三河交匯處復雜環境超大深基坑支護開挖關鍵技術分析

林佐江， 李卓文， 張秀川， 耿東各， 申雪偉

（中建一局集團建設發展有限公司，北京 100102）

1 工程概況

某建筑板塊一期工程總建筑面積約99 809.43 m2，含5 棟塔樓，整體地下3 層，局部樓座區域設置地下夾層，框架-剪力墻結構，最大高度128 m?；又荛L約530 m，面積約1.57 萬m2，開挖深度為17.093 m（局部深坑位置最大加深3.45 m），周邊環境復雜[1]。天津屬于典型軟土地區，本工程地處三河交匯之處，場地土層含水量高，地下水位較高，根據場地地層分布，將場地埋深約20.00～50.00 m 段分為2 個微承壓含水層及2 個相對隔水層。

根據地質勘查報告，場地內分布洪泛及故河道沖積層，根據其分布范圍將場地分為兩個區：Ⅰ區為無故河道分布區；Ⅱ區為故河道分布區。靜止水埋深1.8～3.18 m（大沽標高2.01～0.62 m），第一承壓含水層水頭高程為大沽標高-1.41 m，位于⑧2粉土、⑨2粉砂層，第二承壓水含水層水頭高程為大沽標高-1.55 m，位于?2粉土、粉砂層。綜合考慮，止水帷幕設計時隔斷上部潛水及第一承壓水層，有效長度34 m，端部位于?1粉質黏土。

2 基坑支護設計

基坑支護結構原設計采用800 mm 厚鋼筋混凝土地下連續墻，綜合考慮工期、成本等因素，僅保留基坑西側鄰近地鐵保護區位置地下連續墻，其余區域采用1 300 mm@1 500 mm 大 直 徑 灌 注 樁+800 mm 厚 SMC水泥土攪拌墻，在地下連續墻與水泥土攪拌墻交接處及地下連續墻接縫處采用32 根2 000 mm MJS 工法樁，變壓器狹小空間處采用21 根1 800 mm@1 300 mm MJS 工法樁[1～2]。由于天津特殊的工程地質條件，基坑支護結構原設計三道混凝土支撐，考慮樓座結構標高，為縮短基坑施工工期，將支撐形式優化為兩道混凝土內支撐。

工程位于三河交匯之處，采用SMC等厚度水泥土攪拌墻+MJS 工法樁+地下連續墻的復合止水帷幕體系，SMC 工法將液壓雙輪銑槽機和傳統深層攪拌技術相結合[3]，具備良好的止水效果。靠近變壓器的空間受限區域將SMC 等厚度水泥土攪拌墻變更為施工機械體積小、止水效果較好的MJS 工法樁，通過地內壓力監測和強制排漿，對地壓力進行調控[4]。

復合止水帷幕銜接處，合理組織地下連續墻、SMC 等厚度水泥土攪拌墻及MJS 工法樁的施工步序，同部位優先施工地下連續墻及支護樁，最后施工SMC等厚度水泥土攪拌墻。

3 關鍵技術

3.1 地下連續墻+密排支護樁

3.1.1 地下連續墻分幅施工

地下連續墻厚1 000 mm、長33.5 m、標準幅寬6 m，共31 副，采用水下混凝土C35，鋼筋籠長27.6 m，底部設5.9 m 長素混凝土段，隔斷第一承壓含水層。根據工程整體施工部署，先行施工結構處于關鍵路線的部分，故選取靠近 A 棟、B 棟樓座的 D8、D24 作為首開幅，隨后分別從首開幅兩側對稱進行施工，盡快完成先行施工結構區域土方開挖影響范圍內地下連續墻。見圖1。

圖1 地下連續墻分幅

地下連續墻接頭處采用鎖口管柔性接頭，抗剪、抗彎及止水效果差，為確?；又顾Ч?，地下連續墻接縫處和地下連續墻與SMC 水泥攪拌墻交接處外側設置MJS 工法樁作為止水的加強措施，MJS 工法樁共32 根，樁徑為2 000 mm，與地下連續墻等長，為避免地下連續墻可能出現的墻體鼓包，MJS 工法樁樁心與地下連續墻距離控制在707 mm 左右，確保搭接≮300 mm。見圖2。

圖2 MJS工法樁

3.1.2 密排支護樁施工

支護樁共254 根，樁徑1 300 mm，中心距1 500 mm，有效樁長27.6 m。場地東側區域現存3 個變壓器且沿圍墻架設有10 kV 高壓線，支護樁距離變壓器及高壓線過近，施工過程中對該路段變壓器進行停電，采用發電機供電且變壓器位置支護樁向坑內偏移300 mm。

變壓器區域先施工支護樁，再施工MJS 工法樁；提前插入非變壓器區域SMC水泥土攪拌墻施工，然后施工兩棟緊鄰樓座范圍支護樁，最后施工剩余支護樁。共分5個施工流水段，投入3臺KQ1500潛水鉆機及2 臺GPS20 磨盤鉆機。磨盤鉆機施工效率慢，但是成樁垂直度好，潛水鉆施工效率高，然基坑開挖后個別支護樁有較大擴徑現象，需進行剔鑿。

3.2 密集群樁區全回轉全套管拔樁

密集群樁區障礙樁數量過多且位置特殊，周邊先行施工結構、圍護結構及其他工程樁均已施工完畢，試鉆時障礙樁定位與原竣工圖紙不符。故將基坑開挖至廢樁頂標高位置，重新對樁位進行測量定位，采用鉆機插空試鉆后仍無法施工，判斷為障礙樁底部存在廢樁或樁身傾斜度過大，對障礙樁定位返圖，通過計算確定調整后定位，現場測設定位后確定實際障礙樁拔除數量及位置。障礙樁共計226 根，樁徑600 mm，采用SRD-2000HL 型360°全回轉套管鉆機進行樁體的清除，配套1 000 mm 鋼套管，清障深度達24 m，累計11 d拔除影響工程樁施工的21根障礙樁。

3.3 基坑降水

基坑內降水井井徑800 mm，橋式濾水鋼管井,規格377 mm×4 mm，共110口，其中90口降水井井深24 m，樓座電梯坑等深坑部位周邊20口降水井井深34 m。

觀測井G1～G6 潛水井井徑700 mm，無砂管，管徑400 mm，井深17 m；第一承壓水觀測井Y1-1～Y1-6井徑600 mm，鋼管管徑273 mm×4 mm，井深29 m，濾水段18～28 m 范圍內采用橋式濾水器；第二承壓水觀測井Y2-1～Y2-3 井徑600 mm，鋼管管徑273 mm×4 mm，井深45 m，濾水段37～44 m 范圍內采用橋式濾水器。

受工程場地影響，原基坑東側G7～G13 潛水井、Y1-7～Y1-13 第一承壓水觀測井、Y2-4～Y2-6 第二承壓水觀測井設置在圍墻外綠化帶內，后受道路施工影響無法使用，新施工井徑100 mm，管徑50 mm 的PVC 管，在不影響市政綠化及管線的情況，確?；訓|側水位觀測在監測范圍內。

濾管以上1 m 至井底對應位置回填濾料，濾料頂面以上5 m 段回填優質黏土進行封孔止水，優質黏土頂面到自然地面范圍內回填一般黏土。

3.4 雙圓環內支撐+棧橋

1）內支撐梁板采用C40混凝土，支撐梁高均為700 mm。兩道混凝土內支撐與地下連續墻及支護樁交接位置設置腰梁，腰梁與地下連續墻及支護樁植筋連接。

2）基坑施工共設計使用 3 處棧橋，棧橋 1、2 為坡道，棧橋3 為棧橋板，混凝土強度等級為C40，棧橋板厚350 mm，活荷載為泵車50 t、運土車55 t。見圖3。

圖3 棧橋

3）首道撐及棧橋1、3與支撐立柱為鋼筋混凝土柱墩式連接；第二道內支撐與立柱為格構柱四側角鋼支撐；棧橋2位于首道內支撐對撐上部，在內支撐上部起鋼筋混凝土柱作為棧橋坡道支撐。

4）基坑共設置2 道混凝土內支撐，先行施工結構采用鋼格構柱作為臨時豎向支撐，然后進行基坑整體開挖。先行施工結構支撐立柱與內支撐要求相互獨立，采用聚苯板作為分隔用模板，確保兩者不剛性連接。

3.5 雙中心島法非敞開空間土方開挖

以棧橋1、棧橋2 作為雙島式開挖的中心點，充分考慮和避讓內支撐、棧橋及先行施工結構支撐立柱位置，接力開挖，合理搭配不同規格挖機并規劃運土區域，棧橋2位置預留土臺從棧橋1位置出土坡道運輸。在挖土過程中合理安排土方開挖和支撐的施工，保證支護體系均勻、對稱受力。堅持“先撐后挖”的原則進行開挖，在對稱、間隔的前提下，待上道支撐體系達到設計強度的80%后開挖下一步土。提前建立有限元模型，確定基坑西側及東側環撐薄弱點，在施工過程中充分利用時空效應，利用留土護壁，減少相應部位槽底暴露時間。受格構柱及鋼拉梁影響區域，采用多區域小面積土方同步開挖施工技術，接力開挖，搭配不同規格挖機并規劃運土區域，快速、高效完成了深大基坑半蓋挖區域的土方開挖及倒運。

4 基坑監測

工程包括圍護施工、基坑開挖及地下結構施工等部分，對工程周邊環境的保護要求較高?；游鱾?0 m 外為地鐵站體及隧道；東側為某高層住宅小區，距離紅線最近處為40 m，共兩層地下室結構框架結構。

基坑工程的水平位移變形監測平面控制網按兩個層次布置，由平面基準點、工作基點組成變形監測控制網；由工作基點與所聯測的監測點組成擴展網。圍護結構深部水平位移監測采用TGCX-1-100B 型測斜儀，測量精度達0.1 mm。圍護結構頂部水平位移監測使用TS30 全站儀，全站儀的測角精度為0.5″。立柱沉降監測采用Trimble Dini03，儀器精度為±0.3 mm/km。地下管線監測采用Trimble DINI03 電子水準儀及配套銦鋼尺，直接在所監測的地下管線上方埋設沉降釘，通過對沉降釘的監測來反映地下管線的變形狀況。見圖4。

圖4 支護結構及周邊環境監測點

根據“時空效應”原理，減小立柱沉降量，將沉降值和沉降差動態控制在限值以內[5]。圍護結構頂部豎向位移及基坑支撐立柱豎向位移在基坑開挖過程中趨于穩定，基坑支撐立柱豎向位移最大-3.3977 mm，均在控制范圍之內。見圖5。

圖5 豎向位移

5 結語

1）本基坑支護設計基于“剛柔結合、復合支護”的理念，通過系統設計，合理布置雙圓環內支撐，整體剛度好，避讓樓座結構，同時與雙中心島法土方開挖結合良好，縮短基坑暴露時間，節約工程成本。

2）通過應用雙中心島法非敞開空間土方開挖技術，有效提升復雜基坑環境下土方開挖效率，充分保證了基坑開挖過程中先行施工結構及周邊建筑、管線、道路的安全，取得良好的實施效果。

3）SMC 等厚度水泥土攪拌墻+MJS 工法樁+地下連續墻的復合止水帷幕具備良好的止水效果，適應于多種作業環境，施工質量及施工效率高，節能降噪，施工過程安全可靠。

4）灌注排樁/地下連續墻+內支撐支護結構是軟土地區控制邊坡側向變位最有效的手段之一，本基坑形狀較為規則，內支撐結構平面剛度大，采用該支護體系基坑變形小，安全性高。