一、工程概況
1. 工程概況
天津某工程總用地面積 26666.7m 2 ，場(chǎng)地內(nèi)擬建兩幢分別為 358m（二號(hào)塔樓）和 102.9m（一號(hào)塔樓）高度的塔樓以及 3 層裙房，整體設(shè)置 4 層地下室�；用娣e約為 22900 m 2 ，周長(zhǎng)約為 585m�；油谏钏䴓菂^(qū)域約為 20.6m~23.1m，裙樓區(qū)挖深約 20m。工程處于新開(kāi)發(fā)區(qū)域，周圍尚無(wú)建成的建（構(gòu)）筑物�；厮闹艿牡缆泛偷缆废乱崖裨O(shè)的市政管線為本工程的保護(hù)對(duì)象。圖 2-10 為本工程的塔樓、裙樓分布和周邊環(huán)境條件情況。
圖 2-10 塔樓、裙樓分布和周邊環(huán)境條件情況
2. 工程地質(zhì)概況
擬建場(chǎng)地位于天津市塘沽區(qū)海河南岸，場(chǎng)地總體地勢(shì)平坦，僅四周地勢(shì)略高，地面大沽高程介于 2.04～1.25m�；娱_(kāi)挖深度范圍之內(nèi)的場(chǎng)地土層主要以粉質(zhì)粘土為主，淺層分布有較厚的流塑淤泥質(zhì)粘土，深層分布有深厚的粉、細(xì)砂微承壓含水層，微承壓含水層頂板已基本接近基坑底部。場(chǎng)地內(nèi)土層部分物理力學(xué)指標(biāo)如表 2-10 所示。
二、基坑總體設(shè)計(jì)方案選型分析
類似特點(diǎn)和規(guī)模的基坑工程基于不同的經(jīng)濟(jì)性和工期等因素的要求，可選擇的總體方案一般有“整體順作”、“全逆作”、“分區(qū)順作”和“順逆結(jié)合”。
本工程的兩幢塔樓均為超高層建筑物，塔樓核心筒、框架柱等豎向承重結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量至關(guān)重要。全逆作法根據(jù)其自身工藝特點(diǎn)，要求塔樓地下部分豎向承重結(jié)構(gòu)留設(shè)多道施工縫，對(duì)塔樓豎向承重結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)、抗震等性能有不利影響，因此兩幢塔樓均不適宜采用逆作法實(shí)施。同時(shí)考慮到塔樓區(qū)域所占地下室面積相當(dāng)大，因此“全逆作法”或“順逆結(jié)合”方案均不適合在本工程中應(yīng)用。
因此從技術(shù)可行性角度，本工程可采用以下兩套總體方案設(shè)計(jì)思路：
1. 方案一：整體順作方案
裙樓和塔樓基坑作為一個(gè)整體同步實(shí)施，根據(jù)本基坑工程的面積和開(kāi)挖深度、地下室外墻與紅線的關(guān)系以及周邊的環(huán)境，本工程應(yīng)采用板式圍護(hù)體結(jié)合坑內(nèi)設(shè)置多道支撐的支護(hù)體系。
2. 方案二：分區(qū)順作方案
考慮到 358m 高的二號(hào)塔樓的工期是本工程的控制工期，為加快整體工程的工期，首先對(duì)該塔樓區(qū)域進(jìn)行單獨(dú)圍護(hù)，采用順作法施工，待該基坑工程結(jié)束、進(jìn)入上部結(jié)構(gòu)的施工之后，才采用順作法實(shí)施剩余的裙樓和一號(hào)塔樓基坑。同樣，分區(qū)基坑均采用板式圍護(hù)體結(jié)合坑內(nèi)設(shè)置多道支撐的支護(hù)體系。分區(qū)順作設(shè)計(jì)方案平面圖如圖 2-11 所示。
圖 2-11 分區(qū)順作設(shè)計(jì)方案平面圖
根據(jù)對(duì)方案的工程量對(duì)比分析，分區(qū)順作方案由于需要設(shè)置一道臨時(shí)隔斷圍護(hù)體，因此工程量相比整體順作方案有較大幅度的增加；同時(shí)從工期角度，將較大幅度地增加一號(hào)塔樓的總工期。因此經(jīng)與業(yè)主溝通，本工程選擇整體順作方案。
三、圍護(hù)體選型分析
根據(jù)軟土地區(qū)已實(shí)施的大量基坑工程的成功實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，類似深基坑工程中可供選擇的圍護(hù)體有型鋼水泥土攪拌墻（SMW 工法）、灌注樁結(jié)合隔水帷幕以及地下連續(xù)墻。
1. SMW工法
現(xiàn)階段可供選擇的 SMW 工法樁抗側(cè)剛度較為有限，在軟土地區(qū)開(kāi)挖深度超過(guò) 13m 的深基坑工程中，采用工法樁時(shí)基坑的變形較難控制。而本基坑工程面積大，開(kāi)挖深度深達(dá)到20m～23.1m，經(jīng)初步估算，即使采用目前可供選擇的工法樁中剛度最大的 Φ1000@750 三軸水泥土攪拌樁，并滿插 H850×300×16×24 型鋼，計(jì)算變形大，不能滿足規(guī)范的要求，而且三軸水泥土攪拌樁一旦開(kāi)裂，會(huì)影響到圍護(hù)體的止水可靠性。
另外本工程地下室開(kāi)挖深度深，體量超大，其施工工期相對(duì)較長(zhǎng)，初步估計(jì)圍護(hù)體施工至±0.000 工期在一年以上。采用 SMW 工法樁，不僅型鋼用量大，型鋼租賃期也較長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)性較差。綜上所述，方案設(shè)計(jì)不考慮采用 SMW 工法樁作為圍護(hù)體。
2. 鉆孔灌注樁結(jié)合隔水帷幕
鉆孔灌注樁結(jié)合隔水帷幕作為一種成熟的工法，其施工工藝簡(jiǎn)單、質(zhì)量易控制，施工時(shí)對(duì)周邊環(huán)境影響小，在天津以及長(zhǎng)三角等軟土地區(qū)應(yīng)用十分廣泛，尤其適用于順作法基坑工程。隔水帷幕可根據(jù)工程的土層情況、周邊環(huán)境特點(diǎn)、基坑開(kāi)挖深度以及經(jīng)濟(jì)性要求等綜合因素選用合適的工藝。
鉆孔灌注排樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工便捷，造價(jià)經(jīng)濟(jì)。圍護(hù)樁一般設(shè)置于地下室以外距地下室外墻 800mm 的位置，僅在基坑開(kāi)挖階段用作臨時(shí)圍護(hù)體，且在主體地下室結(jié)構(gòu)平面位置、埋置深度確定后即有條件設(shè)計(jì)、實(shí)施。圖 2-12 為鉆孔灌注樁結(jié)合三軸水泥土攪拌樁圍護(hù)剖面圖。
圖 2-12 鉆孔灌注樁結(jié)合三軸水泥土攪拌樁圍護(hù)剖面圖
3. 地下連續(xù)墻
地下連續(xù)墻具有抗側(cè)剛度大、可有效控制基坑變形保護(hù)周邊環(huán)境，以及施工工藝成熟等諸多優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)在周邊環(huán)境保護(hù)要求高以及基坑開(kāi)挖深度大的基坑工程中得到了大量的應(yīng)用。地下連續(xù)墻既作為基坑開(kāi)挖階段的圍護(hù)體，同時(shí)作為地下室的結(jié)構(gòu)外墻，稱為“兩墻合一”。
地下連續(xù)墻整體剛度大于分離式的鉆孔灌注圍護(hù)樁，因此基坑開(kāi)挖階段水平變形比鉆孔灌注樁小，且基坑挖土施工時(shí)周邊滲漏情況一般比鉆孔灌注圍護(hù)樁少。由于兩墻合一可充分利用地下空間，并且可節(jié)約地下室外墻費(fèi)用，因此經(jīng)濟(jì)性較好。
“兩墻合一”地下連續(xù)墻形式近年來(lái)在天津及長(zhǎng)三角等軟土地區(qū)得到廣泛的應(yīng)用，并在實(shí)踐中已經(jīng)發(fā)展并形成了成套的設(shè)計(jì)理論和專項(xiàng)施工技術(shù)，幾乎已成為類似面積和深度規(guī)模基坑工程首選的圍護(hù)體形式。但對(duì)于本工程而言，由于工期緊迫，且難以及時(shí)提供“兩墻合一”地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)所需的相關(guān)主體地下結(jié)構(gòu)資料，因此經(jīng)權(quán)衡，最終確定選擇鉆孔灌注樁結(jié)合三軸水泥土攪拌樁隔水帷幕作為圍護(hù)體。
四、水平支撐體系選型
深基坑板式支護(hù)體系中常用的水平傳力體系有水平支撐和錨桿兩種形式。本工程基坑開(kāi)挖深度范圍內(nèi)分布有較厚的高壓縮性的軟弱淤泥質(zhì)粘土，該土層中難以提供錨桿足夠的錨固力；而且四周緊鄰下方埋設(shè)有眾多市政管線的道路，采用錨桿很難滿足受力和對(duì)周邊環(huán)境的保護(hù)要求；此外本工程地下室外墻與用地紅線的距離較小，也不具備施工錨桿的空間。綜合以上三方面的因素，本方案選用水平內(nèi)支撐作為基坑開(kāi)挖階段的水平傳力體系。
1. 支撐材料選型分析
深基坑工程中水平支撐主要有鋼筋混凝土支撐以及鋼支撐兩種形式。鋼筋混凝土內(nèi)支撐具有剛度大、變形小的特點(diǎn)，對(duì)減少圍護(hù)體的水平位移，并保證圍護(hù)體穩(wěn)定具有重要作用。同時(shí)混凝土支撐施工適應(yīng)性強(qiáng)，可適用于各種復(fù)雜形狀和基坑面積超大的基坑工程。采用鋼筋混凝土支撐體系，第一道支撐桿件在適當(dāng)加強(qiáng)后又可作為施工中挖、運(yùn)土用的施工棧橋和材料的堆放平臺(tái)，可以解決施工場(chǎng)地狹小的問(wèn)題，同時(shí)又方便施工，加快了出土效率，降低了施工技術(shù)措施費(fèi)。由于施工棧橋與第一道支撐結(jié)合設(shè)計(jì)，大大節(jié)省了工程造價(jià)。
由于本基坑工程面積大、開(kāi)挖深度深，采用鋼支撐體系主要有四個(gè)方面的不利因素：
其一，由于基坑面積大且開(kāi)挖深度深，采用鋼支撐桿件較密集，挖土空間較小，在一定程度上會(huì)降低挖土效率；
其二，基坑面積巨大，單個(gè)方向鋼支撐長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，拼接節(jié)點(diǎn)多易積累形成較大的施工偏差，傳力可靠性難以保證；
其三，基坑長(zhǎng)、寬兩個(gè)方向距離均較大，鋼支撐剛度相對(duì)較小，不利于控制基坑變形和保護(hù)周邊的環(huán)境，不能滿足對(duì)鄰近市政管線的保護(hù)要求。
其四，本工程屬深大基坑，基坑周邊施工場(chǎng)地狹小，需設(shè)置施工棧橋作為挖運(yùn)土平臺(tái)和材料堆場(chǎng)，如采用鋼支撐必須設(shè)置大面積的鋼平臺(tái)，會(huì)大大增加工程造價(jià)。
綜上所述，采用鋼支撐體系在技術(shù)上不合理，因此支撐材料選用鋼筋混凝土支撐體系。
2. 支撐平面布置分析
鋼筋混凝土支撐體系可采用圓環(huán)支撐布置形式（如圖 2-13 所示）以及對(duì)撐角撐布置形式（如圖 2-14 所示），兩種支撐體系布置形式各有特點(diǎn)，從技術(shù)角度上都能滿足本基坑工程的要求。但對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，本工程采用圓環(huán)支撐布置形式，基坑中部的開(kāi)敞空間更大，利于土方開(kāi)挖；同時(shí)也能夠避開(kāi)絕大部分的塔樓核心筒與框架柱，有利于地下結(jié)構(gòu)的施工。因此方案設(shè)計(jì)最終確定了采用圓環(huán)支撐布置形式。
五、最終選擇的支護(hù)設(shè)計(jì)方案
基于以上對(duì)總體方案選型、圍護(hù)體選型、支撐選型等的技術(shù)可行性分析，也對(duì)可能采用的總體方案（整體順作和分區(qū)順作）及各種不同圍護(hù)結(jié)構(gòu)（地下連續(xù)墻和鉆孔灌注樁結(jié)合隔水帷幕）、坑內(nèi)支撐體系（圓環(huán)形鋼筋混凝土支撐及對(duì)撐角撐布置的鋼筋混凝土支撐）等的不同組合從工程經(jīng)濟(jì)、工期上進(jìn)行了充分的對(duì)比和分析，從而確定最終采用“整體順作＋鉆孔灌注圍護(hù)樁＋隔水帷幕＋四道鋼筋混凝土圓環(huán)形支撐”的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案。
