分坑施工法在大型深基坑施工中的应用研究

分坑施工法在大型深基坑施工中的应用研究
马辉
【摘要】在软土地区深大基坑施工中,为避免大范围开挖导致基坑内土体大量隆起,从而使周边地面出现变形,往往要求采用分坑分块施工的方式进行开挖.然而对高层建筑建设而言,其主要节点在于主楼的施工进度,分坑施工无疑将大大拖延工程整体进度.结合某高层建筑深基坑工程实践,对双塔主楼分坑的方式、边界处理、支撑体系、相邻基坑工况等进行了分析及研究,确保了基坑的安全及主楼工期,两全其美,其经验可为今后类似工程提供借鉴.
【期刊名称】《建筑施工》
【年(卷),期】2016(038)005
【总页数】3页(P546-548)
【关键词】高层建筑;基坑分块施工;双圆环支撑;边界处理;危机处置
【作者】马辉
【作者单位】上海外高桥保税区开发股份有限公司上海200137
【正文语种】中文
【中图分类】TU753
1 工程概况
上海森兰某综合体用地面积51 073 m2，总建筑面积292 457 m2。

地上建筑包括2栋17层（局部12层）办公塔楼，4层商业裙房；地下建筑面积约87 064
m2，包括2层整体地下室，层高均为6.0 m。

2栋办公塔楼为核心筒结构，周边
为型钢混凝土柱，其余采用框架结构。

本工程基坑面积约为44 232 m2，总长约为1 064 m。

裙楼区开挖深度11.65～11.85 m，主楼区开挖深度13.15 m。

基坑南侧为已建商业建筑，东侧为保护建筑杨氏民宅。

基坑西侧、北侧为轨道交通6号线高架，最近距离为34.50 m，处于轨道交通保护区外，但仍需严格控制基坑变形（图1）。

图1 基坑周边环境及基坑分坑示意
本工程基坑开挖范围内主要以淤泥质黏土为主，分布有①杂填土、②灰黄色黏土、③淤泥质粉质黏土夹黏质粉土、④淤泥质黏土、⑤1粉土、⑤2-1灰色粉质黏土夹黏质粉土。

坑底位于③层土中，土层物理力学性质较差。

2 基坑分坑及围护处理
2.1 基坑分块施工原因
1）周边环境较为敏感。

本工程北侧轨道交通高架虽然离基坑较远，但由于其对环境变形较为敏感，故该侧变形需要严格控制。

此外，基坑东侧的杨氏民宅距离基坑较近，浅基础房屋易受土体扰动产生不均匀沉降。

2）超大面积基坑一次性开挖不易控制变形。

超大面积基坑一次性开挖，往往因为基坑内支撑刚度的相对降低导致围护变形增加，卸荷范围太大，土体回弹难以控制，即使加深围护插入深度也难以弥补因坑内隆起而导致的坑外土体损失，故利用时空效应原理，将基坑分隔成多块，既加强了支撑整体刚度，又减少开挖范围，避免坑底大量隆起造成的地面沉降。

3）2栋主楼为关键节点，分坑施工可确保总体工期要求。

本工程主体结构由2栋
高层A、B及裙楼组成，其中主楼所占的面积相对较大，也是本工程的关键节点，故而从总体上考虑，应先施工2栋高层A、B所在区域的基坑，从而保证总体工期。

2.2 基坑分坑施工区域划定
本基坑从面积上而言，可分为2个基坑，但若采用2个基坑的方式，2个基坑受相邻基坑的影响不能同时开挖，无法满足工期要求[1-3]。

故以本工程关键节点的2栋高层A、B为切入点，本工程必须划分为3个基坑：A 区、B区及C区，2栋高层A、B所在区域单独划分为C区、A区，剩余裙楼部分为B区。

其中A区基坑面积为21 000 m2，C区为18 000 m2，中间B区基坑作为分隔的缓冲带，基坑面积4 100 m2，在A、C区2个基坑完成顶板后再施工。

2.3 围护形式及边界处理
2.3.1 围护形式
本工程采用钻孔排桩结合三轴搅拌桩止水帷幕作为围护体系，在环境较为敏感区域采用φ950 mm@1 150 mm钻孔灌注桩，其余区域采用φ900 mm@1 100 mm 钻孔灌注桩。

基坑竖向设置2道混凝土支撑。

为保证基底土的强度，对环境较为敏感区域进行搅拌桩地基加固，加强底部土的嵌固强度，减少侧向变形。

2.3.2 支撑形式
本工程基坑呈L形，在分坑后，C区基坑较为规则，采用传统对撑加角撑的形式（图2）。

A区基坑呈不规则扇形，形状极为不规则，无法设置对撑杆件，故而采用双圆支撑的方式进行支护。

圆环φ86 m，第1道圆环尺寸为1 800 mm×800 mm，第2道圆环尺寸为2 000 mm×900 mm（图3）。

图2 C区支撑布置
图3 A区、B区支撑布置
B区基坑面积较小，且在两侧完成后进行开挖，故其土压力仅存在于东西两侧，仅需布置部分角撑杆件支护东西侧土压力即可。

但出于施工考虑，由于两侧完成后无
太大施工空间，故需要考虑一部分挖土平台的设置，以加宽边桁架的范围。

2.3.3 边界围护处理
B区边界处挖深12.05 m，采用φ900 mm@1 100 mm钻孔灌注桩结合水泥土搅拌桩止水。

灌注桩有效桩长25.0 m。

止水帷幕采用φ850 mm@600 mm三轴水泥土搅拌桩，分别设置在分区桩两侧，防止基底涌水。

为节省工程投资，降低部分搅拌桩掺量。

位于B区外侧的三轴水泥土搅拌桩有效长度为17.5 m，坑底以上水泥掺量为10%，坑底以下水泥掺量为20%，位于B 区内侧的三轴水泥土搅拌桩有效桩长为17.50 m，水泥掺量为13%，B区边界围护剖面如图4所示[4-6]。

图4 B区边界围护剖面
2.4 相邻基坑工况设计
A、C区间隔距离为24～50 m，根据相邻基坑的相关研究，基坑间间距在2倍开挖深度以外基本无太大影响。

按照普遍挖深分析，本基坑A、C区2个分区间基本已处于影响范围外，但仍需协调之间的相互工况，尽量做到2区工况的统一，避免产生附加变形及内力。

故对本基坑进行了工况设计。

2.4.1 A、C区工况
1）场地平整，打设工程桩、基坑周边围护结构、钢立柱和加固体，对A、C区进行基坑降水；
2）开挖A、C区及B区土体至第1道支撑底标高，浇筑混凝土压顶梁及第1道支撑（B区仅开挖支撑部位土体）；
3）分块开挖A、C区土体至第2道支撑底标高，浇筑A、C区基坑围檩及第2道混凝土支撑；
4）分块开挖A、C区基坑土体至基底标高，及时浇筑A、C区垫层和基础底板；
5）待A、C区基础底板及换撑板带达到设计强度的80%，拆除第2道支撑，往上施工A、C区地下2层结构，并设置换撑板带。

2.4.2 B区工况
1）待A、C区地下1层结构梁板达到设计强度的80%后，密实回填周边空隙；2）分块开挖B区至第2道支撑底标高；浇筑B区基坑围檩及第2道混凝土支撑；3）分块开挖B区基坑土体至基底标高；及时浇筑B区垫层和基础底板，并设置底板换撑板带；
4）拆除第2道支撑，往上施工B区地下2层结构，并设置换撑板带；
5）拆除第1道支撑，往上施工B区地下1层结构；
6）密实回填周边空隙，连通A、B区和B、C区地下室顶板，并凿除分区墙、连
通地下室各层楼板、框架梁、底板等构件（图5）[7-9]。

3 危机处理
3.1 危机产生的原因
A区第3层土方开挖过程中，在现场巡视中发现A区东南角第2道混凝土支撑与
围檩连接处（CX6测点附近）一段长2 m圆环径向支撑杆件受到剪切破坏（图6）。

图5 B区开挖剖面示意
图6 圆环支撑梁剪切破坏
随即召开专题会议，分析可能原因为如下几种情况。

1）原先该部位局部支撑设置不合理，导致荷载传递路径不明确；
2）该部位的围护墙体测斜过大（超警戒值较多），导致支撑受力较大。

3.2 危机解决方案
经研究采取如下加固方案[10-11]。

1）布置3根H型钢进行临时加固，采用400 mm×400 mm×13 mm×21 mm
的H型钢，端头模板在钢筋混凝土支撑上采用化学锚栓居中固定，化学螺栓锚入钢筋混凝土支撑21 cm，外露5 cm。

2）型钢支撑形成后在图7中阴影部分浇筑厚250 mm钢筋混凝土临时加劲板，配筋为φ10 mm@200 mm双层双向三级钢。

混凝土支撑侧板筋采取植筋，锚入支撑内部150 mm，型钢侧板筋搁置在翼板上，并延伸至对边。

3）针对支撑裂缝进行灌浆修复，并采取钢板包裹加固。

3.3 实施效果
按照该加固方案实施后，该部位裂缝没有进一步的开展，直至A区第2道支撑全部拆除完毕，该部位一直处于安全状态。

4 工程实施效果分析
该基坑于2015年1月开始围护施工，2015年5月进行土方开挖，2015年10月8日C区大底板完成，10月18日A区大底板完成，至2015年12月完成A、C 区地下室结构，从开挖至A、C区地下室完成历时8个月，完成了主要节点目标的施工。

图7 圆环支撑梁加固
在A、C区开挖阶段，西北侧地铁高架区间段墩台监测点累计下沉变化量在
0.14～0.64 mm之间，未超报警值10 mm，周边管线处于安全范围内。

墙体测斜方面，除A区支撑裂缝处测斜点外基本满足设计要求。

此外，在A区圆环支撑的基坑南侧测点CX6的变形最大，向坑内位移为91.76 mm，超报警值30 mm。

经分析，主要原因如下。

1）由于土方开挖期间开挖速度较快，垫层及底板没有跟进，基坑暴露时间较长，以及坑外重型机械活动产生的动载，导致监测数据发生明显变化。

2）该部位位于圆环的最薄弱处，刚度相对较小，加上该部位位于围护体向基坑内凸的阳角，造成该部位的位移较大。

参考文献
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