馬強(qiáng)強(qiáng) 羅仲東

1. 中鐵一局集團(tuán)有限公司 陜西 西安 710054；2. 同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司 上海 200092

隨著我國(guó)城市進(jìn)程的不斷推進(jìn)，建設(shè)工程中的基坑工程也迎來(lái)新的挑戰(zhàn)。軟土地區(qū)中面積超大、開(kāi)挖深度深、環(huán)境復(fù)雜等特點(diǎn)的基坑工程越來(lái)越多。針對(duì)這些基坑工程，總結(jié)適用的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和土方施工方案，有很重要的實(shí)際價(jià)值[1-2]。本文通過(guò)平潭高鐵中心站綜合交通樞紐及高鐵中心站站前城市綜合體項(xiàng)目，說(shuō)明在大面積軟土地區(qū)基坑中采用分級(jí)分區(qū)支護(hù)技術(shù)和盆式開(kāi)挖方案，可以有效節(jié)省工期和造價(jià)。且檢測(cè)結(jié)果表明，分區(qū)分級(jí)支護(hù)有足夠的強(qiáng)度和剛度來(lái)保證基坑順利開(kāi)挖。

1 工程概況

平潭高鐵中心站綜合交通樞紐及高鐵中心站前城市綜合體項(xiàng)目位于平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)中樓鄉(xiāng)韓厝村附近，火車站片區(qū)核心區(qū)內(nèi)，是福平高鐵平潭站的配套設(shè)施，場(chǎng)地東至高鐵站房，西鄰瑤竹路，南北兩側(cè)鄰車站環(huán)路，基地中軸西側(cè)對(duì)接平潭島東西向主通道麒麟大道，總用地面積155 630.18 m2，設(shè)計(jì)總建筑面積20 4425.60 m2。其中：地下建筑面積約140 484.91 m2，地上建筑面積約63 940.69 m2。以公共建筑為主，包含長(zhǎng)途客運(yùn)站、鄉(xiāng)村客運(yùn)站、出租車蓄車及上客區(qū)、平潭旅游服務(wù)中心、樞紐配套用房、地下停車庫(kù)、地下非機(jī)動(dòng)車庫(kù)、配套設(shè)備用房、高鐵送站車行匝道及車道、與高鐵站相接停車區(qū)、車道及部分人行區(qū)等。

本工程±0 m相當(dāng)于絕對(duì)高程＋5.90 m，現(xiàn)狀場(chǎng)地為北高南低，絕對(duì)高程為1.03～4.57 m（相對(duì)標(biāo)高－4.87～－1.33 m）之間，基坑底面相對(duì)標(biāo)高為－9.86 m（地下1層區(qū)）/－13.46 m（地下2層區(qū)），基坑開(kāi)挖深度8.53～12.13 m之間，開(kāi)挖總面積約為190 802 m2，基坑總周長(zhǎng)約為1 753 m，基坑開(kāi)挖深度較深，開(kāi)挖面積非常大，因此本工程的土方開(kāi)挖、支護(hù)、降水工程屬于超過(guò)一定規(guī)模的危險(xiǎn)性較大分部分項(xiàng)工程。

2 項(xiàng)目特點(diǎn)和難點(diǎn)

平潭高鐵中心站綜合交通樞紐及高鐵中心站站前城市綜合體項(xiàng)目位于平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)金井灣片區(qū)，其基坑工程屬于超大面積深基坑，具有以下施工難點(diǎn)。

1）地質(zhì)條件較差?；拥貙佑散偎靥钔?、②粉質(zhì)黏土、③淤泥質(zhì)土、④粉質(zhì)黏土、⑤粉砂、⑥黏土及⑦淤泥質(zhì)土組成，土的強(qiáng)度較低，且地下水埋藏深度較淺，地下水較豐富，開(kāi)挖后側(cè)壁穩(wěn)定性差。

2）基坑面積超大。整個(gè)大基坑的面積為16.8萬(wàn) m2。基坑開(kāi)挖如防護(hù)不當(dāng)，在大氣降水、地下水或地面行駛車輛動(dòng)荷載等因素作用下可能會(huì)產(chǎn)生較大范圍滑塌的破壞模式。

3）基坑深度大。深度超過(guò)10 m的范圍較大，擬建場(chǎng)地不具備放坡開(kāi)挖的地質(zhì)條件，因此必須采用圍護(hù)樁（墻）支護(hù)。

4）存在基坑底突涌、滲流可能性?；娱_(kāi)挖后，基坑底下部分地段存在粗砂和基巖風(fēng)化帶承壓含水層?；鶐r風(fēng)化帶含水層頂部到坑底厚度較小，穩(wěn)定系數(shù)小于1.1。因此在含水層頂部到坑底厚度較小地段不滿足基坑底抗?jié)B穩(wěn)定性要求，即基坑開(kāi)挖后，坑底將會(huì)產(chǎn)生滲流破壞。

5）基坑?xùn)|側(cè)的基坑支護(hù)需與站房主體地下結(jié)構(gòu)相結(jié)合?；?xùn)|側(cè)緊靠站房樁基，無(wú)法采用錨桿支護(hù)，故采用鋼管內(nèi)支撐結(jié)合坑邊盆式開(kāi)挖、坑內(nèi)留土的支護(hù)形式，將主體結(jié)構(gòu)作為支撐反力，隨鋼支撐邊施工邊開(kāi)挖。因此橫向支撐對(duì)主體結(jié)構(gòu)的推力將對(duì)結(jié)構(gòu)有一定的影響，需要考慮其相互作用，確保主體結(jié)構(gòu)及基坑的安全。

3 支撐方案選型

本工程局部存在深厚的淤泥質(zhì)土層，不適宜采用錨桿支護(hù)。常規(guī)鋼支撐和混凝土支撐，因?yàn)榛用娣e太大不適用。針對(duì)軟土地區(qū)大面積、開(kāi)挖深度深和環(huán)境復(fù)雜的基坑和地下空間結(jié)構(gòu)，本工程采用分區(qū)分級(jí)支護(hù)形式。

3.1 常規(guī)撐錨類型

水平鋼支撐一般采用十字正交對(duì)撐布置，由于基坑長(zhǎng)寬2個(gè)方向均超長(zhǎng)，采用水平鋼支撐體系，主要有以下不利因素：桿件布置較為密集，挖土空間小，效率低；鋼支撐體系剛度相對(duì)較小，不利于基坑變形控制和周邊環(huán)境保護(hù)；滿堂設(shè)置水平鋼支撐體系，須待基礎(chǔ)底板整體施工完成，形成可靠的傳力體系后方可進(jìn)行鋼支撐的拆除，施工速度較慢[3]。

鋼筋混凝土內(nèi)支撐具有剛度大、變形小的特點(diǎn)，常規(guī)可采用對(duì)撐或者圓環(huán)撐2種形式。但大面積混凝土支撐體系的工程量巨大，且混凝土支撐的施工、養(yǎng)護(hù)和拆除均占用工期，不利于土方開(kāi)挖。

3.2 分區(qū)分級(jí)支護(hù)

分區(qū)分級(jí)支護(hù)方案是一種經(jīng)濟(jì)、高效、靈活的支護(hù)方案。首先在基坑周邊留土放坡開(kāi)挖至坑底，在完成中部底板之后再利用完成的基礎(chǔ)底板或地下結(jié)構(gòu)梁設(shè)置鋼管斜撐，最后挖去四周盆邊土方。該支護(hù)方案的優(yōu)勢(shì)為：中心區(qū)域土方開(kāi)挖不受支撐影響，可快速進(jìn)行中心區(qū)域主樓施工，縮短項(xiàng)目工期；利用中心結(jié)構(gòu)體系作為整體支撐傳力體系，僅需在周邊留土區(qū)域設(shè)置較短的鋼斜坡?lián)?，大大減少大面積滿堂設(shè)置支撐的工程量和支撐施工所占用的工期。

深基坑分區(qū)分級(jí)支護(hù)施工是指在基坑開(kāi)挖時(shí)，根據(jù)不同區(qū)域施工條件，分2級(jí)對(duì)土方卸荷，分級(jí)支護(hù)。避免設(shè)置常規(guī)支護(hù)方式所需的多層、大面積水平支撐，有效地縮短基坑及地下空間結(jié)構(gòu)部分的施工工期，降低工程造價(jià)。首級(jí)基坑深度范圍通常采用直接放坡的方式開(kāi)挖，坡高控制在4 m以內(nèi)，坡比根據(jù)場(chǎng)地施工空間及土質(zhì)情況確定，場(chǎng)地受限需提高坡比時(shí)，可采用土釘或注漿等措施對(duì)坡體土體進(jìn)行加固，以滿足此級(jí)坡自身的穩(wěn)定要求。上級(jí)支護(hù)高度范圍內(nèi)的土體作為下級(jí)支護(hù)的荷載考慮。

下級(jí)支護(hù)結(jié)構(gòu)所受荷載較大，其穩(wěn)定性控制著基坑的整體穩(wěn)定。下級(jí)支護(hù)采用施工工藝較成熟的三軸水泥土攪拌樁作為止水帷幕，采用灌注樁作為板式支護(hù)體系圍護(hù)墻，采用鋼支撐作為內(nèi)支撐。鋼支撐傾斜支于先期施工基礎(chǔ)底板，下級(jí)支護(hù)結(jié)構(gòu)邊預(yù)留坑內(nèi)反壓土，待支撐架設(shè)好施加預(yù)應(yīng)力，剛度形成后，方可開(kāi)挖坑邊留土，施工剩余基礎(chǔ)底板。

混凝土傳力帶從基礎(chǔ)底板邊澆筑至圍護(hù)樁邊，為圍護(hù)樁提供穩(wěn)定底座，之后拆除鋼支撐，圍護(hù)樁成懸臂狀態(tài)。隨后施工地下空間結(jié)構(gòu)，待地下結(jié)構(gòu)強(qiáng)度形成后盡快回填基坑側(cè)壁，最終基坑施工完成。

當(dāng)基坑深度較大，首級(jí)基坑可采用多級(jí)放坡或采用重力式水泥土墻等無(wú)支撐圍護(hù)方式，下級(jí)支護(hù)可采用多道支撐。

4 土方開(kāi)挖

4.1 基本原則

結(jié)合本工程分級(jí)分區(qū)支護(hù)形式，確定本工程總體開(kāi)挖方案為盆式開(kāi)挖?？傮w分2個(gè)階段開(kāi)挖。

第1階段：放坡開(kāi)挖至基坑底部，此階段為基坑開(kāi)挖的主要階段，開(kāi)挖量占總量的90%以上。

第2階段：完成冠梁、腰梁和鋼管撐施工后開(kāi)挖坑內(nèi)留土，該階段雖然開(kāi)挖量小，但受周圍結(jié)構(gòu)和鋼管撐等的限制，操作難度大，開(kāi)挖效率低。

根據(jù)總體工期安排，土方開(kāi)挖是制約總工期目標(biāo)能否實(shí)現(xiàn)的一個(gè)重要因素，因此要做好開(kāi)挖前的整體規(guī)劃，合理地劃分開(kāi)挖區(qū)塊和開(kāi)挖方式，確保開(kāi)挖過(guò)程有序可控，降低因開(kāi)挖場(chǎng)面混亂、工序交叉等造成的工效損失。

土方開(kāi)挖應(yīng)嚴(yán)格按照“分塊分層、限時(shí)開(kāi)挖、開(kāi)槽支撐、先撐后挖、嚴(yán)禁超挖”原則，盡可能同步、均衡地進(jìn)行開(kāi)挖。

4.2 盆式開(kāi)挖施工流程

盆式開(kāi)挖首先施工圍護(hù)樁、止水帷幕和立柱樁等，然后放坡開(kāi)挖至坑底。施工中間部分主體混凝土結(jié)構(gòu)，利用主體混凝土結(jié)構(gòu)施工斜拋撐，在開(kāi)挖坑邊預(yù)留土體，施工坑邊主體結(jié)構(gòu)，完成換撐后拆除斜拋撐。

采用斜拋撐和盆式開(kāi)挖法有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）放坡開(kāi)挖階段，土方開(kāi)挖量達(dá)到90%以上，施工效率高，節(jié)省造價(jià)和工期。

2）利用主體結(jié)構(gòu)結(jié)合斜拋撐作為支撐體系，免去大量?jī)?nèi)支撐，節(jié)省造價(jià)。

3）利用主體結(jié)構(gòu)結(jié)合斜拋撐作為支撐體系，結(jié)構(gòu)剛度大，控制變形能力更強(qiáng)，安全性更高。

4.3 土方施工工況

本工程深基坑施工遵循場(chǎng)地平整→三軸水泥土攪拌樁止水帷幕和坑外加固施工→樁機(jī)施工→放坡開(kāi)挖土方→冠梁及支撐系統(tǒng)施工→坑內(nèi)預(yù)留土開(kāi)挖的總體施工順序。

具體的施工工序?yàn)椋簣?chǎng)地平整至設(shè)計(jì)要求標(biāo)高→施工三軸水泥土攪拌樁止水帷幕→施工鉆孔灌注樁→施工立柱樁→1∶2放坡開(kāi)挖卸土至圍護(hù)樁頂→噴射混凝土護(hù)坡→冠梁施工→坑內(nèi)加固→1∶2放坡開(kāi)挖至－10.00 m→噴射混凝土護(hù)坡→1∶2放坡開(kāi)挖至坑底→噴射混凝土護(hù)坡→待先期地下主體結(jié)構(gòu)施工完成→第1道鋼支撐施工→坑邊留土開(kāi)挖至腰梁底→施工腰梁并架設(shè)第2道鋼支撐→開(kāi)挖留土至坑底→施工相應(yīng)處地下室底板→施工底板傳力帶→拆除第2道鋼支撐→施工地下2層主體。

5 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)

本項(xiàng)目根據(jù)有關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)及建設(shè)單位要求，進(jìn)行以下項(xiàng)目監(jiān)測(cè)：深層土體變形（測(cè)斜）監(jiān)測(cè)；坡頂水平位移監(jiān)測(cè)；坡頂沉降監(jiān)測(cè)；周邊地表沉降監(jiān)測(cè)；坑外地下水位監(jiān)測(cè)；周邊建筑沉降監(jiān)測(cè)；支撐軸力監(jiān)測(cè)；立柱沉降監(jiān)測(cè)；周邊建筑、地表裂縫觀測(cè)。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，本基坑工程實(shí)施平穩(wěn)順利，分級(jí)分區(qū)支護(hù)結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，基坑本身安全以及對(duì)周圍環(huán)境的影響都在可控范圍內(nèi)。

6 結(jié)語(yǔ)

本基坑工程為軟土地區(qū)超大面積深基坑工程，總體采用分區(qū)分級(jí)支護(hù)方案，首先在基坑周邊留土放坡開(kāi)挖至坑底，在完成中部底板之后再利用完成的基礎(chǔ)底板或地下結(jié)構(gòu)梁設(shè)置鋼管斜撐，最后挖去四周盆邊土方。避免設(shè)置常規(guī)支護(hù)方式所需的多層、大面積水平支撐，有效地縮短基坑及地下空間結(jié)構(gòu)部分的施工工期，減少工程造價(jià)。

本基坑工程超深超長(zhǎng)，“時(shí)空效應(yīng)”明顯，基坑監(jiān)測(cè)表明，采用分區(qū)分級(jí)支護(hù)結(jié)構(gòu)，有足夠強(qiáng)度和剛度保證基坑本身安全，并減小基坑施工對(duì)周圍環(huán)境的影響，保證基坑工程順利實(shí)施。