胡 琦 劉雨冰 謝家文

(1.浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，浙江 杭州 310012; 2.東通巖土科技股份有限公司，浙江 杭州 310022)

1 工程概況

1.1 工程簡介

某工程位于天津市紅橋區(qū)紅旗北路與邵公莊大街交口東北側(cè)，其四至為東至閘橋北路，南至邵公莊大街，西至紅旗北路，北至紅星美凱龍。項目總建筑面積約為54 000 m2，項目建設(shè)住宅3棟，其底部裙房為2層(配建二、配建三)，上托建3棟高層，其中1號、3號樓為22層，2號樓為27層；另外于1號住宅西側(cè)建設(shè)1棟獨立3層建筑作為配建一，于3號住宅東側(cè)建設(shè)1棟主體6層局部4層的獨立建筑作為配建四。整個場地內(nèi)均有2層地下室，埋深約10.00 m。高層住宅擬采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，裙房擬采用框架結(jié)構(gòu)，地下車庫擬采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。本工程采用樁基礎(chǔ)。本工程±0.000相當(dāng)于3.900 m，根據(jù)現(xiàn)場及周邊道路標(biāo)高資料，自然地坪取3.300 m，基礎(chǔ)底板面結(jié)構(gòu)標(biāo)高大面積-11.300 m，板厚1 100 mm，計算開挖深度10.70 m。

1.2 工程水文地質(zhì)條件

1.2.1地質(zhì)條件

場地地處華北平原，屬沖積、海積低平原。擬建場地位于天津市紅橋區(qū)紅旗北路與邵公莊大街交口處東北側(cè)。場地現(xiàn)主要為綠地，地勢總體較平坦，僅西側(cè)局部有所起伏，各孔孔口標(biāo)高介于3.99 m～3.14 m之間。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，該場地埋深70.00 m范圍內(nèi)，地基土按成因年代可分為以下9層，按力學(xué)性質(zhì)可進一步劃分為14個亞層。

場地主要以粉土，粘土，粉質(zhì)粘土為主，大多呈軟塑或可塑狀態(tài)，無明顯層理，且以中壓縮性土質(zhì)為主。

1.2.2水文條件

勘察期間測得場地地下潛水水位如下：初見水位埋深1.80 m～2.20 m，相當(dāng)于標(biāo)高1.46 m～1.33 m。靜止水位埋深1.00 m～1.50 m，相當(dāng)于標(biāo)高2.26 m～2.11 m。表層地下水屬潛水類型，主要由大氣降水補給，以蒸發(fā)形式排泄，水位隨季節(jié)有所變化。一般年變幅在0.50 m～1.00 m左右。根據(jù)勘察期間地下水位觀測值，并結(jié)合勘察院在擬建場地周邊長期地下水位觀測資料及天津地區(qū)地下水位變化幅度，本場地抗浮設(shè)計水位可按大沽標(biāo)高3.00 m考慮。

根據(jù)周圍場地抽水試驗結(jié)果及承壓水觀測井觀測資料，本場地承壓含水層粉土(地層編號⑨2)靜止水位相當(dāng)于大沽標(biāo)高0.00 m左右。

根據(jù)室內(nèi)試驗結(jié)合各層土性質(zhì)，埋深30.00 m以上各層土滲透性如下：素填土，微透水；粘土，極微透水；粉質(zhì)粘土，微透水；粉土，弱透水。

本場地地下水水位較高，無污染土分布。本場地標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度為0.60 m。

1.2.3不良地質(zhì)作用

在本工程擬建場地范圍內(nèi)不良地質(zhì)作用主要為地面沉降。

由于常年進行地下水的開采，天津市的地面沉降較為嚴(yán)重。隨著近年來天津市對地下水開采的控制，地面沉降速率呈減小趨勢，根據(jù)區(qū)域監(jiān)測資料顯示，擬建場地區(qū)域1985年—2014年累計地面沉降量約為500 mm～700 mm，2014年沉降量約為10 mm。在本工程擬建場地范圍內(nèi)，除地面沉降外不存在其他影響擬建場地整體穩(wěn)定性的不良地質(zhì)作用。

1.2.4特殊性巖土

本場地的特殊性巖土主要為人工填土，全場地均有分布，厚度一般1.40 m～2.80 m，由雜填土(地層編號①1)和素填土(地層編號①2)組成。雜填土結(jié)構(gòu)松散，由石子、磚渣、煤灰渣、廢土組成；素填土軟塑狀態(tài)，粉質(zhì)粘土土質(zhì)，含石子，土質(zhì)結(jié)構(gòu)性差。

人工填土填墊年限小于十年且厚度較小，對本次擬建工程基坑開挖及支護影響不大。

2 工藝介紹

2.1 預(yù)應(yīng)力型鋼組合支撐簡介

型鋼組合支撐的每道支撐由多根型鋼組合而成，型鋼翼緣上密布螺栓孔，所有構(gòu)件均通過高強螺栓連接。同方向型鋼之間架設(shè)蓋板和槽鋼構(gòu)成組合構(gòu)件(見圖1a))，支撐交匯處用三角件連接，以增強支撐連接處強度(見圖1b))。通過多種構(gòu)件組合而成的型鋼組合構(gòu)件整體性良好，完全可以滿足工程安全的需求。

支撐與壓頂梁或腰梁之間使用圍檁連接，鋼腰梁依托在與支護樁焊接的角鋼牛腿上。圍檁可以通過預(yù)埋件與壓頂梁連接，也可通過型鋼傳力件與支護樁連接，這樣的連接形式形成了較強的節(jié)點連接強度。各構(gòu)件間連接方式如圖1c)，圖1d)所示。

2.2 施工工藝

深化設(shè)計→施工準(zhǔn)備→測量定位→H型鋼立柱樁施工→開挖冠梁及牛腿土方→冠梁施工→焊接牛腿及傳力件連接板(與灌注樁主筋焊接)→牛腿安裝→安裝第1道圍檁→焊接傳力件→安裝第2道圍檁→安裝托座件及橫梁→安裝支撐梁→預(yù)應(yīng)力施加→基坑土方開挖→基坑開挖結(jié)束→施工澆筑混凝土墊層、底板、側(cè)墻、頂板及混凝土換撐→地下室結(jié)構(gòu)、頂板、側(cè)墻及混凝土換撐強度達(dá)到設(shè)計強度→拆除組合型鋼支撐。

2.3 施工步驟

主要施工步驟如下：

1)場地平整完后，根據(jù)圖紙立柱的定位，在儀器指揮下用機械手進行立柱的安插。

2)安放擱置圍檁的牛腿，綁扎壓頂梁鋼筋，隨后根據(jù)圖紙要求，在第1道圍檁上進行預(yù)埋螺桿的安裝和第1道圍檁的拼裝。完畢后開始澆筑混凝土，構(gòu)件之間的連接通過螺栓連接。

3)安裝托座件，并在托座件上安放橫梁。接下來進行第2道圍檁、三角件、角度調(diào)節(jié)件、加壓件、型鋼支撐的安裝。

4)支撐安裝完成后，先焊接軸力檢測應(yīng)變計，后用油壓千斤頂按設(shè)計要求進行加壓。在整個工程施工過程中，自動化軸力監(jiān)測系統(tǒng)進行監(jiān)測。

5)隨著大底板混凝土的澆筑焊接，在立柱相對標(biāo)高處的止水鋼片也一并澆筑。混凝土強度達(dá)到要求，支撐開始拆除。首先，先用油壓千斤頂進行卸壓，然后逐步拆除第二層型鋼組合上蓋板、槽鋼等。

6)待頂板澆筑完成，并達(dá)到設(shè)計強度，拆除第一道型鋼組合支撐，并拆除托座件，割除立柱和牛腿，然后回填土方。拆除后，殘料統(tǒng)一整理，并運出現(xiàn)場，回收倉庫。

3 基坑圍護方案及施工要求

3.1 基坑圍護方案

本工程有以下特點：

1)本場地地基土分布總體較均勻穩(wěn)定，除地面沉降外場地及周邊不存在影響場地整體穩(wěn)定性的不良地質(zhì)作用；

2)本次擬建場地內(nèi)整體有2層地下室，開挖面積較大，基坑開挖邊界西側(cè)距離現(xiàn)有建筑(千陽里)8.5 m，北側(cè)距離紅星美凱龍家居裝飾城12.5 m，南側(cè)距離邵公莊大街10 m，東側(cè)距離閘橋北路18 m，基坑周圍環(huán)境相對較復(fù)雜，基坑開挖時應(yīng)采取一定的支護、止水及降水措施；

3)本場地地下水靜止水位埋深較淺，應(yīng)做好降水工作，將水位降至基坑底1.00 m以下；

4)基坑輪廓表現(xiàn)為狹長形長條，基坑輪廓長213.08 m，寬30.8 m，坑內(nèi)含數(shù)個陰角，形式較為復(fù)雜，對支撐圍護水平有較高要求，見圖2。

根據(jù)以上特點進行基坑支撐系統(tǒng)設(shè)計：

本工程地下室2層，基坑開挖深度深10.70 m，結(jié)合周邊場地情況，基坑采用咬合鉆孔灌注樁加二道預(yù)應(yīng)力型鋼組合式支撐的支護形式，工法樁兼做止水帷幕，坑底部分區(qū)域采用水泥攪拌樁加固。結(jié)合基坑的平面形狀，采用了角撐結(jié)合八字撐的平面形式。內(nèi)支撐標(biāo)準(zhǔn)件采用H350×350×12×19型鋼(Q345)，鋼圍檁采用雙拼H400×400×13×21型鋼(Q345)，立柱樁采用H300×300×10×15(Q235)?；悠拭鎴D見圖3。

結(jié)合基坑的平面形狀，采用了角撐結(jié)合對撐的支撐平面形式，局部區(qū)域布置反拱。支撐的受力合理，基坑中留出了較大的挖土空間。這種支撐系統(tǒng)具有如下幾個特點：

1)支撐桿件受力明確，可有效控制圍護體的側(cè)向變形；

2)由于支撐間距大，故挖土施工方便；

3)圍護樁受力合理，節(jié)省工程造價；

4)可有效控制淺層位移。

3.2 施工要求

基坑工程施工前應(yīng)首先進行場地普查及修整。主要查明地基淺層障礙物的種類、分布及深度，場地內(nèi)外管網(wǎng)分布情況。對已埋設(shè)在基坑范圍內(nèi)的管線應(yīng)及時移走，以保證管線設(shè)施的正常使用及基坑施工的順利進行。

基坑工程施工應(yīng)按如下順序進行：

1)施工SMW工法樁、鉆孔樁。并埋設(shè)測斜管，水位管。

2)大面積挖土至壓頂梁底，施工混凝土壓頂梁，并安裝型鋼支撐?；炷翂喉斄吼B(yǎng)護至設(shè)計強度的80%后，對型鋼支撐施加預(yù)應(yīng)力。

3)進行下一層土方開挖，挖土至坑底。挖土至基坑底標(biāo)高24 h內(nèi)須施工好素混凝土墊層，坑底標(biāo)高以上30 cm及地梁、承臺等局部深處采用人工修土。

4)施工相應(yīng)范圍的基礎(chǔ)底板以及基礎(chǔ)底板與圍護樁之間的底板傳力帶。

5)待底板及傳力帶達(dá)到設(shè)計強度后，拆除水平內(nèi)支撐。

周邊支撐、對撐均形成整體后，方可開挖下一層土方。對撐形成后應(yīng)在對撐指定范圍內(nèi)覆土大于30 cm，并鋪設(shè)路基板后才能通行車輛。

土方開挖的基底標(biāo)高應(yīng)結(jié)合地下室結(jié)施圖進行，當(dāng)結(jié)施圖與基護剖面圖中所示的基底標(biāo)高有出入時，以結(jié)施圖為準(zhǔn)，并應(yīng)及時通知業(yè)主和圍護設(shè)計人員。在基坑開挖及整個地下室施工過程中，應(yīng)嚴(yán)密觀察圍護體各部位有無滲漏現(xiàn)象，如有，則必須立即采取有效措施堵漏。內(nèi)支撐(除指定區(qū)域外)上嚴(yán)禁堆載。塔吊等施工設(shè)備應(yīng)另行設(shè)置基礎(chǔ)。

基坑周圍10 m范圍內(nèi)，地面超載不得大于20 kPa。出土口范圍地面超載不大于45 kPa。型鋼組合式支撐頂部除指定區(qū)域外，嚴(yán)禁任何形式的堆載，施工過程中挖土機械嚴(yán)禁碰撞支撐的型鋼立柱。

4 工程跟蹤結(jié)果

1)2017年3月13日，立柱開始施工，共86顆立柱。

2)2017年3月18日，開始圍檁安裝的施工。

3)2017年3月21日，東邊第一個對撐上下兩道、第二個對撐上道已安裝完成，基坑最大變形發(fā)生于東側(cè)角撐與第一個對撐之間，位移為15 mm。該區(qū)域已開挖到設(shè)計坑底。

4)2017年3月24日，立柱全部施工完畢，東邊圍檁已安裝局部。該段期間出土受天津降雨影響。

5)2017年3月31日，第一道圍檁內(nèi)層已全部貫通，外層剩余不到100 m。

6)2017年4月7日，東邊第二道角撐已安裝完成。該段時間施工進度受天津霧霾影響。

7)2017年4月14日，東西兩側(cè)角撐、第一道對撐均已安裝完成，發(fā)揮作用，第二道支撐東側(cè)角撐安裝完成，發(fā)揮作用，東側(cè)開挖土方將近設(shè)計坑底，基坑變形發(fā)生于東側(cè)角撐與第一個對撐之間，位移為11 mm。

8)2017年5月5日，東面完成四道上下兩層對撐，西面完成上下兩道對撐。東面角撐區(qū)域底板墊層完成。位移最大處13 mm。

9)2017年5月26日，支撐已經(jīng)全部安裝完畢。

10)2017年7月28日，全部支撐拆除完畢，型鋼材料裝車撤場。

基坑內(nèi)支撐體系僅使用不到5個月便完成建立和拆除，與傳統(tǒng)常用鋼筋混凝土支撐體系縮短近30%的工期。在整個工程施工階段，基坑變形穩(wěn)定，基坑各項變形指標(biāo)均未超過規(guī)范及設(shè)計要求，基坑安全可控。

5 結(jié)語

相比鋼筋混凝土支撐，型鋼拼接支撐具有組裝拆除快速、剛度好、對支撐立柱的承載力要求低等明顯優(yōu)點，而且與SMW工法樁的連接更為方便。相比鋼管支撐，型鋼組合式支撐采用高強螺栓連接，節(jié)點連接更加可靠。此外，型鋼組合支撐隨挖隨撐，隨撐隨挖的特點，施工受氣候條件影響不大，可全天候施工，比傳統(tǒng)鋼筋混凝土支撐方案通常節(jié)約工期30%～50%，意味著節(jié)約時間、減少成本、占據(jù)市場主動、減少對環(huán)境影響。在支撐拆除過程中未產(chǎn)生建筑垃圾，也未造成揚塵及噪聲污染，同時，拆除后的組合型鋼支撐可在后續(xù)項目中重復(fù)利用，有效地節(jié)約了施工成本，相比傳統(tǒng)支撐節(jié)約15%～20%。論文通過詳細(xì)介紹型鋼組合支撐的施工工藝、施工步驟和施工要點，并結(jié)合其作為支撐體系在天津商品房建設(shè)工程中的成功應(yīng)用，在解決深基坑施工對縮短工期的問題上提供了新的思路和方法。