中国二十冶集团有限公司广东分公司 广东珠海 519000
摘要：随着经济的不断发展，城市建筑在不断拔高，基坑的开挖深度也在逐步加深，设计难度愈发增大。基坑支护的安全性直接影响着整个工程的进度和安全，基坑开挖过程中要考虑众多因素影响，确保工程建设安全、经济、科学的根本保证。
关键词：深基坑；支护；栈桥；拆撑；监测
0 前言
随着我国的经济实力飞速的发展，我国的基坑工程及施工技术逐渐成熟，由于土地的紧缺，充分利用地下空间来建造商场、地下车库及人防设施势在必行。同时城市高层、超高层建筑越来越多，这些建筑大都有1~3层的地下室，基坑开挖深度一般可达到5m-20m。
为了适应越来越深的基坑工程，深基坑施工技术不断提高和创新，以适应工程的需要。沿海地区由于其具有地质条件差，地形复杂，地下水位较高的特点，深基坑工程施工工艺需进一步的研究和发展。
1 工程概况
1.1 工程简介
中冶口岸大厦工程拟建场地位于珠海市横琴新区福临道东侧、港澳大道南侧、十字门水道西侧、濠江路北侧交通便利。占地总面积约19897.6 m2，工程建筑总面积为200108.3m2，分两栋塔楼和裙房，地下四层，工程基坑开挖深度为17.50~18.00m，基坑周长约471m，基坑支护拟采用旋挖桩+水平钢筋混凝土内支撑+三轴搅拌桩止水。基坑竖向设置三道钢筋混凝土支撑，支撑立柱采用灌注桩内插钢格构柱，栈桥区域为灌注桩内插φ1000×25钢管混凝土柱，坑底以下采用φ1600钻孔灌注桩，格构柱（钢管混凝土柱）插入灌注桩不少于2.5m（3.5m）。基坑支护平面图如图1。
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图1 基坑支护平面图
1.2 工程地质条件
拟建场地主要由人工填土（Q4ml）层、第四系海陆交互相沉积（Q4mc）层、第四系残积（Q4el）层及燕山期侵入花岗岩（γy）层构成。各土层由上到下分别为：填土层、冲填土层、淤泥层、可塑黏土层、软塑黏土层、砾砂层、砾质粘性土层，各土层物理力学性质如表1
表1 各土层物理力学性质表
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图2 基坑典型剖面图
1.3 工程水文条件
场地地下水属潜水类型，主要埋藏在场地人工填土层及第四系海陆交互相沉积层中，其主要补给来源为大气降水。场地地下水位深度为0.12～1.45米，相当于绝对标高为2.42～3.89米之间，地下水变化幅度在0.5～1.0m之间。本场地地下水环境类型为Ⅱ类环境。场地地下水在强透水层中对混凝土结构具弱腐蚀性，在弱透水层中对混凝土结构具微腐蚀性。长期浸水时，对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性，干湿交替时，对钢筋混凝土结构中的钢筋具弱腐蚀性。
2 基坑支护体系优化
考虑到基坑面积较大，基坑支护内支撑采用钢筋混凝土角撑+对撑的方式，原设计方案中在基坑中间设置一道对撑，由于本工程由两栋塔楼组成，南北塔楼位置均不能满足先行施工的条件下，采用此支撑方式，相当于整个支护体系为一个整体，在地下室施工阶段，在支撑拆除前，必须将每层板全部施工完毕后，方能进行上道支撑梁拆除，不能形成流水施工，在支撑拆除时，结构施工人员可能出现窝工现象，不利于施工组织和节约成本。
因工程分南北两栋塔楼，为了保证两个塔楼区域地下室楼板施工相对独立，保证结构施工流水，将支护体系拆分为两个部分，采用四个角撑+两道对撑，其中一道对撑设置栈桥，采用此设计方式可加快施工速度，减少窝工现象，保证基坑安全，有利于节约成本。
3 基坑降水、止水
3.1 坑内降水
基坑土方开挖范围为流塑性状态的厚层淤泥，坑内降水主要采用明排法，在土方开挖前，坑内设置纵横向明沟并每隔一段距离设置集水井，及时将浅层地下水和雨水及时组织强排到基坑外，保证坑内积水少，便于机械作业。
3.2 三轴搅拌桩止水帷幕
为了保证基坑安全，在灌注桩外围打设三轴搅拌桩止水帷幕，止水帷幕采用单排三轴搅拌桩φ850@600，搅拌桩要求穿过淤泥层或基坑底进入粘性土层不少于2m。正式开始施工前选取3-4个施工区域进行试桩，通过试桩确定以下参数：水泥掺入比不小于15%，即被搅拌土体中水泥掺入量不少于220KG×3/m；水灰比0.45～0.55；搅拌提升速度0.6—1.0m/min。
施工前对所有三轴搅拌桩进行编号，划分区域，确定每台桩机施工范围，为了保证基坑内不漏水，确保基坑安全，所有三轴搅拌桩采取套打方式，并根据套打的原则对每台桩机施工范围的桩基编制序列号。围护结构施工时须确保24小时连续施工，已避免产生施工冷缝。由于机械设备故障或其它原因，使相邻桩位的施工间隔超过24h时，出现冷缝则采取在冷缝处搅拌桩外侧补搅素桩方案，在搅拌桩达到一定强度后进行补桩，以防偏钻，保证补桩效果，素桩与围护桩搭接厚度约10cm，水泥掺量为20％。
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图3 三轴搅拌桩套打示意图 图4 冷缝处理示意图
4 栈桥设计
受内支撑支护方式和淤泥层影响，无法使用传统的出土坡道出土，设计采用混凝土栈桥结合出土坡道进行土方开挖外运。且因场地限制，钢筋、模板等材料缺少场地堆放，无法储存过多材料，地下室结构施工阶段材料的不足可能影响整个结构的施工进度。
为了方便土方开挖阶段土方开挖和运输，并在地下室结构施工阶段增加周转材料场地，一道对撑最上一道支撑增加300mm钢筋混凝土板，作为土方开挖的平台、运输土方车通道以及地下室结构施工材料周转场地。此设计最大限度的发挥施工机械的工效，加之施工过程中的精心管理，在本工程中取得显著的效果。
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图5 栈桥剖面示意图
5 土方开挖
中冶口岸大厦基坑面积约12700m2，土方开挖深度约18m，土石方量约为23万m³以上，基坑规模大。而且施工工期较紧张，基坑支护的三道内支撑穿插在土方开挖施工中施工。沿基坑边留设四个出土口，分别为北面一个出口，西面三个出口，从各个出泥口延伸至基坑内修筑施工便道。按照每天平均出土4000m³进行考虑，高峰土方开挖需出到8000m³。第一层土方开挖比较简单，可以大面积强制切土，开挖至冠梁底，运土车辆全部进入基坑装土外运；从第二层以下挖土时，挖机及土方车辆利用栈桥装土外运。
基坑支撑平面布置成四个角撑+两个对撑，根据支撑布置形式及其规模基坑挖土采用分分区、层挖土方式，挖土时平面分区分块，立面分层分次。土方开挖分中央自由开挖区和基坑周边开挖控制区（详见图5），中央开挖区采用分四大层级开挖，各层级每次开挖高度不超过2m，基坑周边开挖控制区控制开挖分层为淤泥层0.5m，黏土层1m，分段开挖每段长度不得长于30m，且隔段开挖，开挖土方应通过挖机转土后装运。基坑分4层8次开挖，每层挖土以每道支撑梁底标高为分界线，分别为+1.25m、-4.15m、-8.05m、-18.80m。第一层至第四层土体优先挖四周（支撑角撑以外）后挖中间部分的挖土方式，以便及早形成栈桥及支撑桁架，尽量减少基坑无挖土支撑的暴露时间，严格控制基坑变形。
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图6 土方开挖分区示意图
6 换撑及拆撑
6.1 换撑。
在地下室结构施工阶段，基坑支撑梁需随着结构的施工进行拆除，由于基坑较深，为了保证基坑支护体系的安全，需在拆除前进行换撑，所谓换撑，即为在支撑拆除后，将支护体系水平内力转换到结构楼板内。换撑结构可分为梁式换撑和板式换撑，本项目采用梁式换撑方式。
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图7 换撑示意图
在地下室坡道由于其板为斜面，而地下室外侧每道换撑均与楼板中心对齐，支撑水平力传递到楼板上时，在坡道处不能有效的将水平力继续传递，特别是坡道侧壁与地下室外墙重合的情况下，如不采取措施，地下室外墙等于是悬臂结构，在上部水平力作用下，很可能出现裂缝导致外墙渗漏水。
为了解决坡道处传力问题，在地下室外墙和坡道另一侧壁混凝土浇筑前，按照2m一道齐平相应楼层板预埋500*500*15mm钢板，结构施工完毕，进行换撑施工时，在坡道内采用Q345B钢管进行支撑，将支护水平力通过钢管传递到楼板上，解决了坡道处基坑支护水平力无法传递的问题。
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图8 坡道换撑示意图
在地下室面积较大时，通长设置后浇带，后浇到往往将地下室底板或楼板分割成几大块，换撑产生的水平力传递至后浇带时，无法继续传递，在外力作用下可能导致柱子、外墙出现裂缝，影响主体结构质量和安全。因此在底板或楼板施工时，在后浇带部位梁板内预埋型钢，通过型钢将因后浇带断开的楼板连接为一体，是整个底板或楼层形成一个大的支撑体系，保证结构安全。
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图9 后浇带传力杆示意图
6.2 拆撑
钢筋混凝土支撑梁随地下室结构的施工过程中进行拆除。传统的基坑拆除方法为风镐凿除、静力爆破等方法，存在功效低、噪声大、扬尘多等缺点，且拆除后需要大量的人工进行清理，工期长。本工程采用金刚石绳锯切割支撑梁技术，利用制作好的钢马凳放置在需要切除的支撑梁下，在钢马凳和支撑梁之间垫方形枕木，保证切除后支撑梁钢筋混凝土块稳定，然后利用金刚石绳锯按照划好的线进行切割，切割好的混凝土块吊运至场外后进行破碎。
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图10 金刚石绳锯切割施工图
7 深基坑信息化监测
深基坑工程施工过程中进行信息化施工监测，有利于实时掌握围护结构及周边环境的动态变化，根据监测结果动态调整、优化施工参数，指导施工，并根据监测信息和施工参数的变化规律预测下一步施工工况，及时提出相应对策，基坑变形累计监测结果见表2
表2 基坑累计监测结果表
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根据监测结果显示，基坑顶部位移及沉降最大变化点均为WY13，位于基坑西侧，水平位移为23.3mm，朝基坑内测位移，最大沉降量为18.7mm，均满足最大限值要求。
立柱沉降最大点为L08，累计沉降量为15.4mm，约为基坑监控值的51%，由于支护桩外侧采用三轴搅拌桩止水帷幕止水，止水效果较好，围护结构渗漏较少。地下水位变化小于等于2000mm，最大值为599mm，满足设计要求。
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图11 各立柱沉降监测点变化曲线
围护结构深层水平位移（测斜）变化最大点为CX19，从变化曲线来看，随着深度的不断增加，最大位移点逐渐下移，基坑开挖至基坑底后，位移逐渐减小，位移最大点位于20m深度，即约为基坑底以下2m位置，监测值为48mm，为监测控制值的96%，基坑底板浇筑完毕后累计值变化较小，支撑拆除过程中基坑变化值不大，变化曲线详见附图10。
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附图12 CX19监测点变化曲线图
8 结束语
深基坑施工过程中，通过对结构支护体系的优化，满足后续结构施工的要求，发挥支撑支护体系的最大优势。对撑体系采用对撑栈桥二合一方案，利用栈桥作为出土平台和结构施工材料堆放场地，解决了因工程场地狭小空间布局受限的问题，
结构施工过程中，通过换撑、传力等措施，使地下室结构施工与支撑拆除施工相互配合，既满足结构施工的进度和质量，又保证了基坑的安全。