高层建筑深基坑重力坝+支撑围护体系的工程实例
【摘要】高层建筑深基坑施工是一个系统的工程，因地制宜的选择安全、经济、合理的围护形式是关键。支撑体系的使用对深基坑的安全带来可靠的保证，但也因为对施工操作、后期处理、工期控制提出更高的要求。在保证安全的前提下，突破支撑体系带来的局限性，选择更加科学、合理的施工方法是深基坑亟待解决的。
【关键词】深基坑 围护结构 深层搅拌桩 重力坝体系 钢支撑
引言
建筑趋向高层化，基坑深度大，开挖面积大等特点，给支撑系统带来非常大的难度。单一的围护体系不能全部解决施工中所遇到的问题，以本工程为实例，介绍一种以重力坝无支撑为主，钢支撑为辅围护体系的应用。
1. 工程概况：
某工程建筑总用地面积17550平方米，总建筑面积70000平方米，地下车库共二层，地上共6幢高层，采用剪力墙结构，东西长135米，南北长130米。地下车库基底标高－9.2米，主楼基底标高—6.6米，电梯井及集水井加深基底标高—9.2米。
2．环境概况：
周边场地环境良好，南侧有河道，距离30米；西侧有高层建筑，距离50米，但之间被河道隔开，距离河道14米，东侧距离新修道路15米，北侧为预留场地。土质相对较好，根据土工试验、标准贯入试验和静力触探成果，按照《上海地基规范》中表7.2.4-1中的相应数值，并结合勘察经验，对本拟建场地内预制桩的桩侧极限摩阻力标准值fs和桩端极限端阻力标准值fp值确定见表1： 表1 fs与fp值表 层号 ① 土层名称 杂填土 标高（m） -2.8 PS (MPa) 预制桩 fs(kPa) fp(kPa) 钻孔灌注桩 fs(kPa) fp(kPa) ②1 褐黄～灰黄色粘土 ③1 灰色淤泥质粘土 ③2 灰色粉质砂土 ④ 灰色淤泥质粘土 -4.4 -6.3 -8.4 -13.3 -21 0.62 0.35 2.43 0.52 0.66 15 15 6m以浅6m以深20 30 15 15 6m以浅6m以深15 25 ⑤1 灰褐色粘土 注：表中各土层的fs和fp值除以安全系数2即为相应的特征值qsia和qpa。
3. 深基坑围护设计
考虑本工程面积大、造价控制严、工期紧、工艺搭接要求高的特点，根据周边环境良好，无重大危险因素，遵循“安全、合理、快速、经济、可行”的指导原则，选用深层搅拌桩重力坝围护体系为主，部分区域重力坝+灌注桩+钢支撑围护体系相结合的方案；本基坑工程各区域挡土止水采用体系如下：
(1) 一般区域基坑开挖的深度为6.6米，围护结构采用宽5.7米，长17米的Ф
700双轴搅拌桩重力坝；
(2) 基坑四个拐角围护结构采用采用3.7m重力坝+双排Ф800@2000灌注桩+一道
水平钢支撑；
(3) 主楼贴边电梯间、集水坑深9米，采用灌注桩+一道钢管支撑围护体系 (4) 基坑北侧防讯通道作为临时施工便道，距离围护边线较近，该侧围护体系较
一般区域有所加强。
4. 施工顺序：
（1） 测定场地标高，核实各部位基坑开挖深度；核对地下室外墙与周围建
筑、围护结构、间距是否与图纸相符；围护桩施工前，平整场地及对桩位处清除地下阻碍物。
（2） 施工双轴搅拌桩重力坝围护，然后施工钻孔灌注桩，再施工坑内加固
搅拌桩、钻孔灌注桩，接着施工压顶圈梁；
（3） 施工降水井点，并降水至开挖深度以下0.5～1米；
（4） 第一层挖主楼土方至-2.8米深度，保留四个拐角支撑处的土方； （5） 分层开挖至主楼位置的土方至-6.3米深度，地下车库范围的土方按
1:0.33放坡，严禁超挖，最后0.3米厚的土方采用人工开挖至控制标高，并浇筑垫层；
（6） 完成主楼位置的基础底板、剪力墙施工，施工至钢支撑标高位置后，
开始开挖支撑位置的土方，至-2.83米后停止开挖，可以进行钢支撑施工；
（7） 钢支撑验收合格后，进行大面积土方开挖至地下车库底板标高，主楼
贴边电梯间、集水坑与地下车库同步施工；
（8） 地下车库基础底板、集水坑等施工完成后，继续施工地下车库结构至
-2.83米后，拆除钢支撑后将基坑回填。
5. 围护体系施工：
（1） 双轴搅拌桩：
选用Ф700双轴搅拌桩，采用二喷三搅拌工艺，桩与桩搭接间距不小于200mm，搅拌头叶片真径不小于700mm，桩体垂直度偏差小于1%，桩体施工必须保持连续性，桩与桩的搭接时间不大于16小时，养护期不小于28天。具体的围护布置及各桩体的形式、长度等参数见表： （2） 钻孔灌注桩：
a.成孔不允许有缩径，坍孔、斜孔现象；
b.混凝土水灰比小于0.6，粗骨料直径不大于25mm，混凝土的充盈系数宜为1.0～1.2，不宜大于1.3；
c.施工允许偏差：垂直度不大于1/200，桩位偏差不大于50mm，并注意不向
坑内偏差和倾斜；
d. 钻孔灌注桩应间隔施工，且混凝土必须连续浇灌；
6. 基坑降水措施：
（1） 降水井布置方案：采用井内真空负压的深井井点降水施工方法，能够有
效加速孔隙水渗流，缩短施工工期，也能够扩大管井作用半径，使管井的数量大大小于非真空负压必须使用管井数量，能够减少项目投资成本。根据以外施工经验，深井间距控制在15～20米范围，每口深井降水面积控制在300平方米左右，并保证每口井降水有效半径相互重叠,井管采用Ф350的砼管，滤水管缠钢丝网，总长度按基坑底标高向下1～1.5米，底部为1米的沉砂管，井管外回填瓜子片，开口1m左右用泥头封口填实。留3口降水井作为水位观测井。
（2） 降水施工：在土方开挖28天前，开始降水，在降水过程中，各井点应对
称，同时抽水，使水位差控制在要求限度内。在施工期间，必须保持深井连续抽水，并加强降水管理，根据水位观测情况，控制降水井排水时间的间隔，做好水位观测和排水数据记录，汛期加强水位观测密度，基坑开挖前，确保降水深度保持在基坑以下0.5～1米之间。
7. 土方开挖技术措施：
基坑开挖土方面积大，开挖最深超过9米,基坑内无任何支撑，土方开挖后，土体侧向压力集中至重力坝坝体，重力坝坝体变形增大，容易引起围护结构位移，引起地基土方隆起，势必造成坝体脆性破坏。为了确保围护结构的安全稳定性，土方开挖施工过程中严格遵循时空效应理论，采用分层、分区、分块、分段、抽槽开挖、留土护壁等方式，主楼、地下车库分时、分阶段施工。 （1）第一层土方开挖：
分层，分区域开挖，主楼位置自然地坪向下至-2.8米进行开挖，靠近地下车库位置的土方放坡处理，其余位置土方保留，以避免长时间暴露。 （2）第二层土方开挖：
分块开挖，主楼基坑底标高为-6.6米，开挖至-6.3米，剩余0.3米部分采用人工开挖以控制标高，严禁超挖；
（3）第三层土方开挖：
最后一层开挖至地下车库标高时，分区、分块、分段跟踪施工垫层，基坑底无垫层暴露面积不得大于200平方米，垫层应在8小时内施工完毕，同时根据后浇带的设置位置及时分块浇筑底板，上一块底板浇筑结束后并达到一定强度后开挖周边土体。
开挖土方过程中，基坑边严禁堆土，更不能有重车行驶，以防止基坑边坡失稳及挤断基桩。基坑开挖时，遇流塑状软土开挖时易产生塌方，高差不应超过1m；在基坑内和坡顶四周以土或挖排水沟，使雨水能顺利的流入集水坑内，防止浸泡基坑和边坡，同时要做好围护体系的止水、隔水、降水已确保基坑施工安全。
8.钢支撑施工技术：
（1）钢支撑安装标高为-2.83米，四个拐角的支撑两端分别与钢筋混凝土圈梁围檩和剪力墙顶紧，钢支撑之间以纵向系杆连接，并加斜支撑加固，以保证钢支撑的整体性；
（2）每道支撑均应在同一水平面上，所有钢构件必须平整，焊点牢固； （3）按设计要求，为有效控制支撑围护结构的位移和地面沉降，主撑与围檩焊接前必须加设预应力，当预应力达到1200KN后方可焊接；施加预应力时，要及时检查每个接点的连接情况，并做好施加预应力的记录，严禁支撑在施加预应力后由于和预埋件不能均匀接触而导致偏心受压，从而导致基坑围护水平位移持续增大，发生支撑失稳现象；
（4）为减小开挖期间围护体系的位移和变形，按照“先撑后挖”的原则，钢支撑位置的土方须保留至支撑施工完成并经验后才能开挖， （5）钢支撑安装、拆除必须严格按照工艺流程进行。 9. 基坑围护信息化监控及分析：
由于基坑面积大，开挖深度深，周边场地环境复杂和围护结构的多样性，全面了解基坑变形。对围护结构水平位移、沉降；基坑周边建筑物、道路沉降、管线移位及坑外地下水位变化的监测，科学指导施工，减少了施工的盲目性，及时发现施工过程中的异常并预警，保证基坑的安全施工是十分有必要的。对各个监测点进行监测，正常情况下每日一次，在有数据超出报警值或发生突变时，监测频率加密，确保整个基坑在施工工程中全方位全时段处于可控范围。
监测数据分析： (1)
围护桩及桩后土体深层水平位移:维护桩水平位移最大量达到75mm；最
大位移均发生在开挖面附近。围护桩水平位移与相应位置处的坑后土体位移基本一致。 (2) (3)
基坑周边建筑物、道路、管线的沉降及移位累计变形为8mm； 坑外地下水位:地下水位的变化幅度不大，最大下降幅度约 0.8米外，
总体趋势为基本不变或略有下降，说明止水帷幕（重力坝坝体）的效果比较好。
10.结语
根据监测结果，发现基坑围护变形量较大，但在可控范围，各项数据均能满足规范要求。通过本工程的实例，以重力坝围护体系为主、部分区域灌注桩+钢支撑围护体系相结合的施工方案，在确保基坑安全、质量的同时，减少大量的支撑，同时也减少施工后期需要处理的问题，对周边环境没有影响，使工期大大的提前，控制了工程成本。为同类工程积累了成功的经验。