華南地區(qū)超高商業(yè)綜合體地下結(jié)構(gòu)施工技術(shù)研究

錢 宏 潘 峰 徐大為

上海建工五建集團(tuán)有限公司 上海 200063

1 工程概況

華南地區(qū)佛山市海駿達(dá)項(xiàng)目位于順德區(qū)容桂街道振華社區(qū)桂洲大道中以南，教育路以西，由多棟高層住宅樓和商業(yè)樓（裙樓）、辦公樓組成，包括超高層辦公樓及酒店1棟/46層、高級(jí)寫字樓2棟/22層、住宅樓6棟/31～33層，商業(yè)裙樓4層，地下室3層（圖1）。

圖1 佛山海駿達(dá)效果圖和單體平面布置示意

海駿達(dá)項(xiàng)目總建筑面積超過(guò)510 000 m2，是佛山市標(biāo)志性的城市綜合體項(xiàng)目。其建筑單體高度達(dá)到200 m，地下室建筑面積約180 000 m2，地下深度超過(guò)20 m。根據(jù)勘察資料，主要水文地質(zhì)情況為：-22.66～-16.5 m段為全風(fēng)化花崗片麻巖，褐黃色，原巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造基本破壞，巖芯堅(jiān)硬土柱狀，手捏易散，浸水易軟化，崩解。靜止水位1.00 m，主要為地表水和潛水，據(jù)目前揭露情況看，基坑內(nèi)的水較豐富，土層透水性較強(qiáng)。

2 工程難點(diǎn)及特點(diǎn)

1）復(fù)雜地質(zhì)條件下的地基處理：現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件復(fù)雜，存在孤石、溶洞、局部場(chǎng)地淤泥層深厚等問(wèn)題，在施工準(zhǔn)備階段，利用超前鉆技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)勘探，對(duì)溶洞進(jìn)行注漿處理，采用液壓膨脹破碎機(jī)對(duì)孤石進(jìn)行膨脹爆破，局部淤泥層深厚場(chǎng)地采用素混凝土進(jìn)行置換形成復(fù)合地基。

2）超大超深基坑圍護(hù)施工：本工程基坑面積超60 000 m2，最深處達(dá)22 m，屬超深、超大基坑，基坑圍護(hù)采用支護(hù)及內(nèi)外支撐的形式確保基坑穩(wěn)定性及施工便利，同時(shí)在坑中坑的施工過(guò)程中，須重點(diǎn)考慮上下坑關(guān)鍵工序的銜接，增加合理的圍護(hù)措施以保證過(guò)渡段受力的完整性及連續(xù)性；同時(shí)針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)分區(qū)施工，根據(jù)各上部單體開(kāi)發(fā)施工先后的不同，合理安排施工順序，解決基坑內(nèi)挖土、結(jié)構(gòu)、樁基等各階段共存的施工困難。

3）深基坑換撐與地下結(jié)構(gòu)施工：本工程汽車坡道等地下建筑內(nèi)部空間缺失水平樓板結(jié)構(gòu)，存在無(wú)法起到水平換撐傳力作用的問(wèn)題，須在地下結(jié)構(gòu)施工階段考慮設(shè)置臨時(shí)傳力結(jié)構(gòu)。

3 主要施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 復(fù)雜地質(zhì)條件下的樁基及地基處理技術(shù)

項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件復(fù)雜，存在孤石、溶洞、局部場(chǎng)地淤泥層深厚等情況，樁基及抗拔錨桿施工前，利用樁位鉆探勘察技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)勘探，同時(shí)采用溶洞注漿處理、液壓膨脹破碎技術(shù)對(duì)地基進(jìn)行加固處理，以保證后續(xù)施工工序的順利進(jìn)行[1-4]。

3.1.1 樁位鉆探勘察技術(shù)

巖溶地區(qū)樁位鉆探勘察技術(shù)是工程勘察中的一個(gè)重要階段，其鉆探所獲取的地層資料、鉆進(jìn)過(guò)程中的異常現(xiàn)象、所取巖芯的裂隙溶蝕發(fā)育特征以及試驗(yàn)抗壓強(qiáng)度值等資料對(duì)樁基施工有重要的指導(dǎo)作用。首先，根據(jù)樁位鉆探勘察資料，確定終孔條件以及樁長(zhǎng)并繪制剖面圖，通過(guò)分析溶洞發(fā)育趨勢(shì)和情況，提出合理的施工工序。為了減少對(duì)相鄰樁的施工擾動(dòng)，優(yōu)先施工溶洞區(qū)域的復(fù)雜樁孔；然后，配制優(yōu)質(zhì)泥漿并采用鋼護(hù)筒護(hù)壁；在系統(tǒng)分析溶洞埋深、大小、填充物、連通性以及有無(wú)地下暗浜的基礎(chǔ)上，采取專用措施防止坍孔，為土層注漿處理做好準(zhǔn)備工作。

3.1.2 溶洞地質(zhì)注漿處理施工技術(shù)

項(xiàng)目部采用袖閥管注漿施工。袖閥管注漿法使用的注漿工具為“袖閥管”，袖閥管為內(nèi)徑50 mm、一次性使用的塑料管，由兩部分組成，注漿段為帶射漿孔的花管，注漿段以上為實(shí)管。花管每隔33 cm（即每米3組）鉆1組（6～8個(gè)孔）射漿孔，射漿孔呈梅花形布設(shè)，其外為長(zhǎng)5～8 cm的橡皮袖閥包裹。在土質(zhì)松軟部位采用壓密注漿，使得土體加固，保證其穩(wěn)定性。具體注漿施工流程為：施工準(zhǔn)備→布置鉆孔→邊界勘探→漿孔施工→澆筑套殼→下袖閥管→固管止?jié){→施工注漿→漿孔封孔→施工完成。

3.1.3 液壓膨脹爆破施工技術(shù)

在樁基施工前，必須對(duì)場(chǎng)地土層內(nèi)的孤石、傾斜巖層進(jìn)行爆破清除。我們現(xiàn)場(chǎng)采取了液壓式靜態(tài)破碎技術(shù)。與其他方法相比較，其優(yōu)勢(shì)在于破碎巖石或混凝土?xí)r不會(huì)產(chǎn)生壓力波，達(dá)到減少振動(dòng)、噪聲和粉塵的效果，而且操作簡(jiǎn)便，特別是對(duì)破碎體積小、要求短時(shí)間內(nèi)完成的項(xiàng)目非常適用。影響膨脹壓力的主要因素有環(huán)境溫度、水灰比、孔徑、填充密實(shí)度等。

液壓膨脹爆破施工的主要流程為：確定開(kāi)挖步驟→巖體調(diào)查→靜爆設(shè)計(jì)→鉆孔→選擇靜爆劑→裝藥充填→脹裂→二次破碎→清理→檢查斷面。其中，還應(yīng)注重以下關(guān)鍵內(nèi)容：

1）由于普通靜爆劑水化速度慢，水化反應(yīng)24 h后才能接近最大膨脹壓力，無(wú)法滿足爆破要求，故現(xiàn)場(chǎng)采用了K系列快速靜爆劑，可加速靜爆劑的水化反應(yīng)。

2）為使各類炮眼在脹裂時(shí)能有更多自由面，以提高脹裂效果，各類炮眼在脹裂順序上應(yīng)存在一個(gè)時(shí)間差。為此，在前排一定范圍內(nèi)可以同時(shí)裝藥，后面每排依次推遲0.5 h后裝藥破碎，以取得較好的破碎效果。

3）靜態(tài)爆破裝藥需基本填滿炮孔。根據(jù)空孔總長(zhǎng)計(jì)算，并隨孔徑、孔距而異。

通過(guò)采取以上有效措施對(duì)現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)情況進(jìn)行預(yù)處理，解決了原場(chǎng)地承載力不足、樁基施工困難的問(wèn)題，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)按照后澆帶以及上部結(jié)構(gòu)情況進(jìn)行分區(qū)施工，合理安排施工順序，解決了基坑內(nèi)挖土、結(jié)構(gòu)、樁基等各階段共存的施工困難，為現(xiàn)場(chǎng)施工帶來(lái)了極大的便利。

3.2 基坑圍護(hù)優(yōu)化及施工技術(shù)

本工程基坑支護(hù)采用3種支護(hù)形式，北面及南面采用樁＋腰梁錨索，東面及西面采用樁＋超前鋼管樁＋鋼花管土釘，東北面汽車坡道處采用樁＋內(nèi)支撐形式。海駿達(dá)廣場(chǎng)主塔樓核心區(qū)坑中坑區(qū)域水文地質(zhì)情況復(fù)雜，相對(duì)整個(gè)基礎(chǔ)底板的開(kāi)挖深度較深，基礎(chǔ)支模高度大，基礎(chǔ)施工時(shí)，周邊混凝土澆筑量大，對(duì)電梯井基礎(chǔ)模板系統(tǒng)的剛度、抗側(cè)壓力及上浮力要求高（圖2）。

圖2 基坑圍護(hù)形式及坑中坑位置示意

通過(guò)對(duì)圍護(hù)方案進(jìn)行研究分析，制定了切實(shí)可行的優(yōu)化方案。海駿達(dá)塔樓核心筒位置承臺(tái)和相鄰集水井，最大挖深較深，達(dá)5.7 m，支護(hù)形式采用φ108 mm@300 mm單排微型鋼管樁；設(shè)置1道C30混凝土頂梁（冠梁），冠梁錨入φ20 mm鋼筋與打入土中的鋼管連接，坑頂距冠梁邊4.8 m范圍內(nèi)鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片，此區(qū)域內(nèi)墊層加厚至120 mm；腰梁采用12a#槽鋼，于坑頂向下2.3 m處設(shè)置1道，并于內(nèi)襯掛鋼筋網(wǎng)噴C20，厚100 mm水泥砂漿止水；拉桿采用φ20 mm@1 500 mm三級(jí)鋼設(shè)置1道，拉桿與腰梁焊接。對(duì)于深坑轉(zhuǎn)角薄弱部位，加鋼筋混凝土斜撐及加強(qiáng)板，待承臺(tái)底板及集水井底板澆筑后拆除。

3.3 地下結(jié)構(gòu)施工及換撐施工技術(shù)

針對(duì)本工程汽車坡道處地下建筑內(nèi)部空間缺失水平樓板結(jié)構(gòu)，無(wú)法起到水平換撐傳力作用的問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)采取了增設(shè)臨時(shí)結(jié)構(gòu)，形成臨時(shí)傳力帶，待結(jié)構(gòu)補(bǔ)缺完成再進(jìn)行相應(yīng)部位拆除及回填的措施（圖3）。

圖3 地下結(jié)構(gòu)換撐示意

換撐結(jié)構(gòu)包括與原有結(jié)構(gòu)梁板連接的臨時(shí)梁板、連接在臨時(shí)梁板與支護(hù)樁之間的剛性支撐件、支撐于外墻與支護(hù)樁之間的混凝土板，以及設(shè)置于外墻與支護(hù)樁之間的填料層等。應(yīng)先在地下建筑混凝土底板與支護(hù)樁之間澆筑施工混凝土板一，進(jìn)行底面支撐，再自下而上逐層施工混凝土板二、混凝土板三及新增臨時(shí)梁板，并在臨時(shí)梁板與混凝土板之間架設(shè)剛性支撐件，使得混凝土板與相鄰的剛性支撐件位于同一水平面上，從而將外側(cè)土壓力通過(guò)混凝土板、外墻、剛性支撐件及臨時(shí)梁板，傳遞至原有結(jié)構(gòu)梁板上，實(shí)現(xiàn)土壓力的有效傳遞，從而保證地下建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。隨著梁板的逐層澆筑施工，在外墻與支護(hù)樁之間逐層施工擋土墻，并在外墻與支護(hù)樁之間回填填料層，形成傳力板帶，既起到了傳遞外側(cè)土壓力的作用，又進(jìn)一步提高地下建筑的安全性。該換撐方法可靠性高、靈活性強(qiáng)，新增臨時(shí)梁板為地下建筑施工提供了工作面，減少了資源的一次性投入，縮短了施工工期，同時(shí)保證了施工質(zhì)量，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)佛山超大型城市綜合體——佛山海駿達(dá)項(xiàng)目地下結(jié)構(gòu)施工階段遇到的溶洞地質(zhì)、多圍護(hù)體系與結(jié)構(gòu)施工等關(guān)鍵難題，研究了樁位鉆探勘察技術(shù)、溶洞地質(zhì)注漿處理施工技術(shù)、液壓膨脹爆破施工技術(shù)、多圍護(hù)體系施工技術(shù)與結(jié)構(gòu)換撐施工技術(shù)等，特別是不同結(jié)構(gòu)特性的溶洞處理技術(shù)，對(duì)于處理后的地基原位變形控制還需后續(xù)開(kāi)展進(jìn)一步的研究。通過(guò)對(duì)該項(xiàng)目超深基坑施工的研究總結(jié)，可為今后華南地區(qū)類似超高層及深基坑的施工提供參考。