敏感环境下多规格圆环支撑的超大超深基坑施工

金 熙

(上海陆家嘴金融贸易区开发股份有限公司，上海 200135)

1 概述

背景项目位于天津市红桥区北马路、大丰路交叉处，东临长征医院；南邻北马路；西邻大丰路、地铁1号线；北面为清真寺、学校和建设中的高层小区。

工程由“虹桥大都会”“两栋高端写字楼”及“陆家嘴商务大酒店”四个单体建筑组成。

整个工程基坑面积近4.5万m2，南北宽度约154 m，东西长度为268 m～348 m，开挖深度19.9 m～21.2 m，如图1所示。

地下连续墙共171幅。金融大厦区域地连墙有效长度为39 m，其他区域均为36 m，混凝土强度等级为水下C35。

2 水文地质情况

本工程场地土层分布情况详见表1。

表1 各土层主要物理力学指标

水文地质条件：

1)上层滞水含水层主要为杂填土层，隔水底板为②淤泥、③粘土及④-1粉质粘土层。

2)潜水含水层由④-2粉土及⑤-1粉土层组成，局部与上部滞水层贯通。潜水相对隔水层为⑤-2粉质粘土、⑥粉质粘土及⑦粉质粘土层。

3)微承压含水组。

第一微承压含水层为⑧粉土层，相对隔水层埋深⑨-1粉质粘土层。第二微承压含水层为⑨-2粉土层，相对隔水层为⑩粘土层。

静止水位埋深2.0 m～4.0 m左右。

3 工程难点与特点

1)超深地下连续墙施工技术要求高，垂直度要求高；穿越两层承压水层，对槽壁稳定、垂直度均有不良影响；钢筋笼长、重，需整体吊装，对吊机选择、吊装工艺及钢筋笼整刚度均有较高的要求。

2)基坑体量超大，面积超大，深度深。主楼挖深20.6 m，其他部位挖深19.9(19.4) m，最深处开挖25.2 m(主楼电梯井)，土方开挖量达85.6万m3。

3)多规格圆环支撑受力较为复杂及敏感度高。施工过程中，需对支撑系统进行合理分块制作，基坑土方对称开挖，以避免基坑周边不均匀荷载。

4 施工部署及技术措施要点

4.1 围护及支撑方案选型

结合主体结构、场地情况及周边环境，工程围护形式采用局部三轴止水帷幕+1 m(西侧1.2 m)厚的地墙+四层钢筋混凝土环梁水平支撑，作为基坑支护体系(见图2)。地连墙接头采用“十”字钢板的接头形式。水平支撑采用腰梁+两个大直径桁架式环梁+若干辐射撑及角撑(C30)等组成，杆件密集处挂板开洞，支撑系统如表2所示。

表2 各水平支撑设计参数 m

环形支撑的受压性能较好，将支护结构传递来的荷载转化为环梁的轴力，撑杆及环梁的弯矩都较小，其轴向变形也较小，整体支撑刚度较大，可有效减少其变形，因而支撑结构的侧向变形也得到有效的控制，有利于周边建构筑物及管线的保护。

4.2 超深地墙施工

1)选择性能优良、高效的成槽设备SG40,SG50。该设备垂直度控制性能优良，装配高精度挖掘装置；施工效率高；成槽的垂直性好；先进的电子测量系统；安全可靠的保护系统；独特的液压卷管系统。

2)加强钢筋笼整体刚度，地墙钢筋笼采用整体双机十点吊的施工方法，主副吊分别采用250T/150T履带吊；直线段钢筋笼设置桁架钢筋，转角处钢筋笼除设置纵、横向起吊桁架和吊点之外，另增设“人字型”桁架和斜拉杆进行加固。

3)优化泥浆配比：选用粘度大，失水量小的泥浆来护壁，并掺外加剂，加强对泥浆液面的监控，液位下落及时补浆。

4)混凝土浇筑控制：成槽完毕后采用十字钢板接头刷在前一幅槽段的接口反复刷洗，保证地墙接头质量。浇筑混凝土前检查导管气密性，浇筑时确保导管插入混凝土深度。

4.3 降水系统布置

降水系统采用φ325 mm大口井降水方式。分别设置不同深度疏干井、减压井，既要满足土方开挖干作业，也要避免下部承压水层带来的突涌风险，同时设置观测井对基坑内外实行动态监测。

疏干井：地面以下0 m～26 m/31 m为桥式滤水管。减压井：地面以下0 m～40 m为实管，40 m～45 m为滤水管。基坑周围设潜水观测井及第一微承压水层的观测井。

遵循“按需降水”的原则，在疏干坑内地下水期间加强对第二微承压含水层的水头观测，根据实际水头高度，及时调整和控制深层减压井的降水运行。注意因降水引起的地面变形，以免对周边环境造成不利影响。

4.4 土方开挖施工

4.4.1出土栈桥布置

根据现场周边环境及道路情况，由于西、南两侧距基坑位置较近，且不能形成环路。为提高出土效率，在圆环支撑内各设置一个栈道，既是挖土通道，又可以为地下施工期间施工材料入坑的运输通道。

路面及连杆采用钢筋混凝土结构。栈道在支撑圆环外部分与原支撑系统结合，而在支撑圆环内栈道柱新增钢格构柱，其桩基主要利用原有工程桩。栈道在每个大圆环支撑南北向布置，与北侧道路接平，设置4 m宽的平台过渡后，按照1∶8坡度斜至-8.0 m挖土平台。栈桥宽度为12 m,14 m(见图3)。

4.4.2高效安全出土

根据围护及支撑形式和现场情况分析，按照分层、分皮、分块的原则进行挖土施工。充分利用时空效应，采用“栈道、中心岛及倒挖出土”施工方法，尽早形成支撑体系，减小围护、基坑及周边环境变形。挖土工况如图4，图5所示。

1)第一皮土方以场地中部的桩基施工道路为界将帽梁、第一皮土方(第一道支撑)分成Ⅰ区、Ⅱ区两个区域共14个小块。

2)第二皮～第四皮土方，分成15个小块。按照“先角后边”“环境保护低的先挖，环境保护高的后挖”的原则，对称挖土，利用时空效应，控制挖土节奏，使支撑圆环受力均匀。

3)第五皮土方，根据底板后浇带划分成20块，在圆环内中心岛的位置形成阶梯式挖土平台，先浇筑圆环支撑下的底板，然后向中心岛后退依次形成底板结构，按照“南北对称”“先外围后中间”的顺序依次开挖施工。

4.4.3混凝土支撑拆撑

为了保护基坑和周边环境的安全，混凝土支撑采用机械+人工破除的支撑方式，使拆除后基坑支护结构不产生过大的应力释放，需遵守以下原则：

1)支撑拆除前，底板及传力带混凝土强度达到设计要求；

2)先分离支撑杆与围檩，再拆支撑杆，最后拆围檩；先拆除副撑，再拆除主撑；

3)先拆东西两端，再拆中间区域，由下而上分层拆除；

4)拆除支撑过程中，必须加强对周围环境的监测，出现异常时，立即停止拆除工作。在采取相关措施，确保安全的前提下，方可继续拆除工作。

5 实施效果分析

根据基坑监测报告数据的反馈与分析，在基坑施工过程中，成功的控制了西侧地铁运行地铁线及车站、周边建构筑物及管线的变形量。基坑开挖阶段围护深层水平位移为25.2 mm，建构筑物最大沉降量为15.3 mm，周边管线最大沉降12.6 mm；日变形量及累计变形量均在基坑可控的变形范围内。

整体土方开挖和水平支撑施工时间为182 d，与原进度计划相比，提前了35个日历天。

6 结语

本工程属超大超深基坑，支撑复杂，周边环境敏感。基坑围护经优化后，仅保留了地铁线一侧的搅拌桩止水帷幕，这对地墙施工的质量提出了更高的要求。为确保基坑施工安全，严格遵守先撑后挖的原则，在基底有工作面的基础上，尽早进行底板及传力带施工，以减少超大基坑的不利影响。另外，由常规的“挖掘机传递，多次倒运式”的出土方法，创新为“分区开挖，栈桥铺路，装载机入坑，根据不同工况先角后边、中心岛后退开挖”，提高了出土效率、降低了施工成本，在缩短基坑暴露时间的同时，有效地减少了基坑变形，对周边环境影响降至最小化，保证了基坑安全。总体看来，在整个施工过程中，各项措施得当，为以后类似工程提供了成功的借鉴案例。