某超大面積地下室蓋挖逆作法技術研究

蘇建峰

(福建省建筑設計研究院有限公司 福建福州 350001)

0 引言

隨著國內城市建設的快速發展,人們對地下空間的開發和利用越來越重視,城市建筑工程中涌現出越來越多的深基坑。目前，基坑的開挖方式主要有明挖法和蓋挖逆作法，蓋挖逆作法相對于明挖法對基坑支護及周邊環境的影響較小。福州寶龍萬象廣場地下人防工程位于福州市商業中心，車流量及人流量較大，周邊環境復雜，基坑不適宜采用明挖法，故采用蓋挖逆作法，保證車流和人流的順暢通行。基于此，文章通過該工程的實際監測數據，詳細分析蓋挖逆作法施工[1]對深基坑支護結構及周邊環境的影響。

1 工程概況

福州寶龍萬象廣場地下人防工程為單建式大型地下空間平戰結合人防工程，坐落在福州市萬寶商圈核心位置地下，地面為商業景觀廣場及城市道路。基坑范圍東起白馬路，西至二環路，北起萬象城廣場，南至寶龍廣場。地下室與萬象城廣場地下室(一層，底板底標高約1.05m)相連，距中央第五街地下室(兩層，底板底標高-1.85m)外墻約5m～9m，距F公館地下室(兩層，底板底標高-4.50m)外墻約15m，距福州化工機械廠宿舍樓 (6層，條形基礎，基礎埋深約1.2m)約4.0m。西南側為空地，南側與寶龍城市廣場地下室(兩層，局部一層，負一層板底標高約1.00m，負二層板底標高約-3.90m)相連。南側靠近三迪家居廣場位置，為福州軌道交通2號線寧化站。工業路北側路邊為大慶河，河寬約6m，基坑施工時需臨時改道。

該工程設3層地下室，地下室面積約20萬m2，是目前國內地下室面積最大的綜合性商業廣場。道路標高6.80m，地下一層(BM層)樓板面標高1.10m，地下二層(B1層)樓板面標高-3.10m，地下三層(B2層)板面(即底板面)標高-6.75m(南側)、-7.75m(北側)。基坑開挖至底板墊層底的深度14.8m(南側)、15.8m(北側)。項目平面位置圖如圖1所示。

圖1 該工程平面位置圖

2 地質條件及基坑支護方案

2.1 工程地質及水文地質條件

根據巖土工程勘察報告,場地土層自上而下依次為：雜填土，粉質粘土，淤泥，粉質粘土，中砂(夾薄層淤泥)，淤泥質粉質粘土，粉質粘土，中砂，卵石。基坑開挖范圍內地下水，主要為雜填土中上層滯水和中砂層孔隙承壓水，勘察期間混合穩定水位埋深3.10m～4.00m，如圖2所示。

圖2 工程地質剖面圖

2.2 基坑支護方案

該工程基坑采用蓋挖逆作法施工，基坑周邊采用排樁作為圍護結構，利用地下室各層樓板作為基坑水平支撐結構，豎向設置一柱一樁作為立柱，在地下室頂板達到設計強度后即同時開始地面回填及地下暗挖作業。基坑支護結構形式[2]如下:

(1)北側采用φ1000@1200長螺鉆孔旋灌注樁，外側采用800厚雙輪攪深層攪拌止水帷幕墻進行止水。為減少雙輪攪帷幕墻施工對宿舍樓造成影響，在雙輪攪外側先施工一排φ800@1200鉆孔灌注咬合樁。

(2)二環路高架橋南北端橋下位置圍護樁，采用MJS工法高壓旋噴樁，樁徑φ2100@1000，內插H300×700型鋼@1000。

(3)二環路高架橋東西兩側圍護樁采用長螺旋鉆孔灌注樁，樁徑φ1000，間距1200。圍護樁外側，采用雙輪攪止水帷幕止水，雙輪攪止水帷幕墻厚750。

(4)西南側地鐵2#線出口位置，采用SMW工法樁支護，三軸攪拌樁為φ850@600，攪拌樁內插H300×700型鋼，插二跳一。

(5)其余位置圍護樁采用長螺旋鉆孔灌注樁。圍護樁外側采用一排φ850@600三軸攪拌樁或雙輪攪止水帷幕墻止水。

3 監測方法

由于該工程西側地下室位于二環路高架橋底，北側及南側地下室與原有商場無縫對接，東側地下室緊鄰白馬河，西南側與地鐵站共用地下連續墻，且同時施工，因此給監測工作帶來很大挑戰，必須給予施工變形監測，以保證施工安全。

3.1 圍護樁深層位移監測

(1)埋設方法：圍護樁深層位移監測點，采用直徑70mm測斜管埋設于圍護樁鋼筋籠上，測斜管長度與樁長相同，埋設于圍護樁外側，埋設時將各節測斜管通過連接頭逐節聯系，內槽口及外槽口對齊。

(2)監測方法：測斜儀探頭滑輪沿測斜管內壁導槽逐漸下放至管底，自下而上每隔1m測定該點偏角值；然后，將探頭旋轉180°，在同一導槽內再測量一次，合起來為一測回。通過疊加推算得到各點的位置值，與初始值的差即為累計水平位移量。

監測采用航天部生產的cx-06B型測斜儀進行測試，標稱精度為±0.1mm/500mm。

3.2 二環路高架橋及周邊建筑沉降監測

(1)西側地下室橫穿西二環工業路高架橋，其中高架橋有3個墩位，4跨位于地下室基坑內。沉降觀測點布設于橋墩臺身底部四角，利用沖擊鉆將“L”型監測點打入橋墩結構內，每個橋墩埋設4個沉降點。

(2)在距基坑邊1～3倍范圍內建筑上布設沉降觀測點，主要為場地北側的化工機械廠宿舍樓(已拆除)、F公館、中央第五街、萬象商業廣場以及南側的寶龍城市廣場。沉降監測點布置于建筑四周±0.0以上50cm位置，每座建筑各設置4～6個沉降監測點。

利用天寶Trimble精密電子水準儀，采用水準測量方法，按表1技術要求進行觀測。通過觀測出各監測點高程，經計算可得到西二環高架橋及周邊建筑沉降變化情況。

表1 垂直位移監測網的主要技術要求 mm

4 監測數據分析

4.1 圍護樁深層位移監測變形分析

圍護樁變形監測，采用北京理正支護軟件7.0，根據各個剖面具體地質情況及圍護樁型式，計算出各個剖面圍護樁變形情況。

基坑開挖及地下室施工過程，各監測點深層水平位移-深度曲線一般為：變形曲線呈“弓”型；支護結構位移從樁底自下而上逐漸增大，負二層底板面附近水平位移達到最大值，往上受支撐結構作用[3](地下室各層樓板作為基坑的水平支撐結構)位移又逐漸減少。開挖至基坑底設計標高過程，圍護樁水平位移變形逐漸增大，開挖完樓板澆筑后，位移速率逐漸減少并趨于穩定。

4.1.1緊鄰地鐵站計算位移圖及實測位移圖

(a) (b)圖3 緊鄰地鐵站設計圖與實測圖

圖3(a)為利用軟件計算出的設計值，由圖3(b)實測曲線圖可知，監測點最大位移值21.93mm，所處深度8m，與圖3(a)設計圖基本吻合。開挖施工期間累計變形量未超出設計允許值。

4.1.2緊鄰寶龍廣場計算位移圖及實測位移圖

(a) (b)圖4 緊鄰寶龍廣場設計圖與實測圖

根據圖4(b)實測曲線分析，監測點最大位移值22.83mm，所處深度12m，累計變形值比圖4(a)設計值略高。開挖施工期間累計變形量未超出設計允許值。

4.1.3二環高架橋底計算位移圖及實測位移圖

(a) (b)圖5 二環高架橋底設計圖與實測圖

根據圖5(b)實測曲線分析，監測點最大位移值29.28mm，所處深度12m，實測變形圖與圖5(a)設計圖基本吻合。開挖施工期間累計變形量未超出設計允許值。

4.1.4緊鄰白馬河計算位移圖及實測位移圖

(a) (b)圖6 緊鄰白馬河設計圖與實測圖

根據圖6(b)實測曲線分析，監測點最大位移值21.51mm，所處深度10m，實測變形圖與圖6(a)設計圖基本吻合，開挖施工期間累計變形量未超出設計允許值。

4.2 二環路高架橋沉降監測變形分析

在地下室工程每層土方開挖前后、支護完成前后、工況發生變化時進行實時監測。在開挖深度≤5m時，按1次/3～5d；開挖深度>5m時，按1次/2～3d，開挖深度>10m時，按1次/1d。基坑封底及底板施工后，監測間隔時間適當延長。監測頻率根據監測數據情況進行適當調整，當觀測數據變化較大時加密監測，確保基坑開挖施工順利進行。

圖7 D45～D48監測點橋墩沉降曲線

由圖7曲線可以看出：該工程西側地下室基坑開挖施工期間，影響區域內的二環高架橋橋墩累計沉降-2.41～3.70mm(負值表示下沉，正值表示上浮)，沉降變化正常。各監測點在開挖施工期間未出現突變，累計沉降均在設計允許值范圍。

4.3 周邊建筑沉降監測變形分析

周邊建筑沉降觀測點在基坑開挖前先埋設測點，并測得各測點基數，且不少于兩次，取得穩定的初始觀測值，開挖后根據施工階段以及監測數據安排測試。

圖8 周邊建筑監測點沉降曲線

由圖8曲線看出：該工程地下室開挖施工期間，影響范圍內的周邊建筑累計沉降-3.65～-5.95mm(負值表示下沉)，沉降變化正常，各監測點在基坑開挖施工期間未出現突變，累計沉降均在設計允許值范圍內。

5 結論

(1)該工程地下室基坑開挖施工期間，圍護樁深層水平位移值與設計計算變形值[4]基本吻合，實測累計變形值21.51mm～29.28mm，均在設計允許值范圍內(40mm)；西側高架橋橋墩累計沉降量-2.41mm～3.70mm，均在設計允許值范圍內(±10mm)；周邊建筑累計沉降量-3.65mm～-5.95mm，均在設計允許值范圍內(±20mm)。施工期間該工程地下室主體結構沒有明顯沉降。因此，該項目基坑支護設計和蓋挖法施工是成功的。

(2)相對于明挖法，蓋挖逆作法施工確實有很大優勢，特別是在城市中心地段進行的深基坑施工，既可以保證車流和人流的順暢通行，又可盡量減少開挖施工對周邊環境影響。蓋挖法是開挖施工的首選。相信，蓋挖逆作法施工應用于深基坑將越來越廣泛。