時空效應法在深基坑工程中的應用

□文/高志強 謝恩杰 高 斌 宋紅智

□謝恩杰、高 斌、宋紅智/天津三建建筑工程有限公司。

時空效應法在深基坑工程中的應用

□文/高志強 謝恩杰 高 斌 宋紅智

文章結合天津市泰安道一號院深基坑施工，介紹了利用時空效應理論加快施工進度，控制基坑變形的做法和體會。

深基坑；支撐；環梁；土方開挖

軟土基坑工程的時空效應法施工是近年來基坑施工的創新成果，時空效應法強調設計與施工的密切配合，通過合理的施工工藝，采用相應的技術措施對基坑施工過程中每個開挖步驟、開挖空間幾何尺寸、支護結構無支撐暴露的時間和空間等施工參數進行控制，來保證基坑穩定，達到控制基坑變形目的。本文以英式風情區泰安道一號院基坑工程為例，介紹在深基坑施工中合理應用時空效應法及混凝土早強技術、基坑監測技術，既加快了工期又保證安全的做法與經驗。

1 工程概況

英式風情區泰安道一號院工程位于天津市和平區保定道南側，解放北路東側。占地面積為1.49hm2，建筑面積7.2萬m2。地上9層，局部13層（塔樓），地下2層，層高分別為5.5m和3.9m。設計標高0.000m相當大沽高程3.950m，現地坪標高為大沽高程3.800m，相當于設計標高-0.150m。基坑底標高-10.800m，基坑深坑10.650m，采用樁基礎。

2 基坑周邊環境

場地北側距離紅線16.5m，距離保定橋20.0m；西側為解放北路，距離紅線3.7m；東側為臺兒莊路，距離紅線約8.0m，南側規劃太原道，距離紅線約13.0m。土層物理和力學指標參數見表1。

表1 土層物理和力學指標參數

續表1

3 基坑支護方案

基坑支護采用連排灌注樁及三軸攪拌樁止水帷幕，一道鋼筋混凝土水平支撐系統的形式。

基坑深10.65m，采用連排灌注樁φ900mm@1100 mm，有效樁長23.0m，坑下嵌入9-1粉質粘土層。支護樁混凝土強度等級為C30，支撐體系混凝土強度為C50。

基坑范圍內含有3-2粉土層，透水性相對較強，為保障止水帷幕的隔水效果，采用三軸水泥土攪拌樁φ850mm@600mm作止水帷幕，連接為一個封閉的止水圈。攪拌樁長16.5m，下端嵌入8-1粉質粘土層，嵌固深度6.8m，攪拌樁上端位于地表下1.0m。

基坑平面形狀為不規則四邊形，考慮到方便施工，混凝土水平支撐布置為與腰梁相切的兩個圓形環梁。梁邊盡量外擴，留置寬敞的施工空間，在基坑中部兩個環梁相交處設置一組混凝土對撐。環梁周邊采用輻射撐、角撐等構件與腰梁連接。該水平支撐系統受力明確，對控制基坑變形有利，能夠充分發揮環形混凝土結構抗壓性能，支撐系統設計經濟、合理、簡潔。

通過對安全性、經濟性進行分析，水平支撐系統標高盡量降低，為方便施工，水平支撐系統在地下2層樓板上方留出適當的高度，方便甩筋等施工要求。故腰梁及水平支撐系統中心標高設置在-3.300m，距地下2層頂板1.8m。腰梁截面尺寸1600mm×800mm；環梁半徑36m，截面尺寸 2600mm×800mm；對撐桁架截面尺寸1800mm×800mm；其他支撐桿件截面尺寸700 mm×800mm,見圖 1。

圖1 基坑支撐結構平面

4 基坑開挖施工

按照時空效應的理念創新施工工藝，對基坑中土體進行合理空間劃分，以期利用土體結構形成的空間抵抗作用來減少支護結構位移并結合環梁混凝土早強技術和基坑監測分析，提高基坑穩定性，保護周邊環境安全。

4.1 挖土做撐

按基坑支護設計和傳統工藝流程，第1步挖土應至-3.700m(工況1)，然后整體澆筑混凝土環梁支撐系統，待達到設計強度要求時再進行下部土的開挖。這種工藝一是工期長；二是出土口環梁封閉施工時必須斷開出土口，造成土方開挖停運；三是基坑支護結構懸臂狀態時間延長，增加土體的蠕變與位移，不符合基坑施工的總體思路。

根據時空效應理念，將混凝土環梁支撐沿基坑縱向從B向A分3段澆筑。為保證環梁整體性，采用間歇式無縫施工工藝和混凝土早強技術，使混凝土強度36 h達到設計要求。環梁分段施工時挖運土方工序和環梁施工工序形成流水作業。

第1段土方挖到環梁下皮后立即進行第1段環梁鋼筋綁扎與混凝土澆筑，同時進行第2段環梁處挖運土方，隨即跟進第2段環梁綁筋和混凝土澆筑。

待第2段環梁混凝土澆筑完成后，第1段環梁混凝土強度已達到設計要求，同時在-3.700m處形成新的出土口。

當第3段環梁土方斷掉第1層土方出土口A時，第1段環梁出土口B已具備深層開挖出土條件，這樣使整個環梁施工期間，土方開挖連續進行，環梁混凝土澆筑連續，加快了施工進度，減少了支護樁處于懸臂狀態的時間，減少了基坑周邊土體的蠕變與位移。基坑支護剖面見圖2。

圖2 基坑支護剖面

4.2 深層土方開挖

在軟土深基坑開挖施工中，每步開挖中圍護墻體的暴露空間和時間越小，則控制基坑變形的效果越好。因此加快開挖和支撐速度的施工是提高軟土深基坑工程效果的有效措施。

遵循時空效應理論，深層土方開挖出現了許多難題。第1個難題是5月12日第1段-3.700m出土口B已形成出土條件，而第3段環梁要5月14日才能閉合，再加上需養護時間36h環梁才能達到設計要求強度，要到5月16日才能重新組織第2步土方開挖，不能保證工期要求。

為此,對土體進行了空間劃分，利用被動土壓力減少支護結構位移，在第3段環梁未閉合前，提前進行局部深挖，挖土深度按換撐位置標高-5.500m進行控制。挖土范圍僅限在第1段環梁范圍內并沿環梁內徑保留5m寬被動土壓帶，在局部深挖過程中一是嚴格控制挖土空間，二是及時進行基坑變形監測。由于措施得當，至環梁閉合后，最大樁頂位移僅6mm。

第1步開挖自然地坪-0.150～-3.700m，掘深3.55m。在第1步挖土過程中，隨挖隨進行環梁施工，在第2步土開挖與環梁閉合這段時間內，對1軸交U軸，1軸交A軸，12軸交U軸，12軸交A軸4個角部進行下挖，挖土深度至-5.400m。待環梁閉合且混凝土強度達到設計要求后開挖第2步-3.700～-10.800m，挖深7.1m，挖土方量74000m3,見圖3。

圖3 走土路線及監測點布置

環梁閉合并達到設計強度后開始正式深挖，為減少基坑變形與位移，遵循分層、均勻、對稱的原則，中心留島。先從支護結構剛度較大、軸力較小的部位深挖，逐步均勻、對稱的向中央對撐開挖，使軸力小的部位先受力，軸力大的部位晚受力，變形小處先受荷，變形大處晚受荷。由于“時空效應”理念明確，空間劃分合理，有效控制了基坑變形。

在整個土方開挖施工過程中，由支撐系統底標高-3.700m處開始至-10.80m槽底墊層混凝土澆筑完畢，挖土方量74000m3僅用時15d。在深挖過程中，挖至設計標高后快速跟進，進行混凝土墊層施工，形成流水式不間斷作業。在確保工程質量的前提下縮小圍護墻體的暴露空間和時間，為保證基坑工程的順利完工創造了堅實有力的前提條件。

5 基坑監測

5月14日環梁整體施工完畢，環梁閉合，開始大面積深挖；5月29日，土方工程結束，墊層澆筑完畢。具體監測數值見表2。

表2 監測數據

從表2可以看出，在土方開挖施工過程中，充分遵循時空效應原理進行施工，可有效控制基坑的變形，保護周圍環境。

6 結論

經過此次實踐，充分體會到“分層、分步、均勻、對稱”的時空效應理念在深基坑施工中的重要性。在施工技術上要合理布置開挖流程，充分發揮被動區土體抵擋并延緩圍護結構——連排灌注樁變形的作用。加強各道工序的連續性、合理性，縮短施工工期，減少圍護結構的暴露時間。

在應用時空效應原理的同時，還要考慮基坑自身及其周邊環境，因為支撐系統的自身結構、施工進度，出土時間的限制等因素會導致局部區域無法實現時空效應原理，這樣就要結合實際情況對整個施工過程進行必要的調整，以最大限度的滿足時空效應原理。

在大型公建超深超大基坑中應用時空效應理念，加強與設計結合，在滿足設計工況要求的前提下，可以在環梁未閉合的工況下提前實現局部開挖，從而加快施工進度，實現混凝土支護環梁分段澆筑。

TU447

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1008-3197（2011）04-12-03

2011-04-01

高志強/男,1958年出生,高級工程師,天津天房建設建筑工程有限公司總經理,從事施工管理工作。

□謝恩杰、高 斌、宋紅智/天津三建建筑工程有限公司。