速度的基坑支護(hù)方案。

(6)基坑中部市河穿過，河道在施工前的處理問題也是本基坑工程設(shè)計中需重點(diǎn)考慮的因素。

4.2總體設(shè)計

根據(jù)本基坑工程上述的幾個特點(diǎn)分析，結(jié)合長三角地區(qū)類似工程的實踐經(jīng)驗，經(jīng)與業(yè)主方、施工方及其他各相關(guān)參建方的討論，最終確定本基坑工程采用鉆孔灌注樁擋土，三軸水泥土攪拌樁止水，同時豎向設(shè)置二道鋼筋混凝土圓環(huán)水平支撐。根據(jù)場地淺層土分布及基坑深度，好土區(qū)采用850、950灌注樁，插入比1:0.62;差土區(qū)采用1000、1100灌注樁，插入比1:1.03;基坑外圈采用單排850@1200三軸水泥土攪拌樁作止水帷幕?？觾?nèi)地下三、四層高差部分(高差3.8m)采用了豎向結(jié)合水平土釘?shù)闹ёo(hù)結(jié)構(gòu)，剖面圖見圖2、3。

4.3承壓水處理

對承壓水的處理對策一般有隔斷和降壓兩種選擇，考慮到本基坑對變形控制的要求較為嚴(yán)格，設(shè)計對此處承壓水采取了三軸水泥土攪拌樁止水帷幕隔斷、坑內(nèi)疏干的處理措施。該場地內(nèi)第Ⅰ承壓含水層相對較淺，相對隔水層第⑦層粉質(zhì)粘土、第⑨層粉質(zhì)粘土普遍較薄，隔斷止水帷幕的平面范圍及深度需根據(jù)承壓水層及隔水層的具體分布確定，止水帷幕深度以穿透承壓水層進(jìn)入相對不透水層(具有一定厚度且穩(wěn)定)為原則。由于局部區(qū)域的承壓水層層底埋深較深，故止水帷幕最深需達(dá)到37m。

4.4大直徑圓環(huán)支撐設(shè)計

對于該基坑工程，合理采用圓環(huán)支撐體系，可確保整個工程的綜合效益，本工程圓環(huán)支撐內(nèi)圓直徑122m，外圓直徑142m。

(1)結(jié)構(gòu)受力性能合理。該基坑面積較大，單邊邊長約210m。采用以水平受壓為主的圓環(huán)支撐形式，一方面可有效避免其他支撐布置形式中超長支撐桿件的出現(xiàn)，另一方面可充分發(fā)揮混凝土材料優(yōu)越的受壓特性，而且具有剛度大和變形小的特點(diǎn)。

(2)加快土方開挖速度。采用圓環(huán)支撐布置形式，基坑內(nèi)無支撐面積大，便于土方開挖，可有效縮短施工工期。

(3)經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。大量工程實踐表明，采用圓環(huán)支撐體系，用料節(jié)省，與各類支撐結(jié)構(gòu)相比有較大幅度的下降。

(4)設(shè)計施工需具有豐富和完善的經(jīng)驗。大直徑圓環(huán)支撐體系平面外失穩(wěn)也是必須重點(diǎn)考慮的問題，圓環(huán)支撐對不均勻荷載比較敏感，由于圓環(huán)結(jié)構(gòu)的固有受力特性，分布分區(qū)開挖又必然引起圓環(huán)的不均勻受荷，使支撐受力處于不利狀態(tài)。故對于設(shè)計，適當(dāng)加深立柱樁的長度，同時選擇較好的樁端持力層，從而達(dá)到更為嚴(yán)格地控制基坑實施過程中立柱豎向沉降量或隆起量;對于施工，要求土方開挖流程應(yīng)確保圓環(huán)支撐受力的均勻性，圓環(huán)四周坑邊應(yīng)土方均勻、對稱開挖，同時要求土方開挖必須在上道支撐完全形成后進(jìn)行，因此對施工單位的管理與技術(shù)能力要求相對更高。

4.5場地內(nèi)部市河處理

由于場地內(nèi)市河南北貫通，故施工前需在兩端隔斷河水，且隔斷位置要與圍護(hù)體保持一定的距離，隔斷區(qū)內(nèi)河道需將河水抽凈、河道兩邊駁岸體拆除，同時采用物理力學(xué)性質(zhì)較好的土進(jìn)行回填;為防止市河兩端處支護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)臨空，使支撐體系受力均勻，保證基坑圍護(hù)安全，坑外市河回填區(qū)一定要嚴(yán)格確保回填范圍及回填土質(zhì)量。

5施工主要問題處理

基坑圍護(hù)施工應(yīng)從施工圖設(shè)計、圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工到基坑開挖實行全過程風(fēng)險控制，規(guī)避工程風(fēng)險。本工程在施工過程中遇到幾個特殊問題及處理方法如下。

(1)南側(cè)圍護(hù)樁施工時遇原有建筑物6根預(yù)制方樁，無法清除。采用圍護(hù)樁位調(diào)整，增大或減小樁徑和樁位調(diào)整后圍護(hù)樁間空隙較大處采用700高壓旋噴樁，內(nèi)插12m長28#槽鋼進(jìn)行處理。

(2)本基坑?xùn)|北角馬路對面，某基坑西側(cè)靠近本場地區(qū)域，距離約25m，挖深約10.5m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁擋土、三軸攪拌樁止水、一道鋼混凝土支撐，支撐位于自然地面下4m左右，上部土體采用3排復(fù)合土釘墻進(jìn)行加固。本基坑三層地下室周邊部位全部開挖到底時，對面基坑正在施工，其土釘墻施工全部結(jié)束，支撐系統(tǒng)也已澆注完畢，且其場地中部已開挖到底。兩基坑之間存在互相影響的風(fēng)險。采取措施為:雙方對各自工期進(jìn)行安排后，相互協(xié)調(diào)，以保護(hù)周邊環(huán)境安全為原則;對方基坑近本基坑一側(cè)留置一定寬度(頂寬大于10m)土體，盡量在本基坑第三層地下室結(jié)構(gòu)及換撐板帶施工完成后，再進(jìn)行挖除;此外，對面基坑工程應(yīng)采取合理的挖土及施工流程以減小對本基坑的影響;加強(qiáng)基坑監(jiān)測，尤其不得放松對二者之間馬路的監(jiān)測，對面基坑開挖時應(yīng)根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)來決定是否采用加固措施。

6工程實施效果

該基坑工程總體施工順利，基坑土方量約40萬m3，從第一層土方開挖至開挖到基底，較常規(guī)基坑工程的施工工期提前約一個多月，充分體現(xiàn)了大直徑圓環(huán)支撐在深大基坑工程中可大幅度加快施工速度的重大意義。工程監(jiān)測結(jié)果表明，開挖過程中圍護(hù)變形較大，監(jiān)測數(shù)據(jù)基本呈報警值隨開挖面移動的現(xiàn)象，變形速率超過報警值持續(xù)時間長，基本連續(xù)報警超過6d。至基礎(chǔ)底板澆筑完成:①基坑圍護(hù)體側(cè)向變形:好土區(qū)基坑最大變形約35mm，差土區(qū)基坑最大變形約90mm;②場地南側(cè)西吊橋(差土區(qū))沉降量達(dá)100mm?？梢娔蟼?cè)“差土”(淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土)對基坑變形的影響很大。

7結(jié)語

(1)類似拆遷場地的項目，前期應(yīng)充分調(diào)查其原有建筑的分布情況，圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工前應(yīng)提醒施工單位對圍護(hù)樁區(qū)域的地下障礙物進(jìn)行仔細(xì)探摸，以免對日后圍護(hù)樁施工造成影響。

(2)淺層深厚的第②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土將整個場地分成了好土區(qū)、差土區(qū)，由監(jiān)測數(shù)據(jù)可見，該淤泥層對基坑的變形影響極大。

(3)在影響基坑的承壓水含水層相對較淺的情況下，采用止水帷幕進(jìn)行隔斷承壓水對基坑的影響是很必要的。

(4)圓環(huán)支撐受力性能合理，能大大加快土方開挖速度，但要求圓環(huán)四周坑邊應(yīng)土方均勻、對稱開挖，同時要求土方開挖必須在上道支撐完全形成后進(jìn)行，因此對施工單位的管理與施工要求相對更高;設(shè)計人員應(yīng)在圓環(huán)支撐施工、土方開挖時應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場巡視。

作者：鐘莉 單位：上海巖土工程勘察設(shè)計研究院有限公司