劉茂林 周 莉 陳騰龍 周星中

1. 廣城建設(shè)集團(tuán)有限公司 浙江 溫州 325000；

2. 華地恒工程咨詢有限公司 浙江 溫州 325000

近些年來(lái)，隨著地下空間工程的不斷開(kāi)發(fā)，超大超深基坑不斷涌現(xiàn)，其中不乏大量的坑中坑基坑[1-4]。坑中坑部位一般是基礎(chǔ)中的電梯井、集水井或基礎(chǔ)設(shè)備等附屬結(jié)構(gòu)所在，其標(biāo)高一般比大面基礎(chǔ)低2～3 m（也有不少超深坑中坑的案例，如上海環(huán)球金融中心工程[5]、武漢中心大廈工程[6]等的坑中坑降深均超過(guò)了6 m）。這些坑中坑的存在導(dǎo)致基坑坑底不再是簡(jiǎn)單的平面，給基礎(chǔ)施工帶來(lái)了一定的復(fù)雜性，在基礎(chǔ)支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到這一點(diǎn)。對(duì)于坑中坑基坑的設(shè)計(jì)，吳銘炳等[7]認(rèn)為其設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于基坑計(jì)算深度的取值，忽視坑中坑影響，勢(shì)必會(huì)使設(shè)計(jì)偏于不安全；而若取坑中坑的最大深度，則將使設(shè)計(jì)過(guò)于安全，造成造價(jià)浪費(fèi)。為此，吳銘炳等在文章中進(jìn)一步總結(jié)了不同基坑工況下的計(jì)算深度取值經(jīng)驗(yàn)，并強(qiáng)調(diào)了信息化施工之于施工安全的必要性。

基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)一般是臨時(shí)性的結(jié)構(gòu)物，在保證施工安全的前提下，盡可能地節(jié)省支護(hù)措施費(fèi)用是一個(gè)必須考量的問(wèn)題，因此，要強(qiáng)調(diào)合理設(shè)計(jì)，對(duì)于坑中坑的設(shè)計(jì)，亦不例外。鄭定芳等[8]根據(jù)基坑的坑中坑深度和地質(zhì)條件，分別對(duì)水泥攪拌樁、松木樁加內(nèi)支撐、鋼板樁加內(nèi)支撐以及其他形式的支護(hù)等進(jìn)行了介紹，認(rèn)為針對(duì)不同的工程條件，應(yīng)因地制宜地選擇安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的支護(hù)形式。張威[9]總結(jié)了坑中坑設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的各種因素，列舉了幾類坑中坑支護(hù)形式的設(shè)計(jì)案例，并討論了這些支護(hù)方案的特點(diǎn)與適用條件。

在具體的基坑支護(hù)形式方面，近些年出現(xiàn)了一些新型的支護(hù)手段，相關(guān)學(xué)者專家等也進(jìn)行了相關(guān)研究。如在三軸深層攪拌樁里內(nèi)插預(yù)應(yīng)力管樁的雙排PCMW工法樁[10]、HUC組合鋼板樁[11]、PC工法組合鋼管樁[12]等。本文在上述相關(guān)支護(hù)形式研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)案例工程的實(shí)際特點(diǎn)，考慮施工進(jìn)度與安全因素，通過(guò)幾種新型支護(hù)設(shè)計(jì)方案的整體比選，最終確定出一種適用于坑中坑支護(hù)施工的新型支護(hù)方案—預(yù)制混凝土板樁與型鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)，并在工程實(shí)踐中成功應(yīng)用，取得了良好的綜合效益，值得在業(yè)內(nèi)推廣介紹。

1 工程概況

杭州運(yùn)河中央公園（二期）項(xiàng)目工程主要包括1個(gè)1 200座的通用劇院和1個(gè)400座的多功能小劇院，項(xiàng)目總用地面積約 86 000 m2，總建筑面積約69 000 m2。工程場(chǎng)地的自然地面相對(duì)標(biāo)高約為－2.80 m，基坑大面的開(kāi)挖深度約為9.7 m。該工程新穎的結(jié)構(gòu)體系和優(yōu)美的建筑外觀，將成為橋西版塊地標(biāo)性建筑。

本工程由于集水井、電梯井等建筑功能設(shè)置所形成的坑中坑總計(jì)共44個(gè)，坑中坑的坑底降深為1.5～2.2 m，其中的38個(gè)坑中坑均采用放坡開(kāi)挖，其余6個(gè)坑中坑位于基坑西北段，由于該區(qū)第2層土層為淤泥質(zhì)黏土或淤泥層，土質(zhì)很差，故需考慮支護(hù)，需支護(hù)的坑中坑具體情況如表1所示。

表1 6個(gè)坑中坑具體情況

2 坑中坑施工難點(diǎn)

1）工程量大，工期緊。本工程地下室總面積為50 522 m2，合同要求在200 d內(nèi)所有建筑物結(jié)構(gòu)完成至±0 m，工期緊、任務(wù)重，須保證坑中坑的施工進(jìn)度。

2）地質(zhì)條件差，施工風(fēng)險(xiǎn)大。本工程基坑開(kāi)挖深度9.7 m，需要支護(hù)的坑中坑深度為2.2 m，坑中坑位于淤泥質(zhì)黏土或淤泥土層，支護(hù)處理措施不當(dāng)，坑中坑的側(cè)壁易產(chǎn)生滑移和坍塌，會(huì)使主體結(jié)構(gòu)的工程樁產(chǎn)生側(cè)移，從而危及整個(gè)基坑的安全。

3）傳統(tǒng)支護(hù)方案的適用性不強(qiáng)。對(duì)于坑中坑部位的施工，基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)師一般會(huì)設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的坑中坑圍護(hù)體系，如水泥攪拌樁、鉆孔灌注排樁、復(fù)合土釘墻、拉錨式等支護(hù)形式，但上述傳統(tǒng)支護(hù)的施工工藝復(fù)雜，工期將會(huì)延長(zhǎng)，影響工程整體進(jìn)度。

根據(jù)以上分析，本工程坑中坑采用傳統(tǒng)工藝施工的工期和安全性均較難得到保證，因此，為保證工程的安全順利進(jìn)行，并完成預(yù)期節(jié)點(diǎn)，必須創(chuàng)新研發(fā)一種新的坑中坑支護(hù)形式。

3 幾種新型支護(hù)方案的比選分析

3.1 方案1：板樁＋水泥攪拌樁方案

采用板樁＋水泥攪拌樁方案時(shí)，樁與樁間通過(guò)水泥攪拌樁咬合連接，板樁與水泥攪拌樁結(jié)合部位強(qiáng)度高，轉(zhuǎn)角處可通過(guò)水泥攪拌樁連接，具有一定的強(qiáng)度，如圖1所示。

圖1 板樁＋水泥攪拌樁方案

該形式的板樁插入水泥攪拌樁中部，板樁施工定位要求高，但水泥攪拌樁整體性連接較好。同時(shí)，該方案的施工工藝復(fù)雜，需要先進(jìn)行水泥攪拌樁施工，再用挖機(jī)進(jìn)行板樁插入施工，使用輔助機(jī)械比較多，施工工時(shí)較長(zhǎng)；另外，板樁轉(zhuǎn)角部位難以控制，板樁與板樁之間連接的剛度小，易發(fā)生位移變形。

3.2 方案2：異形預(yù)制板樁方案

采用異形預(yù)制板樁方案時(shí)，板樁與板樁之間通過(guò)尖角凸起插槽固定連接，實(shí)際上難以完全咬合，轉(zhuǎn)角處難以有效連接，如圖2所示。

圖2 “π”形預(yù)制板樁方案

該形式的板樁垂直度難以控制，現(xiàn)場(chǎng)施工成形難度大。板樁形狀奇特，支模復(fù)雜，容易產(chǎn)生局部尺寸偏差，導(dǎo)致2塊板樁之間不能正常咬合連接。板樁轉(zhuǎn)角部位難以控制，板樁與板樁之間連接的剛度小，極易發(fā)生位移變形。

3.3 方案3：復(fù)合結(jié)構(gòu)方案

采用復(fù)合結(jié)構(gòu)方案時(shí)，板樁與板樁之間通過(guò)工字鋼固定連接，施工時(shí)便于咬合連接，轉(zhuǎn)角處通過(guò)工字鋼與C型鋼組合固定，連接牢固，如圖3所示。

圖3 預(yù)制混凝土板樁與C型鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)支護(hù)方案

通過(guò)特制定位裝置，該支護(hù)形式可以較好地控制板樁施工垂直度，現(xiàn)場(chǎng)挖機(jī)施工便捷、成樁整齊。板樁形狀簡(jiǎn)單，支模容易，所用型鋼材料也容易就地取材。通過(guò)型鋼固定連接，剛度大、抗傾覆力強(qiáng)，不易發(fā)生位移變形。

本工程結(jié)合施工安全性、經(jīng)濟(jì)性、可以量產(chǎn)的適用性以及對(duì)文明施工的影響等因素，對(duì)3個(gè)方案根據(jù)其優(yōu)缺點(diǎn)逐一分析論證，并認(rèn)為：方案1的施工速度最慢，垂直度控制差，使用壽命短，工序復(fù)雜，美觀性與協(xié)調(diào)性較差，同時(shí)成本較高，安全性也一般，故不予采用；方案2雖然工序較為簡(jiǎn)單、成本也較低，但施工速度較慢，垂直度控制差，使用壽命較短，美觀性與協(xié)調(diào)性差，且安全性較低，故也不予采用；方案3施工速度較快，垂直度控制好，使用壽命長(zhǎng)，工序簡(jiǎn)單，美觀性與協(xié)調(diào)性好，同時(shí)成本適中，安全性高，故最后確定該方案為最優(yōu)方案。

4 復(fù)合結(jié)構(gòu)施工工藝要點(diǎn)

4.1 預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)、連接方式確定

對(duì)于板樁形狀的選擇，考慮異形板樁結(jié)構(gòu)的制作工藝復(fù)雜，節(jié)點(diǎn)連接剛度低，而規(guī)則的矩形形狀的制作簡(jiǎn)單，最終選擇正規(guī)矩形板樁。對(duì)于板樁之間連接方式選擇，提出2種對(duì)比形式，如表2所示。

表2 板樁與板樁連接形式比對(duì)

通過(guò)對(duì)板樁連接方式剛度、強(qiáng)度等方面的討論，最終決定采用型鋼組合板樁的連接方式。該連接方式強(qiáng)度高、變形小、堅(jiān)實(shí)耐用、施工方便、利于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施。工藝流程為：清理地面→綁扎預(yù)制板樁鋼筋→安裝模板→澆筑預(yù)制板樁→拆模并養(yǎng)護(hù)→測(cè)量放線→吊裝定位→預(yù)制混凝土板樁與型鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)施工→坑內(nèi)土方開(kāi)挖→水泥砂漿飾面→下一道工序。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行板樁的澆筑預(yù)制

1）由于預(yù)制板樁形狀標(biāo)準(zhǔn)，故規(guī)格可以統(tǒng)一為160 mm×800 mm×4 500 mm，支模方便，模具也可重復(fù)循環(huán)使用，可以一次成形。

2）頂部鋼筋設(shè)置一定尖角坡度形狀，并且在端部與頂部分別設(shè)置鋼筋加密區(qū)，增強(qiáng)預(yù)制板樁整體剛度，提高坑中坑圍護(hù)的整體安全性（圖4、圖5）。

圖4 預(yù)制板樁鋼筋模板

圖5 制作預(yù)制板樁

3）轉(zhuǎn)角部位的型鋼，采用工字鋼與C型鋼焊接連接（圖6），提高預(yù)制板樁在轉(zhuǎn)角部位的強(qiáng)度。

圖6 轉(zhuǎn)角工字鋼與C型鋼組合焊接

4.3 支護(hù)結(jié)構(gòu)施工

在平整場(chǎng)地預(yù)制完成板樁構(gòu)件（圖7）后，先在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量放線，并按放線點(diǎn)位于坑中坑四周邊沿開(kāi)挖定位導(dǎo)溝，以利于板樁的準(zhǔn)確定位。在該定位導(dǎo)溝內(nèi)配合特制的定位支架進(jìn)行組合支護(hù)結(jié)構(gòu)的插入施工，本工程特制的定位支架如圖8所示，現(xiàn)場(chǎng)吊裝如圖9所示。

圖7 成品預(yù)制板樁

圖8 特制定位支架示意

圖9 預(yù)制板樁吊裝示意

在基坑內(nèi)進(jìn)行板樁插入施工時(shí)，先將預(yù)制板樁垂直吊裝至特制定位支架上的2個(gè)定位板間（間距與板厚匹配），再采用現(xiàn)場(chǎng)挖機(jī)將預(yù)制板樁和相應(yīng)的型鋼壓入圍護(hù)土層中，通過(guò)型鋼將預(yù)制板樁連為整體的板墻。預(yù)制板樁與導(dǎo)溝間則通過(guò)上述特制的定位支架進(jìn)行固定，可以保證板樁的施工垂直度和側(cè)向偏移度，最后進(jìn)行冠梁（壓頂梁）的施作及板樁內(nèi)壁水泥砂漿飾面，如圖10、圖11所示。

圖10 預(yù)制板樁成樁示意

圖11 預(yù)制板樁現(xiàn)場(chǎng)成樁

本工程西北段的6個(gè)坑中坑挖深為1.5～2.2 m，經(jīng)對(duì)板樁預(yù)制長(zhǎng)度以及配筋等的計(jì)算，且完成試件制作后，通過(guò)組裝后破壞試驗(yàn)，證明組合圍護(hù)結(jié)構(gòu)滿足使用要求，因此現(xiàn)場(chǎng)可不設(shè)置支撐。同時(shí)，綜合考慮工期、安全性以及施工成本等因素，本工程中的板樁與型鋼未做拔除處理。

4.4 實(shí)施效果

本工程共有6個(gè)電梯井坑中坑，采用預(yù)制混凝土板樁與型鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行支護(hù)施工后，與傳統(tǒng)水泥攪拌樁圍護(hù)做法相比，可節(jié)約18個(gè)工時(shí)，成本從傳統(tǒng)的97 545.6元減少到39 877.4元。預(yù)制混凝土板樁與型鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)在坑中坑圍護(hù)施工中的成功應(yīng)用，為本工程創(chuàng)優(yōu)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。預(yù)制混凝土板樁利用混凝土余料制作，符合國(guó)家綠色施工“四節(jié)一環(huán)?！币?，在項(xiàng)目檢查中得到監(jiān)理和建設(shè)方的一致好評(píng)。

該預(yù)制混凝土板樁與型鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)支護(hù)形式的做法，可以達(dá)到簡(jiǎn)單、快速、安全、經(jīng)濟(jì)效益明顯的效果，且能利用混凝土余料，符合國(guó)家倡導(dǎo)的綠色施工、降耗減排的政策要求，在建筑工程標(biāo)準(zhǔn)化施工中具有良好的推廣應(yīng)用前景。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著城市用地的日益緊張以及城市更新產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，在我國(guó)的建筑深基坑施工領(lǐng)域，“深、大、緊、近、群”的特點(diǎn)[13]將會(huì)越來(lái)越突出，帶有各種大小不一、深淺不同的坑中坑的深基坑工程已是業(yè)內(nèi)常態(tài)。針對(duì)新的工況條件和制約因素，相應(yīng)的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)形式也不斷得到發(fā)展與改進(jìn)，并出現(xiàn)了更合理、安全性更高、適用性更好的新型支護(hù)形式，本文所介紹的預(yù)制混凝土板樁與型鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)就是其中之一，其板樁在現(xiàn)場(chǎng)整體預(yù)制而成，通過(guò)工字鋼將2塊預(yù)制板樁依次連接起來(lái)，施工便利性與支護(hù)剛度可以同時(shí)得到保證，轉(zhuǎn)角處則通過(guò)工字鋼與C型鋼的簡(jiǎn)單焊接即可完成連接，操作便捷，安全性高，適用性好。

基坑內(nèi)部的坑中坑施工對(duì)整個(gè)基坑工程的安全和進(jìn)度有著重大的影響，支護(hù)處理不當(dāng)，可能會(huì)引起基坑側(cè)壁的滑移與坍塌，選擇合理的坑中坑支護(hù)形式對(duì)工程造價(jià)、進(jìn)度、質(zhì)量與安全等均有相當(dāng)程度的影響，因此，對(duì)于其支護(hù)形式的研究具有重要的實(shí)際意義。本文提出的預(yù)制混凝土板樁與型鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)支護(hù)技術(shù)，在工程案例中得到了成功實(shí)施，具有較好的推廣借鑒價(jià)值。