□文/趙 彤 王 英

□王 英/天津城建設(shè)計院有限公司。

于家堡起步區(qū)基坑工程集約化建設(shè)方式探討

□文/趙 彤 王 英

文章以于家堡金融區(qū)起步區(qū)為背景，對區(qū)域內(nèi)規(guī)劃及建設(shè)方式的把控進(jìn)行了分析，對大規(guī)模建筑群建設(shè)方式尤其基坑等高投入、高風(fēng)險的臨時工程進(jìn)行詳細(xì)研究，對常規(guī)工程經(jīng)驗進(jìn)行創(chuàng)新、改革，倡導(dǎo)集約化建設(shè)，為后續(xù)相關(guān)工程提供新模式、新方法，為未來金融區(qū)的開發(fā)提供新思路。

于家堡；建筑群；基坑；集約化

位于天津市濱海新區(qū)中央商務(wù)區(qū)的于家堡金融區(qū)是集中展示新區(qū)國際大都市形象的標(biāo)志區(qū)，也是濱海新區(qū)繼響螺灣后又一個密集、整體式的建設(shè)區(qū)域。于家堡金融區(qū)共規(guī)劃120個地塊，按照市場會展、現(xiàn)代金融、傳統(tǒng)金融、教育培訓(xùn)、商業(yè)商住5大業(yè)態(tài)規(guī)劃建設(shè)，全力打造商務(wù)與金融相結(jié)合的24h活力半島，形成人才集聚、要素集中、市場集約的高端金融產(chǎn)業(yè)聚集地。為將于家堡地區(qū)建設(shè)成為具有國際一流水準(zhǔn)的金融區(qū)，必須在規(guī)劃建設(shè)管理方式上做深入研究，體現(xiàn)集約、高效的特點。

1 概況

按照天津市對于家堡地區(qū)的總體建設(shè)安排，擬投資2000億元，分三步建設(shè)。為響應(yīng)金融區(qū)的建設(shè)安排，選取了西部沿海河與響螺灣隔河相望的1.1km2作為起步區(qū)一期試點探索該區(qū)域的建設(shè)及管理經(jīng)驗，為后續(xù)工程起示范作用。

先行建設(shè)區(qū)域為起步區(qū)一期試點內(nèi)的6幢單體建筑，6地塊單體建筑高度150～250m，呈3×2布局，總占地面積10萬m2。按“窄街廓、密路網(wǎng)”的規(guī)劃理念，地塊間道路寬度30m。規(guī)劃的B2、B3地鐵線在區(qū)域內(nèi)正交并設(shè)換乘站。

為緩解現(xiàn)代化大城市日益突出的地面擁阻問題，充分體現(xiàn)于家堡“以人為本”的低碳建設(shè)理念，金融區(qū)內(nèi)不只采取窄街密路的設(shè)計格式，而且鼎力倡議慢行交通、公共交通，力爭做到低碳出行。為有效利用地下空間解決地面交通停車擁堵這一現(xiàn)代城市普遍難題，規(guī)劃區(qū)域內(nèi)地下車庫有效連通，實時共享停車空間，又能將區(qū)域內(nèi)停車空間統(tǒng)籌管理，資源社會共享。這將意味著該區(qū)域建筑群地下結(jié)構(gòu)全部連通。

而在同一區(qū)域，高密度的同時開工建設(shè)數(shù)座超高層在國內(nèi)外尚屬首次，如何有效快速地建設(shè)是對管理、建設(shè)的一項巨大挑戰(zhàn)。尤其是深基坑工程，一般的基坑支護(hù)大多是臨時結(jié)構(gòu)，投資太大易造成浪費，但支護(hù)結(jié)構(gòu)不安全又勢必會造成工程事故。在投資主體單一，工期相對一致，6地塊地下結(jié)構(gòu)全連通，地鐵同期建設(shè)等條件下，如何擇優(yōu)選取基坑建設(shè)開發(fā)模式，是建設(shè)管理單位需細(xì)化研究的課題。

2 工程建設(shè)方式選擇

為使基坑這一臨時性但投資巨大的工程能做到最優(yōu)化，最大程度避免各自分區(qū)施工導(dǎo)致場面混亂，物料進(jìn)出通道不暢，支護(hù)工程重復(fù)投入等弊端，最終確定6地塊基坑統(tǒng)一支護(hù)、統(tǒng)一管理。

基坑工程單坑開挖面積達(dá)到10萬m2，為目前國內(nèi)開挖面積最大的軟土基坑。其支護(hù)設(shè)計工作的繁雜，是本區(qū)域的一次創(chuàng)新和挑戰(zhàn)。

經(jīng)詳細(xì)分析區(qū)域地質(zhì)及工程特性，綜合對比國內(nèi)外常用的支護(hù)形式，確定該區(qū)域“窄街廓、密路網(wǎng)”的規(guī)劃下，基坑支護(hù)宜采用“圍護(hù)體+內(nèi)支撐”形式，以防止對后期市政地下道路及各種管溝等建筑物、構(gòu)筑物的影響。

3 建設(shè)難點及對策

10萬m2基坑為目前國內(nèi)一次性開挖面積最大基坑，施工過程中遇到各種常規(guī)基坑所不曾遇見的技術(shù)難點，合理解決這些技術(shù)難點是本項工程成功創(chuàng)新的關(guān)鍵。

為保證基坑工程安全，結(jié)合天津市基坑工程的特點及工程實例經(jīng)驗，方案成功的關(guān)鍵是確保內(nèi)支撐體系的安全，因此內(nèi)支撐體系需留有一定的安全儲備但又要防止大規(guī)模的浪費，需科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治?，對施工過程中的各項不利因素應(yīng)提前分析解決。

3.1 內(nèi)支撐體系優(yōu)化

在開挖支護(hù)面積達(dá)10萬m2的情況下，內(nèi)支撐的利用率較低，支撐體量大，坑內(nèi)臨時托柱(樁)多，撐下土體開挖不方便，對主體施工影響大，工期相應(yīng)延長。為此，在確保安全的前提下，能否將支撐道數(shù)降至最少，以降低支撐對土方開挖的影響是研究的關(guān)鍵。

開挖深度14m的基坑，常規(guī)采用2～3道內(nèi)支撐，本工程突破性的采用單道內(nèi)支撐，進(jìn)而大幅度縮減了支撐體系的工程量還降低了支撐體系對撐下土方開挖的影響。

僅單道支撐一項即可節(jié)約造價約3000萬元，節(jié)約工期近90d，同時還可減少建筑垃圾近1萬m3，有效降低了建設(shè)過程對環(huán)境的影響。此項創(chuàng)新不僅為區(qū)域的集約建設(shè)起到了模范示例也推動了天津市乃至全國的軟土基坑的發(fā)展。

3.2 內(nèi)支撐超長構(gòu)件溫變控制

10萬m2基坑統(tǒng)一支護(hù)，內(nèi)支撐采用對撐與斜角撐相結(jié)合形式，對撐構(gòu)件最大長度達(dá)到400m，如何控制超長構(gòu)件的穩(wěn)定及溫變是本工程的一項關(guān)鍵技術(shù)難點。

式中：△——構(gòu)件溫度影響下伸縮量；

l——構(gòu)件長度；

αc——構(gòu)件材料線膨脹系數(shù)；

△t——構(gòu)件溫度變化量。

由式（1）可以計算出，400m構(gòu)件在經(jīng)歷冬夏兩季過程中升降溫影響引起的構(gòu)件長度變化約為12cm。

這種大尺度的變化量如果處理不當(dāng)極易導(dǎo)致?lián)蜗屡R時托柱壓彎失穩(wěn)。這在常規(guī)基坑中是不曾遇到的技術(shù)難題。為此設(shè)計單位突破性的借鑒市政行業(yè)的經(jīng)驗，在支撐變形較大的端頭區(qū)域?qū)⑴R時托柱與支撐結(jié)構(gòu)梁間采用橡膠墊隔開。見圖1。

通過精細(xì)計算，合理設(shè)計，調(diào)整橡膠墊各項參數(shù)，使得格構(gòu)柱與橡膠墊側(cè)向抗剪剛度相匹配，利用橡膠墊剪切變形消耗支撐梁的伸縮量。有效避免了臨時托柱的失穩(wěn)，進(jìn)而保證單道主撐的安全。

3.3 坑內(nèi)二次開挖支護(hù)優(yōu)化

區(qū)域內(nèi)南北向地鐵（B2）線基坑較周邊建筑基底落差約4m，土質(zhì)為淤泥質(zhì)粘土(φ=7.8°C=10.1kPa直剪快剪標(biāo)準(zhǔn)值)，同時受承壓水的影響且臨近坑邊為主體結(jié)構(gòu)工程樁及基坑內(nèi)支撐體系支托柱，故對基坑二次開挖的變形控制要求較高。常規(guī)措施為加設(shè)二次支護(hù)(如鋼板樁支護(hù)、水泥土攪拌加固等)。但由于該區(qū)域上部空間受第一道混凝土主撐影響，施工操作空間有限，常規(guī)方式在場地、工期等方面均不能滿足要求。經(jīng)計算分析并結(jié)合現(xiàn)場實際情況，對該區(qū)域充分預(yù)降水后采用放坡方式二次開挖，利用短木樁配合坡面加固，合理調(diào)整開挖方法步驟，成功的將開挖坡面變形控制在1cm以內(nèi)，單此一項即可節(jié)約投資近400萬元，節(jié)省工期近60d。

3.4 基坑支護(hù)體系重復(fù)利用研究

由于該區(qū)域整體規(guī)劃為“窄街廓、密路網(wǎng)”，地塊間間距較小且地下空間不同程度的連通，先期工程的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)若能與后期工程共用，則可使圍護(hù)結(jié)構(gòu)利用率大大提高，整個區(qū)域的建設(shè)成本可大幅度降低。為此，先期工程在設(shè)計施工時即考慮后期支護(hù)結(jié)構(gòu)共用的因素，例如一期10萬m2基坑的南北兩側(cè)緊鄰地下車庫，基坑深度差異不大，一期基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)如灌注樁等構(gòu)件在設(shè)計時兼顧后期工程的共用要求，做了相應(yīng)的調(diào)整，同時對施工過程中的換拆撐措施也做了相應(yīng)調(diào)整，使得該區(qū)域內(nèi)的700延米支護(hù)長度上的圍護(hù)樁結(jié)構(gòu)得以重復(fù)利用，節(jié)省投資近2000萬元。

4 結(jié)語

整個基坑過程中未出現(xiàn)任何險情，證明本次基坑支護(hù)采用單道支撐體系是成功的，可以在金融區(qū)后期工程及其他區(qū)域建設(shè)中借鑒推廣。

縱觀起步區(qū)一期基坑工程及相應(yīng)主體結(jié)構(gòu)，集約化建設(shè)取得了良好的經(jīng)濟(jì)效果。6地塊統(tǒng)一支護(hù)節(jié)省投資5000萬元，14m深坑設(shè)單道支撐節(jié)省投資3000萬元，B2、B3地鐵基坑支護(hù)節(jié)省投資4500萬元，支護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)省投資2000萬元，總共節(jié)省投資14500萬元。

TU47

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1008-3197（2011）03-28-02

2011-01-14

趙 彤/男，1967年出生，工程師，天津新金融投資有限責(zé)任公司，從事建設(shè)管理工作。

□王 英/天津城建設(shè)計院有限公司。