超大体积不分坑基坑设计与施工技术研究

超大体积不分坑基坑设计与施工技术研究

储军昌

上海建工一建集团有限公司200129

摘要：随着我国经济的日新月异，建筑行业也在迅猛发展。基坑工程越来越偏向于大、深、难。在现代建筑中，质量、成本、工期往往是建筑方最关心的问题。然而在保证质量的前提下，控制成本和建设周期成为企业提高竞争力的有效措施。本文结合工程实例，探讨了在超大体积不分坑基坑设计与施工阶段所需要注意的几点问题，供今后的类似工程提供借鉴与参考。

关键词：建筑工程；基坑工程；不分坑设计；不分坑施工；施工技术

Abstract:Withtherapiddevelopmentofeconomy,theconstructionindustryisalsobooming.Thefoundationpitprojectisbecomingmoreandmorebig,deepanddifficult.Inmodernconstruction,thearchitectspaymoreattentiononthequality,thecostandthetime.Itisaneffectivemeasuretoimprovethecompetitivenessofenterprisesthatcontrolthecostandtimeunderthepremiseofqualityassurance.Inthispaperbasedonengineeringexamples,severalproblemsinthedesignandconstructionstageoflargefoundationpitwhichnotbepidedintosomepartswillbediscussed.Italsocanprovidereferenceforsimilarprojectsinthefuture.

Keywords:constructionalengineering;foundationpitengineering;thedesignandtheconstructionoflargefoundationpitwhichnotbepidedintosomeparts;constructiontechnique

基坑虽然是临时的，但它在整个项目的建设中起着非常重要的作用。如果不使用合理的设计和施工方法，有可能会导致严重后果。因此，根据不同的土质条件、施工技术、设备水平和业主的实际诉求，选择最合理的设计与施工方案一直是深基坑工程研究的重要内容。同时，对于建筑公司来说，提高施工效率，保证工程质量和项目进度也是一项有效措施。在本文中，将以我司的在建项目——新地虹桥商务区主功能区物流片区1号地块南地块项目为依托，以超大体积不分坑基坑设计和超大体积不分坑基坑施工技术为研究对象，详细阐述超大体积不分坑基坑在实际中的运用。同时，也为今后的类似工程提供借鉴与参考。

1.工程概况

该项目位于上海市虹桥枢纽北侧，项目东至申昆路，南依丰虹路，西临公共绿化带，北靠宁虹路。土地总面积约为50，000平方米，由10栋高层框架结构仓储建筑和2栋2层钢结构配套建筑组成，整体设2层地下室。本工程基坑呈长方形，东西方向长度约为310m，南北方向长度为130m，属于超长基坑。

1.1地质概况

场地在深度76.5m内的地基土均属第四纪全新世（Q4）、晚更新世（Q3）沉积物，主要由粘性土、粉性土及砂土组成（详见表一）。

表一各土层特性表

图三钢管斜抛撑区剖面图

图四角撑区域剖面图

2.1围护设计

基坑大致呈矩形，长边长310米，宽约130米。基坑支护系统为插补钢型SMW施工桩，同时由两道支撑组成，也作为外侧止水带;基坑等级为2级，基坑安全等级为2级，环保等级为2级。

2.2支撑设计

基坑由钢筋混凝土制成，由顶梁制成。在整个坑支撑系统中，第一支撑系统是钢筋混凝土水平支撑。第二个支撑系统是钢筋混凝土的角撑和609钢管的斜支撑。支撑平面图如图1和图2所示。斜抛撑和角撑节点详图见图3、图4。

3．超大体积不分坑基坑施工技术

不分坑的设计方案虽然节约了工程成本，迎合了业主的工期需求，但是却在施工过程中给施工单位带来了巨大的挑战，尤其是土方开挖和换撑方案。经过多次商讨与实地考察，最终确定以下的施工方案。

3.1土方开挖

3.1.1概况

本工程土方约33万立方米，开挖分三个区（北区、南区和中间区域）（共两个阶段）：第一阶段先开挖南北两侧分区，中间大区留土在第一道支撑底部标高，以保持围护的稳定,第二阶段待南北分区第二道斜撑完成后开挖中间区，见图五。

图六挖土分区示意图

本工程主要分为三个大区开挖土方共分两个阶段（南区、北区为第一阶段，中间留土区为第二阶段）。

为确保基坑施工时土方开挖的安全性，在土方开挖之前，作业班组已经按照施工方案，将施工区域内的障碍物清楚干净，并作好了地面降排水的工作，降水工作根据现场开挖情况动态降水，沿工地围墙、临时道路设300×300mm排水沟，排水沟穿过施工便道时，排水沟上铺盖板，盖板采用角钢预制盖板制成，集水井的规格为600×600×1000mm且每隔50m设置一个，及时排除雨水及地面流水。保证开挖前土体固结达到围护设计要求的同时，满足周边管线保护的需要。

3.1.2挖土工程

中间留土区域采用1：1.5比例留坡，共两级坡，平台长度控制在8m范围内；

斜撑区域：留土采用1：1.5一级放坡形式；平台同样控制长度8m；

取土均采用大放坡方式（1：8~1：10），以便出土运输。

当基坑开挖、支撑及垫层施工时，应该尽可能的减少基坑无支撑的时间，并且严格监测基坑的变形量。底层开挖时，垫层随挖随浇，从开挖到底板垫层浇筑完成的时间应该控制在24小时内。

在相邻分区内，挖土和底部垫层的形成是交错的，这可以有效的避免由于大体量基坑卸载而导致的坑底隆起，从而防止立柱桩的不均匀沉降，和避免了坑外过大土体变形。

在第一层土开挖之前，应该先形成顶圈梁，即在三轴搅拌桩顶挖槽至压顶圈梁底，逐段的凿除围护桩顶部的泛浆，随后绑扎压顶圈梁内的钢筋。

在土方开挖的过程中，应该保护整个支撑体系，严禁抓斗敲打立柱及支撑。

3.1.3挖土方法

（1）钢筋混凝土围檩处开挖

在围护桩顶及内侧部位挖槽至围檩底，分段凿除并绑扎钢筋，并及时分段形成钢筋混凝土围檩。为确保工程进度，围檩施工安排在降水施工期间同步施工。

（2）根据现场实际情况及基坑的支护情况，把基坑分为三层，以每道支撑的底标高为分界线。

3.2混凝土支撑工程

由于基坑面积较大，为了控制混凝土收缩徐变所造成的支撑变形，故在支撑施工时，支撑分区形成，分段长度不超过40米，并结合监测数据分析其受力情况，动态调整施工参数。支撑材料运输采用塔吊。

3.2.1支撑钢筋工程

（1）主筋之间采用机械连接的方式，钢筋之间的接头在同一断面处的数量不应超过钢筋根数的50％，并错开35d。钢筋进入受力支座的锚固长度不应小于40d。

（2）当钢筋与钢立柱相撞时，钢筋应尽可能的穿过钢立柱；当钢筋无法穿过钢立柱时，需同设计协商后加以解决。

3.2.2支撑模板工程

（1）首先，挖土到钢筋混凝土支撑底部的位置，并根据设计图纸将支撑定位放样在施工现场，并放样出支撑的灰线。

（2）然后在混凝土支撑位置底部浇捣100厚素混凝土垫层，垫层上面铺油毡作为底模。垫层每边的宽度要比支撑截面的每边大100～150mm。

（3）用木模板制作混凝土支撑的侧模，并用Φ48钢管做限位，在支撑高度1/2的位置设一道Φ16对拉螺栓固定，不同方向支撑交汇处用木模拼配上铺塑料薄膜纸。在端头1/3处留设钢丝网作为侧模。

3.2.3支撑混凝土工程

（1）在本基坑工程中采用两道混凝土支撑的支撑体系。为了控制混凝土收缩徐变影响，支撑要分块、分段形成，分段长度要不大于24米，并结合监测数据分析其受力情况，动态调整施工参数。

（2）用汽车泵浇捣混凝土支撑。

（3）在浇筑每一批支撑和围檩之前，一定要按照1组/100m3标准做试块，收集28天的抗压强度值；在最后一次浇筑时中，需按要求制作两组（3d、7d）强度试块，当混凝土强度值达到设计强度值时，可以开始下层土的开挖。

3.3支撑拆除

3.3.1混凝土支撑拆除

（1）支撑拆除设想

当地下室底板施工和传力带施工全部完成，并且强度值达到设计强度后，才可进行混凝土支撑的拆除。混凝土支撑主要采静音切割与镐头机破拆结合的拆除的方式进行。首层栈桥拆除时需保证道路通畅，支撑栈桥分四次进行拆除，由西向东依次进行拆除。

（2）支撑拆除施工流程

①拆除联系梁支撑→②拆除次梁支撑→③拆除主梁支撑。特别注意：要逐个拆除支撑梁，不得大面积同时拆除。

（3）支撑拆除施工技术

1、在换撑构件的混凝土强度值达到设计强度时，可以拆除支撑梁。

2、叉车进入施工区域经过的路线楼板下方采用钢管脚手架进行加固支撑。同时，为了防止镐头机或掉落的混凝土块损坏结构实体，需进行成品保护（在底板和楼面铺设草包和钢板）。

3、拆除支撑时，配备汽车吊、大挖机及镐头机，及时将支撑及碎屑吊运出基坑。

4、作业前要进行动火审批，才能在拆除部位进行电、气焊作业，同时应该在现场采取可靠防火措施、安排专人看守，并按要求设置灭火器，防止动火引燃竹筏或者覆盖的麻袋等。

5、施工时，要先对支撑实施静音切割，在对其进行镐头机破碎。

6、支撑拆除监测

（1）在拆除砼支撑时，需要与监测单位做好配合，实现信息化施工。

（2）在拆除砼支撑时配合监测单位做好相关精密设备、测量设备的保护。

（3）在拆除支撑之前需要设置位移控制线，并且在拆除过程中严格进行日常监测，一旦发现位移超过了控制线，应立即上报并且停止施工作业。

3.3.2钢支撑拆除方案

支撑拆除的本质就是利用已施工的结构底板和倒牛腿换撑的过程，拆除时一定要注意轴力卸载的程度，因为不完全的轴向力卸载会对围护结构产生不利影响，甚至影响到围护的主要受力结构。另外，要注意钢支撑在吊运提升过程的安全性，防止其掉落。

（1）采用机械拆除方法

机械用一台50T汽车吊，及两台5T叉车。先拆连杆，后拆支撑。

（2）钢支撑拆除流程

拆除流程：释放预应力→拆609钢支撑钢管（先拆除法兰片螺栓再用释放钢支撑预应力）→人工驳运→吊车吊装，卡车运出场。

钢支撑拆除时，所需的机械为汽车吊和叉车。拆除单根支撑杆时，先释放支撑的轴向应力，松开活络端；然后从两端往中间方向分段拆，以两个竖向支承点之间的杆件为一段。用汽车吊吊住某一段，拆卸下法兰连接螺栓，然后把该段吊出基坑。

4.基坑监测及成果分析

为了确保整个基坑工程的安全施工，从而为后面的施工创造条件。从土方开挖伊始，就要严格监测基坑周边的变形，并将采集的数据进行反馈和分析，保证当发生意外时可以及时有效的控制现场，使基坑不糊受损和变形，施工能顺利进行。

4.1监测内容

a.围护墙顶变形；b.护坡顶变形；c.坑外地面沉降；d.立柱沉降；e.锚杆变形。

4.2成果分析

（1）每天进行变形观测，并随着施工进度，季节变化及天气情况进行调整。汇总每次观测后的数据，并与之前和之后记录的数据进行比较。

（2）对监测所收集记录到的数据进行讨论，分析监测结果是否会对基坑安全造成影响，并制定相应的解决方案。

经过对采集的数据进行分析，发现基坑围护的沉降及水平位移均未出现异常。最大水平位移和其他监测值也没有超过报警值，符合设计要求。

5.结语

该工程基坑采用不分坑设计，给基坑施工带来了一定程度的挑战。但由于本工程采用了合理的土方开挖方案和换撑方案，以及完善的技术措施做保障，保障了整个基坑工程顺利施工。同时，也节省了工程预算，为今后相似超大体积不分坑基坑工程提供了参考。

参考文献

[1]赵志缙，应惠清.简明深基坑工程设计施工手册.中国建筑出版社，2000

[2]杨松.浅谈建筑深基坑支护及防护技术要点.建筑知识：学术刊，2014