超大型深基坑圍護設計及施工

陳磊

摘 要：本文筆者根據自身的實際工作經歷，結合工程實例對超大型深基坑圍護設計及施工進行了分析和討論。主要闡明了大型深基坑圍護設計方案和在施工中的實際應用。

關鍵詞：超大型深基坑；圍護設計；施工

現代諸多工程項目施工建設中都會涉及超大型深基坑圍護的設計，一般來說，不同的工程項目由于地質、地形等特點各不相同，在基坑圍護設計要求上也大相徑庭，因此，在實際開展圍護設計工作的時候必須考慮到工程項目的實際情況，并遵循相關規范要求，一旦設計方案確定之后，就必須嚴格按照方案進行施工，這樣才能確保項目施工質量。

一、工程實例簡介

某工程項目的占地總面積為33萬平方米，共包括2層，其中地下室的面積為9千平方米，地上結構包括多個建筑單體。該建筑屬于商業性質的建筑群，具有餐飲、娛樂、辦公等多重功能。地下建筑結構主要有兩層，負一層的層高為6米，負二層的層高為4米，基礎埋深為11米，部分地方的深坑大約在12.9米左右，基坑開挖面積初步確定為286米×160米。本工程裙房采用的是框架結構，主樓則為框剪結構，框架柱之間的距離約為8100米×8400米，主樓地下室的底板厚度約為1500毫米，裙房地下室的底板厚度約為800毫米，地下室逆作區的頂板厚度為300毫米，其它頂板的厚度則為250毫米。本工程的基坑土層主要包括粉質粘土夾粘質粉土、粉質粘土、淤泥質黏土、粉砂夾砂質粉土、砂質粉土夾淤泥質黏土、填土等，各土層的厚度各不相同。

二、基坑特點分析

（一）周邊環境特點

從施工場地的實地勘察資料可知，該項目在基坑開挖范圍內沒有會產生影響的建筑物，但在周邊的一些道路下鋪設有各種管線，在進行圍護施工時必須加大監控力度，以免各種管線受到基坑開挖的影響，確保人們的正常生活秩序。

（二）基坑本身的特點

在本工程項目中，基坑開挖的規模比較大，開挖深度也比較深，按照本市《基坑工程設計規程》中的相關規定，本工程屬于一級基坑，考慮到本工程的施工規模較大，而且基坑開挖作業區域內主要為軟土，易變性，因此，在設計中必須布置合理的水平支撐，要求相關人員必須高度重視基坑圍護設計和施工。

（三）施工所在地地層特點

項目施工場地的4～5層屬于軟土層，尤其是第4層，主要由淤泥質黏土組成，這類土質的工程力學性質較差，土體的流變性大、靈敏度較高，當圍護墻體在該層進行施工時，很難保證對墻體的約束性，抗側力也無法得到充分保障，設計人員在進行圍護設計時必須考慮到這點。此外，基坑開挖范圍內還存在砂性土，這類土層的滲透性較好、滲透系數相對而言比較大，兩種砂性土壤相連通而形成含水層，當基坑施工處于該層時，如果止水工作沒有做好，必定會造成管涌等重大工程事故，所以，在該土層開展圍護施工的時候，應當著力做好止水工作，布置好科學有效的止水帷幕。

三、圍護設計方案選擇

根據本工程項目的基本情況可知，基坑圍護設計面臨的困難主要有以下幾點：第一，施工期限緊迫，要求從樁基工程到地下室工程的完工不超過一年。第二，基坑規模較大，周邊環境也存在諸多不利因素，紅線和地下室過于接近。第三，負一層的層高達到6米，這對圍護結構變形控制以及支撐結構的設置具有極大的不良影響。綜合考慮工程的基本情況，并根據大型基坑工程圍護設計的主要模式，堅持科學安全、便于施工、不延誤工期等原則，設計出了以下幾種方案：

方案一：把地下連續墻用作圍護結構的全逆作法方案，該方案的優點是直接通過結構本身來發揮支撐的作用，可有效控制圍護結構的變形程度。缺點是付出的代價較高、施工時間長、作業環境差等。方案二：中心島順作+周圍一順一逆方案，該方案的優點是能在很大程度上縮減工作量、加快施工進度。缺點是施工場地較窄，再加上負一層的高度偏高，難以進行負一層的放坡開挖。方案三：中心島順作+周圍順作方案，該方案的優點是操作效率有保障、變形發生幾率較低。但缺點是成本投入較高、施工周期較長。方案四：中心島順作+全逆作方案，該方案的優點是有利于節約成本，且施工效率高，不會延誤工期。缺點是中心島部位在和逆作區梁板結構達到對撐之前可能發生較大的變形，需要嚴加控制。方案五：把地下連續墻用作圍護結構的順作法敞開挖方案，該方案的優點是墻體支撐性好、變形程度小，而且能同時用作地下室的外墻。缺點是圍護施工需投入的資金較多、工期長等。綜合分析和對比上述方案的優缺點之后，本工程擬選用方案四，即中心島順作+全逆作的方案。

四、圍護設計方案的具體化和施工體會

（一）確定地下連續墻的厚度、深度和接頭設計

相關專業人員在對基坑底部土體抗滲力、地基承載力等進行計算分析之后，決定根據土方開挖深度的差異來確定地下連續墻的深度，土方開挖深度為12.9米時，地下連續墻的深度為28米；土方開挖深度為12.8米時，地下連續墻深度為26米；土方開挖深度為11.9米時，地下連續墻深度為25米。在經過對連續墻的變形和內力計算之后，工作人員發現厚度為600毫米的地下連續墻不能適應結構的耐久性要求，只有厚度為800毫米的連續墻才能滿足要求，因此最終決定將地下連續墻的厚度更改為800毫米。考慮到施工操作的便捷性和成本投入量，決定在地下連續墻接頭部位采用柔性接頭，且不設置扶壁柱，但應當完善對應的防水、排水設施。

（二）中心島和逆作區面積的選定

中心島和逆作區面積的大小將會對工程建設成本和施工效率產生極大影響，若逆作區的面積太小，則很容易導致邊坡不穩定；若逆作區的面積偏大，則會大幅增加開挖作業量，拖延工期，進而使成本大幅增加。中心島面積大小的選定與反壓土邊坡的穩定性息息相關，在確定中心島面積的時候不僅要地下連續墻的平衡土壓力，同時還要確保反壓土體自身的穩定程度。根據本工程的實際情況，設計人員決定將逆作區的面積從之前的四跨更改為三跨，但考慮到工程后澆帶所處部位，基坑北部的逆作區面積保持原來的四跨不變。

（三）豎向支撐結構的設置

本工程的豎向支撐結構主要包括鉆孔灌注樁、鋼立柱等部件，對于鋼立柱來說，可選擇格構柱、鋼管兩類材料，鋼管立柱的優點是內部混凝土強度較高、承載力好。但缺點是造價較高，在進行立柱施工時很難實現一次性澆灌，尤其是在梁板和鋼管的節點部位進行鋼筋施工的難度較大，因此節點板必須焊接在鋼管上。格構柱的優點是成本相對偏低，混凝土澆筑操作較方便，且節點部位的鋼筋施工難度不大，操作效率高，能保證工期。但缺點是地下結構柱要求的截面積偏大，整體上來說經濟性偏低。

（四）施工體會

在施工過程中圍護墻的變形程度較大，主要原因是降水成效不明顯、攪拌樁和連續墻之間出現塌方、基坑被雨水浸泡時間過長等，筆者建議在進行挖土作業之前，應確保預降水的時間充裕，這樣才能使降水作用充分發揮出來，從而降低邊坡變形發生的幾率。此外，必須把控好環板跨度，以免出現側向剛度不合格的情況。

結語：

總之，超大型深基坑圍護工程的設計與施工具有一定的難度，在進行設計之前，必須全面了解工程的實際狀況，做到因地制宜，確保方案的最優化，確定好方案之后，必須嚴格落實方案中的各項要求，并針對施工過程中可能遇到的困難，提前做好防控和解決措施，這樣才能最大限度提高超大型深基坑圍護設計與施工的合理性。

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