城市商業(yè)中心區(qū)域超高層建筑深基坑施工研究

摘要:在商業(yè)中心區(qū)域建造超高層建筑施工難度很大，又特別是深基坑開挖及邊坡支護(hù)施工，涉及到項(xiàng)目周邊的方方面面因素很多，要按期、保質(zhì)、安全順利地完成深基坑施工難度就更大。在此，結(jié)合我公司在重慶中心商業(yè)區(qū)開發(fā)建設(shè)的超高層項(xiàng)目的實(shí)例，探討深基坑開挖及邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)與施工的方法。

關(guān)鍵詞:深基坑;支付;設(shè)計(jì)及施工安全

中圖分類號:TU

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:1672-3198(2010)13-0382-02

1 項(xiàng)目概況

該使用性質(zhì)為超高層綜合性商業(yè)、辦公、住宅建筑。該項(xiàng)目位于重慶市主城區(qū)核心商業(yè)圈，基礎(chǔ)北側(cè)臨一小學(xué)校，西南側(cè)均為城市次干道，基地東北面緊接中心商圈環(huán)道，其交通便利，商業(yè)價(jià)值較高。總用地面積11310m2。總建筑面積130533m2。建筑基底面積7328.13m2。

結(jié)構(gòu)形式:塔樓為鋼筋混凝土框筒結(jié)構(gòu)，裙樓為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。塔樓建筑總高度:A塔樓149.95米，B塔樓149.95米。

本項(xiàng)目主要功能及規(guī)模:地下層主要是機(jī)械式汽車庫和設(shè)備用房;業(yè)態(tài)有商業(yè)、寫字樓、公寓(住宅)。

2 項(xiàng)目基地工程地質(zhì)概況

場地地質(zhì)概況

場地屬淺切丘陵地貌，經(jīng)過人工改造，地勢較平坦，地形總體東南低西北高。巖層產(chǎn)狀310°∠4°，場區(qū)無斷層通過，地層連續(xù)穩(wěn)定。

地內(nèi)出露地層巖性有:第四系人工雜填土(Q4ml)和殘坡積粉質(zhì)粘土(Q4el+dl)及侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組(J2s)組成，區(qū)域內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)滑坡、崩塌、泥石流、地下采空區(qū)、地下洞室等不良地質(zhì)現(xiàn)象。

3 深基坑開挖及支護(hù)方案

3.1 本項(xiàng)目基坑護(hù)坡的技術(shù)難點(diǎn)分析

從本工程的邊界條件和地層條件來看，其基坑護(hù)坡存在以下技術(shù)難點(diǎn):

3.1.1 基坑大、深，巖土質(zhì)構(gòu)成復(fù)雜

由于該工程屬大型深基坑，挖深6-15.5m;開挖基坑底面積大，約11000㎡。而上部2.5m-4.0m內(nèi)均為雜填土，局部達(dá)到6米高，土質(zhì)屬中軟地層，這樣無論是土釘護(hù)坡還是護(hù)坡樁護(hù)坡都有一定的施工難度。

3.1.2 地下障礙物的存在

由于本工程位于老城區(qū)內(nèi)，地下各種廢棄管和人防等地下障礙物的位置、埋深、走向、數(shù)量不詳，造成地下水的滲漏位置、水量不清。

3.1.3 危險(xiǎn)性高

緊鄰由于本項(xiàng)目處于城市中心商業(yè)區(qū)，為盡量利用有限的地塊面積，大多數(shù)位置，地下室外墻外邊線僅退項(xiàng)目用地紅線3米，因此開挖基坑邊線與周邊邊界很窄，北側(cè)與學(xué)校圍墻僅一米寬，東、西側(cè)與城市主干道、次干道也僅五、六米寬。開挖基坑時(shí)一旦出現(xiàn)垮塌，就直接到影響學(xué)校的正常使用，或城市主干道的正常交通，社會影響極大。

3.2 開挖及支護(hù)方案的確定

3.2.1 基坑施工的主要思路

從上述分析可以看出，本工程護(hù)坡區(qū)的周邊條件的差異要求本基坑護(hù)坡方式和支護(hù)體系強(qiáng)度不同，在選擇各側(cè)護(hù)坡方法時(shí)，應(yīng)在充分利用原狀巖土自穩(wěn)的條件下實(shí)現(xiàn)基坑各側(cè)的支護(hù)體系與周邊條件相統(tǒng)一。為此，在詳細(xì)分析本基坑的地質(zhì)條件和周邊環(huán)境的基礎(chǔ)上，通過理論分析并參考同類工程的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的對比，提出本項(xiàng)目基坑施工的主要思路:水平、豎向分區(qū)域、分段施工，每段高不超過2米，邊向下開挖，邊進(jìn)行基坑支護(hù);從原始地貌較高處東北角開始施工，在原始地貌最低處東南角，并結(jié)合原有道路，設(shè)運(yùn)土石渣及支護(hù)材料車輛的通道出口。

3.2.2 基坑開挖主要措施方案

原房屋拆除破碎建筑物渣土及上面土層采取裝載機(jī)直接上車運(yùn)出;巖石主要采用爆破方式破碎，而為了盡量避免對基坑開挖邊界外巖土層的擾動，造成相鄰道路和學(xué)校場地開裂，影響正常使用，對基坑開挖邊界線3米范圍內(nèi)的巖石，采用機(jī)械切割破碎方式處理。

3.2.3 基坑支護(hù)主要方案

在分析本基坑的地質(zhì)條件和周邊環(huán)境的基礎(chǔ)上，基坑支護(hù)方案確定為噴錨支護(hù)和混凝土抗滑樁加擋板兩種方式。在基地的西南角土層厚5-6米區(qū)域，采用混凝土抗滑樁加擋板的支護(hù)方式;而其它區(qū)域采用噴錨支護(hù)。

3.2.4 噴錨支護(hù)

(1)噴錨支護(hù)的設(shè)計(jì)方案。噴錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)原理是利用沿途介質(zhì)的自承能力，借助錨桿與周圍土體的摩擦力和粘聚力，將外部不穩(wěn)定土體和深部穩(wěn)定土體聯(lián)在一起，形成一個(gè)穩(wěn)定的組合體。

錨桿端部互相連接的噴射混凝土面板，由于緊密嵌固于土體中，它不僅能很好的調(diào)節(jié)錨桿相互之間的應(yīng)力分布，而且可以很好的起到防水作用。一是防止水沖刷邊坡給基礎(chǔ)施工帶來不便，二是可以有效地防止地下水的滲漏，避免周圍地面沉降，影響建筑物的安全。

噴錨網(wǎng)由于采用水平壓力灌漿新技術(shù)，大大加強(qiáng)了地面的承載能力。重型施工機(jī)械、車輛可在邊坡地面任意行走。噴錨網(wǎng)支護(hù)方法的施工不單獨(dú)占用施工工期，它和土方開挖同時(shí)進(jìn)行，邊開挖邊支護(hù)，無污染，噪聲低。到最后的收口時(shí)，靈活機(jī)動，可以開口放坡、降低馬道或者臺階開挖，以便最大限度提高開挖功效，但土回填馬道后，再用錨桿將出口加固復(fù)原，對邊坡無任何影響。

(2)錨桿參數(shù)設(shè)計(jì)，計(jì)算條件:按邊坡巖體在暴雨工況時(shí)沿63°破裂面平面滑動破壞，進(jìn)行巖體穩(wěn)定性驗(yàn)算及邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)。

計(jì)算參數(shù):泥巖巖體容重:ρ=23.5KN/m3;

結(jié)構(gòu)面內(nèi)摩擦角:18°;

結(jié)構(gòu)面內(nèi)聚力:60kPa;

錨桿傾角:λ=20°;

巖體與錨固體粘結(jié)強(qiáng)度特征值:frb=180KPa;

鋼筋與錨固砂漿間的粘結(jié)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值:fb=2040KPa。

(3)網(wǎng)噴砼護(hù)面設(shè)計(jì)。網(wǎng)噴砼護(hù)面的作用主要是限制錨桿之間土體的變形，將土體側(cè)壓力有效地傳遞給錨桿，并調(diào)整相鄰錨桿的受力狀態(tài)。根據(jù)全長注漿錨桿的受力分析，錨頭和面層受力較小，面層的厚高不必太厚。

(4)噴錨支護(hù)的主要施工流程。土方噴錨支護(hù)的施工流程為:制錨→開挖基坑→鉆孔送錨→注漿→修坡編網(wǎng)筋→噴射砼→開挖下層土。

3.2.5 抗滑樁支護(hù)

(1)抗滑樁布置簡況。在基地西南側(cè)公路下方邊坡坡腳長34m范圍設(shè)置抗滑樁，共12根，樁長0.1m-0.73m，樁間為3m-3.5m，樁截面(40#-48#)9根為800mm×800mm，(8#-10#)3根樁截面為800mm×800mm，均為矩形截面，樁身均采用C30鋼筋砼灌注。

(2)主要施工工藝流程:測量定位→機(jī)具就位→樁成孔開挖→鋼筋砼護(hù)壁→樁位、樁底驗(yàn)收→樁鋼筋籠安裝→灌注砼(養(yǎng)護(hù))→樁質(zhì)量檢測→樁基竣工驗(yàn)收→開挖、拆除樁前擋墻、原抗滑樁。

3.3 孔樁的開挖

孔樁開挖原則是跳樁開挖。在進(jìn)入樁身以前檢查孔口四周做好孔口的清理，引開地表水。進(jìn)孔前做好孔口的支護(hù)。孔內(nèi)開挖砂漿層采用鉆爆施工。在孔內(nèi)土方開挖前，用鋼管及竹排架做好支擋，主要防止堆放物品侵限及土和其它落入既有線側(cè)溝及道床。孔口范圍嚴(yán)禁堆土，以減小孔口的壓力，防止下雨后形成稀泥橫流。孔樁開挖就位后，經(jīng)檢查，底面高程超欠挖不超過5cm。

3.4 砼工程

抗滑樁的外露部分，要保證光潔度，為了保證外露部分的美觀，其一要做到該部分護(hù)壁砼的垂直度。護(hù)壁砼采用每節(jié)1m，即開挖1米支護(hù)1米。每次灌注砼前核對各方位尺寸。樁身砼采用集中灌注。灌注樁身砼應(yīng)連續(xù)進(jìn)行不得中斷。

4 基坑位移監(jiān)測

4.1 監(jiān)測點(diǎn)的布置方案

基坑位移監(jiān)測是支護(hù)設(shè)計(jì)中的重要組成部分。其支護(hù)體系最大的水平位移和垂直沉降一般均發(fā)生在基坑邊壁的頂部1.0m內(nèi)。為了能及時(shí)準(zhǔn)確地了解土方開挖期間及護(hù)坡完成后邊坡的穩(wěn)定狀況，在基坑護(hù)坡期間沿基坑邊壁的頂部0.4m-1.0m處，每隔15-20m設(shè)置一個(gè)基坑位移觀測點(diǎn)。總共埋設(shè)了12個(gè)沉降點(diǎn)與位移測點(diǎn)。由于北側(cè)基坑深達(dá)16米，而東側(cè)基坑深有10米，且緊鄰城市主干道，極其重要，監(jiān)控點(diǎn)重點(diǎn)布置在這兩側(cè)。

4.2 監(jiān)測內(nèi)容

在基坑開挖護(hù)坡期間，每天觀測1-2次;在完成基坑開挖、變形趨于穩(wěn)定后，每3-5天觀測一次，施工監(jiān)測的內(nèi)容如下:

(1)支護(hù)體位移的量測;

(2)地表開裂狀態(tài)(位置、裂寬)的觀察;

(3)附近建筑物及重要管線設(shè)施的變形和裂縫觀察;

(4)基坑滲、漏水和基坑內(nèi)外地下水的水位變化。

5 成果

本基坑開挖及邊坡支護(hù)工程自2008年4月進(jìn)場，至7月完工，取得成果如下:

(1)支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面:在土方開挖后，對基坑邊坡側(cè)向位移進(jìn)行了全面觀測，一般在0.2-0.5mm間，符合規(guī)范要求，也達(dá)到了設(shè)計(jì)要求;

(2)土方開挖方面:基底土無擾動，平面尺寸、槽底標(biāo)高均符合設(shè)計(jì)要求;

(3)竣工驗(yàn)收:設(shè)計(jì)與施工控制規(guī)范、科學(xué)、合理，技術(shù)組織措施落實(shí)到位，保障有力，隱蔽驗(yàn)收資料齊全，工程優(yōu)良。

6 結(jié)論

(1)充分重視地勘，克服困難，盡量勘明地質(zhì)狀況。在城市主城區(qū)核心商業(yè)圈施工，項(xiàng)目基地周邊地下管路密集，且多有城市道路，在項(xiàng)目基地之外占道做地勘工作難度很大，協(xié)調(diào)工作也很多。因此就容易造成地勘工作不能嚴(yán)格按相關(guān)規(guī)程實(shí)施，而簡單地根據(jù)項(xiàng)目基地內(nèi)勘查資料作推論。這樣就會由于地質(zhì)狀況勘查不實(shí)不全，不能準(zhǔn)確為邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)提供最重要的基礎(chǔ)資料，為后期施工留下先天不足的安全隱患。

(2)提早多溝通，搞好睦鄰友好關(guān)系。由于城市主城區(qū)核心商業(yè)圈的建筑密度很高，道路、房屋建筑相鄰緊密，而深基坑開挖施工難免會給睦鄰造成或多或少的影響，提前與睦鄰單位作好溝通，搞好關(guān)系，一旦有意外發(fā)生，容易得到了解，采取緊急措施才能得到支持。

(3)謹(jǐn)慎選擇基坑支護(hù)專業(yè)設(shè)計(jì)人員。現(xiàn)在房地產(chǎn)以及建筑業(yè)發(fā)展很快，無論是設(shè)計(jì)單位、施工單位承接業(yè)務(wù)競爭激烈，在大中城市開發(fā)建設(shè)過程中，不僅有本地企業(yè)，還有來自全國各地的相關(guān)企業(yè)，也還有來自國外的企業(yè)家加入競爭行列中。就如本項(xiàng)目而言，參與方案設(shè)計(jì)的有日本、臺灣、香港的公司，施工圖設(shè)計(jì)和施工總承包又是省外的企業(yè)。而建設(shè)項(xiàng)目的工程地質(zhì)情況地域性很強(qiáng)，全國各地千差萬別。基礎(chǔ)以及基坑支護(hù)設(shè)計(jì)往往由于埋于地下的工程地質(zhì)不能全面、準(zhǔn)確的查明，而作精準(zhǔn)的計(jì)算，當(dāng)?shù)赝N地質(zhì)情況的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)常常會起到重要的作用。因此，基坑支護(hù)專業(yè)主要設(shè)計(jì)人員最好選擇有豐富的當(dāng)?shù)赝N地質(zhì)情況的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師。

(4)設(shè)計(jì)方案多方論證，包括參考相鄰相似工程案例的實(shí)施方案對安全、質(zhì)量、工期等方面的綜合論證。如前一點(diǎn)中所提到建設(shè)項(xiàng)目的工程地質(zhì)情況地域性很強(qiáng)，既是在同一城市同一片區(qū)中，工程地質(zhì)的差異很可能很大，參考相鄰相似工程案例的實(shí)施案例對基坑開挖及支護(hù)方案的選擇有很大的幫助。基坑開挖及支護(hù)方案的選擇在實(shí)施前充分聽取施工單位、監(jiān)理單位的意見，如涉及有較高的風(fēng)險(xiǎn)性，還應(yīng)聘請相關(guān)領(lǐng)域的專家進(jìn)行檢討，力爭做到實(shí)施方案的安全、經(jīng)濟(jì)、實(shí)施的方便性。