天津高銀117大廈基坑工程設計與實踐

翁 其 平

(華建集團上海地下空間與工程設計研究院，上海 200011)

0 引言

天津高新區軟件和服務外包基地綜合配套區中央商務區一期(簡稱天津高銀117大廈項目)上部建筑由117塔樓、靠山樓及2層裙房組成，其中117塔樓建筑高度約600 m，為國內的最高建筑之一，天津市的最高建筑。

通常情況下，深大基坑工程工期通常占用大量工程總工期，業主通常對超高層塔樓的工期要求較為嚴苛，如何科學、合理得制定基坑支護方案，以及如何將基坑工程施工和土建施工緊密有機的結合，是本工程需要審慎考慮的重要問題。

1 工程概況

本工程上部建筑由117塔樓、靠山樓及2層裙房組成，其中117塔樓建筑高度約600 m，為國內的最高建筑之一，天津市的最高建筑；本工程整體設置4層地下室，基坑面積約9.7萬m2，基坑呈矩形，南北長約365 m，東西寬約為265 m；基坑開挖深度約為18.7 m，塔樓厚板區域基坑開挖深度約25.2 m。

本項目基地南側緊貼紅線，之間最小距離處約為5.5 m，紅線以外為津靜公路。津靜公路下埋藏有大量的市政管線，其中最近的市政管線為D1 500雨水管與基坑邊的距離約為9 m；北側與紅線之間約有43 m范圍的空地，紅線外為一擬建項目工地。總體而言看，本次設計范圍周邊環境較為寬松。

1.1 工程地質概況

基坑開挖深度范圍內主要以可塑～軟塑的粘土及稍密～密實的粉土、粉砂層組成，場地內水文地質條件較為復雜，地表下100 m范圍內主要分布有多層含水層，其中對本工程基坑施工存在影響的主要為第一潛水含水層及其下的第一承壓含水層。第一淺層含水層主要為⑥1粉質粘土層以上的土體，第一承壓含水層為⑦2粉砂層及⑦3粉土層。場地內土層的物理力學參數及滲透系數如表1所示。

1.2 基坑支護方案

本工程基坑分兩區實施，基坑北側靠山樓及裙樓為Ⅰ區基坑，面積約為4.1萬m2；117塔樓及裙樓為Ⅱ區基坑，面積為5.6萬m2；基坑施工時首先施工117塔樓所在區域的Ⅱ區基坑，待Ⅱ區地下室結構施工完成后再進行Ⅰ區基坑的施工。

基坑周邊采用多梯次聯合支護體系：淺層采用卸土放坡或雙軸水泥土攪拌樁重力壩；深層采用“兩墻合一”地下連續墻結合坑內設置兩道鋼筋混凝土支撐體系；塔樓區域采用落深的地下連續墻結合一道大直徑旋噴錨索的基坑支護體系。

表1 土層物理力學性質指標

Ⅰ區基坑采用對撐角撐結合變桁架的支撐體系；Ⅱ區基坑采用超大直徑圓環支撐體系，支撐布置完全避讓了117塔樓核心筒區域。支撐平面圖詳見圖1。

2 基坑支護設計關鍵技術

2.1 多梯次聯合支護體系

本基坑工程采用多級梯次聯合支護體系的設計方案：即東西北側采用淺層二級放坡+深層“兩墻合一”地下連續墻+二道鋼筋混凝土水平支撐系統的圍護型式；南側鄰近津靜公路側采用淺層重力壩，深層“兩墻合一”地下連續墻結合二道鋼筋混凝土水平支撐系統的圍護型式。該圍護型式在滿足工程安全的前提下，可有效提高工程的經濟性，縮短工程的建設工期。基坑典型多級梯次聯合圍護體系剖面圖詳見圖2。

2.2 超大直徑圓環支撐體系

本工程塔樓層數為117層，高度超過600 m，塔樓的施工工期為本工程控制工期，為減小支撐體系拆除對塔樓地下結構工期的影響，Ⅱ區采用大直徑圓環支撐的平面布置形式，圓環支撐直徑達188 m。目前設計的圓環支撐已完全避讓了117塔樓核心筒區域，117塔樓地下結構在不拆除支撐的前提下即可向上施工，為117塔樓的施工提供了極大的便利性，大大節省了項目的總工期；采用大直徑圓環支撐體系，在本基坑平面形成的無支撐面積達到50%左右，為挖運土機械化施工提供了良好的多點作業條件，同時也提供了下坑施工的可能性(見圖3)。

2.3 不均衡側壓力作用狀態下基坑支護結構的設計對策

本工程Ⅱ區東西兩側周邊環境較為寬松，淺層坑外采用二級卸土放坡，坑外水土壓力相對較小；Ⅱ區北側為Ⅰ區基坑，在Ⅱ區基坑施工時，上述區域已開挖至第一道支撐標高，該側坑外水土壓力相較東西側更小；Ⅱ區南側鄰近津靜公路，且緊鄰用地紅線，該側采用攪拌樁重力壩結合鋼筋混凝土斜支撐對土體進行支護，相較其他三側，該側坑外未進行降水，作用于該側地墻的水土壓力最大(見圖4)。

Ⅱ區基坑周邊淺層支護形式的不同造成Ⅱ區支撐體系四周受到不均衡側壓力，如此大直徑圓環支撐體系在不均衡力作用下受力十分復雜。本工程設計時通過大型有限元分析軟件，選擇合理的分析模型和邊界條件，對大直徑圓環支撐體系進行內力計算分析，并根據計算結果對支撐體系及圍護結構進行針對性加固(見圖5)。

2.4 大直徑預應力錨索新技術在塔樓區的應用

本工程塔樓開挖深度為25.2 m，與普遍區域基底存在6.5 m的高差，且塔樓區域面積約1萬m2，如此大面積落深區支護形式的選擇對項目工期、經濟性影響巨大。本工程塔樓落深區周邊采用地下連續墻作為圍護體，坑內采用大直徑預應力錨索作為水平受力體系；塔樓落深區地下連續墻作為擋土結構的同時也作為止水帷幕使用，隔斷塔樓區坑底下承壓含水層，減小了基坑降水對周邊環境的影響；基坑周邊采用大直徑預應力錨索，避免了臨時立柱、臨時支撐的設置及拆除，大大加快了土方開挖及塔樓基礎底板施工時間。

3 工程實施效果

本工程信息化監測全面反映了基坑工程的各項變形和受力指標，其中基坑東西北側圍護結構水平位移約為20 mm，基坑南側圍護結構最大變形在50 mm 左右，坡體最大沉降約為20 mm，坑外地表沉降約為30 mm～80 mm，潛水水位最大變化不超過0.95 m。基坑工程進展過程中，基坑圍護結構和支撐體系的變形和受力變化比較平緩，整個支護體系是安全的，對于周邊環境的保護也是有效的。

4 結語

本工程作為當時天津地區單體面積最大的基坑，面臨諸多問題與挑戰，基坑支護設計采用多級梯次聯合支護體系、大直徑圓環支撐體系、大直徑預應力錨索等一系列新思路和新工藝，確保了基坑工程安全、節省了工程造價、加快了工程施工進度。該基坑工程的成功實施，產生了良好的社會經濟效益，為天津地區今后類似工程的設計提供了有力的借鑒和參考。

參考文獻：

[1] 劉國彬,王衛東.基坑工程手冊[M].第2版.北京:中國建筑工業出版社,2009.

[2] JGJ 120—2012，建筑基坑支護技術規程[S].