建筑物密集区超深基坑顺做施工工法.docx
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建筑物密集区超深基坑顺做施工工法
建筑物密集区超深基坑顺做施工工法
单位：
江苏中南建筑产业集团有限责任公司
建筑物密集区超深基坑顺做法施工工法
曹文辉、王国安、王志田
江苏中南建筑产业集团有限责任公司
【摘要】结合天津市合生国际大厦工程实例，介绍地下结构全顺做法施工工艺，以及施工过程中的关键环节和控制重点。
【关键词】顺做法、深基坑、接驳器、注浆管、竖托桩、高压旋喷桩
1．前言
我国从改革开放以来，城市经济获得了较大的发展。
这也导致了城市人口数量的急剧上升以及他们对生活空间的要求越来越大，这些无形中扩大了城市规模，随着城市规模的不断扩展，土地资源越来越紧张。
这些问题的出现迫使建筑物向上向下发展，尤其是在城市核心区域出现了较多的超高层和多层地下室，基坑深度也就越来越大。
城市核心区域地下结构顺做法施工，这种敞开式的施工方法是我国较为传统的施工方法，该方法我国有丰富的设计经验和施工经验，施工操作简单质量容易控制，而且与逆作法比较较为经济，同时可以加快工程进度。
2．工法特点
本工艺是采用地下室结构全顺向的施工方法，将水平支撑与外围护结构进行连接使其作为水平向支撑体系，边挖土边施工支撑体系的顺向施工方法施工操作简单、安全可靠；本做法将地下外围护结构作为永久结构，且围护结构本身具有良好的防水性能，把外围护结构地连墙与地下室梁板有效连接作为了地下室外墙，大大降低了工程造价；对于地连墙与地下室梁板连接处的接驳器的预埋准确度和预埋质量要求很高，其外维护结构地连墙的节点施工和防水工程成为至关重要的环节。
3．适用范围
本工法适用于施工场地狭小不能够放坡开挖，且地下结构深度大，同时将地下外围支护结构作为地下室外墙的工程。
4．工程概况
天津合生国际大厦工程项目位于天津市和平区北安桥，海河西岸，多伦道以北，福安大街以南，西临兴安路，东隔张自忠路与海河岸相距约30m。
建成后将成为此处的标志性建筑。
该工程包括29层写字楼（4层商业），地下四层，主楼为框筒结构，裙房为框架结构，桩筏基础。
负二至负四层顶板结构标高分别为-6.050、-11.250、-16.200，基础底板上皮结构标高为-21.200，裙房及纯地下部分基础底板厚1200mm，素混凝土垫层厚100mm；主楼部分基础底板厚2500mm，素混凝土垫层厚100mm。
5.顺作法结构设计支撑体系概况
基坑支护采用1m厚地连墙+钻孔灌注桩钢格构柱+四道钢筋混凝土水平内支撑的支撑方式。
连续墙墙顶标高为-1.300m，墙底标高为-46.300m，墙身45.000m。
裙房及纯地下室基坑开挖深度为22m，主楼基坑开挖深度为23.3m，电梯井开挖深度为27.6m。
地下连续墙工程按不同的施工部位分为“A、B、C、D四种槽段类型，连续墙总槽段为63槽段。
地下连续墙均采用C40P10混凝土，接头形式全部为工字钢接头，地下连续墙混凝土为水下浇筑混凝土。
在地连墙全部施工完成且达到设计强度后，凿除基坑内侧导墙和开挖其上土体，施工帽梁，帽梁总长度约367.84m，顶面标高-0.6m，截面尺寸为1000mm×700mm（
）。
基坑支撑体系为腰梁（冠梁）、环梁、支撑梁和竖托桩的形式，平面布置采用中部两个相交的环梁、四周边支撑梁的形式。
四道环梁底标高分别为-3.3m、-9m、-14.9m和-20m。
竖托桩采用
1000钻孔灌注桩，上接
钢格构柱，竖托桩桩有效桩长为41m，钢格构柱插入混凝土桩钢筋笼内长度为3.5m。
腰梁（冠梁）与环梁之间的四个转角处均设钢筋混凝土板，标高与相应的环梁相同。
四道环梁上下垂直设置，平面图相似，第四道支撑的撑间板设置比前三道要少，具体详见第一道支撑平面图和竖托桩平面图。
由于每一层内支撑的高度不同，梁板标高按下平齐控制，即撑间板和支撑梁全部从原状土开始支设模板，在高低梁和梁板交接处采用吊模工艺，撑间板不单独设模板。
支撑平面图
6．工艺流程
7．操作要点
7.1机械设备准备
机械设备：
液压抓斗机、300T履带吊车、100T履带吊车、泥浆搅拌机、高压注浆泵、降水井施工设备、反铲挖土机、装载车、砼泵、潜水泵、钢筋调直机、钢筋切断机、直螺纹机等。
7.2地下连续墙施工
连续墙厚度为1000mm，墙顶标高为-1.30m（相对标高），墙底标高为-46.30m，墙深45.00m，共计63槽段，接头形式全部为工字钢接头。
垂直度允许偏差≤1/150,采用抓槽机成槽，泥浆护壁，槽壁垂直度检测，淸孔，下钢筋笼，二次淸孔，沉渣检测，水下混凝土初灌控制，接缝注浆，确保施工质量良好。
地连墙成槽
地连墙成槽检测
钢筋笼子加工
埋件安装
钢筋笼子埋件设置
钢筋笼子吊装
吊放地连墙钢筋笼入槽
地连墙浇筑砼
7.3槽段接缝部位后压浆施工
每幅地下连续墙均埋设注浆管，注浆管采用Φ28钢管，壁厚2.75mm，底部与工字钢平齐，底部焊接封口。
注浆主要为弥补工字钢背后可能出现的混凝土缺陷。
1.注浆管形式
注浆管上每隔1m设置一道注浆孔，每个部位注浆孔十字交叉对称设置，直径5mm，注浆孔内塞图钉，外侧用电工胶带缠绕3层，长度约100mm，并用铅丝进行绑扎牢固。
2.注浆管安装
注浆管与工字钢角部焊接牢固，焊缝部位需躲开注浆孔位置，焊接固定不得损伤注浆管。
3.注浆时间
4～5槽段地下连续墙连成一体，且混凝土强度大于设计强度70%即可对地下连续墙墙接缝部位注浆，注浆先对中间槽段注浆。
4.注浆要求
以注浆压力控制为主，注浆量控制为辅，注浆压力2～4Mpa，不大于6MPa，单根注浆量按4道直径1m的桩侧注浆考虑暂定为2.0t，水灰比0.5。
当注浆压力达到6MPa且浆液无法注入时即可停止注浆。
后注浆顺序应兼顾邻近连续墙施工，注浆作业与施工作业连续墙应保持一定距离，一般应不小于10m。
5.试注浆
注浆时详细记录注浆时压力的大小和注浆量，观察是否冒浆，墙顶标高有无变化，以此作为以后注浆时的调整依据。
地连墙后注浆施工
7.4高压旋喷桩施工
在每个槽段接缝处的外侧设一组旋喷桩，每组三根旋喷桩，63组共计189根旋喷桩，桩长45m，桩间咬合400mm，与连续墙咬合150mm，桩径800mm，桩顶标高-1.3m，施工采用三重管法。
高压旋喷桩引孔高压旋喷桩注浆
7.5竖向支撑格构柱施工
格构柱嵌固在Φ1000基础桩内，格构柱截面尺寸为600×600mm，采用Q235B型钢板及角钢制作，柱底部嵌固在基础桩内，嵌固深度3.5m。
钢格构柱与钢筋笼焊接后，整体吊装下入桩孔内，然后安装导管灌注砼。
该工程格构柱桩共计61根。
钢格构柱在加工厂加工完成并检验合格后运至现场。
7.6水平支撑施工
基底标高主楼为-23.8m、裙房为-22.5m，为保证结构施工安全，地下结构共设置四道支撑体系。
支撑体系与土方开挖穿插施工，第一次土方开挖至-1.300，施工第一道支撑体系，第二次土方开挖至-4.800，施工第二道支撑体系，第三次土方开挖至-10.000，施工第三道支撑体系，第四次土方开挖至-14.800，施工第四道支撑体系，第五次土方开挖至设计标高，每次土方开挖至环梁底标高以上10cm时先进行支撑体系平面放线，然后用人工进行支撑体系部位清理和平整夯实，同时浇筑50mm厚C15混凝土垫层地膜保证支撑底部强度和平整度，最后在其上进行支撑体系施工；每道水平支撑体系达到设计强度100%后进行下一步土方开挖；为了保证整个支撑体系的整体性和刚度，每道支撑体系的钢筋均采用A25@400的U型箍和A25@1000的U型斜向拉筋与地连墙纵筋进行焊接。
7.7地下连续墙与地下梁板的连接
1、地下连续墙与基础底板的连接：
地下连续墙中预埋接驳器，接驳器一端锚入地连墙、另一端锚入基础底板，相应的锚固长度均符合设计要求。
接驳器水平间距：
底板厚度为2500mm部分，接驳器间距为90mm；底板厚度为1200mm部分，接驳器间距为180mm。
2、地下连续墙与梁板连接：
地连墙与楼板交接部位增加楼面环梁与楼板进行连接，次梁钢筋锚入地连墙与楼板交接部位的楼面环梁。
地下连续墙与框架梁的连接：
在地下连续墙中的预埋接驳器，接驳器一端锚入地连墙、另一端锚入柱内，梁钢筋同样锚入柱内。
梁板钢筋与与地连墙连接节点
7.8降排水系统
基坑开挖期间布置降水井数量如下表，平面布置图见下图。
降水井工作量及结构参数表
井类型
数量
井深（m）
滤管埋深（m）
井径
（mm）
管径及材质
（mm）
疏干井1
17
28
2.5～29.0
600
325/6mm钢管
疏干井2
24
30
2.5～31.0
600
325/6mm钢管
疏干井3
4
33
2.5～33.0
600
325/6mm钢管
减压井1
2
48
44～47.5
600
325/6mm钢管
减压井2
4
41
37～40.5
600
325/6mm钢管
观测井1
6
16.5
2.5～17
600
325/6mm钢管
观测井2
4
22.5
18.5～22.0
600
325/6mm钢管
观测井3
4
41
37.0～40.5
600
325/6mm钢管
合生国际大厦降水井布置图
7.9地下室防水措施处理
地连墙自身设计为自密型混凝土，混凝土在施工过程中确保连续浇筑；地连墙各槽段之间采用"H"型刚连接方式，在每个槽段接头位置设置注浆管进行高压注浆保证接头部位的严密性；在地连墙外侧槽段接缝处施工三根高压旋喷桩，桩间咬合300mm；地连墙内部和基础底板底部做4+3厚聚酯毡胎SBS改性沥青防水卷材；在基础底板与地连墙交接部位在基础底板板中水平向交圈设置膨胀止水条两道，墙体水平向施工缝和后浇带内在板中设置止水钢板；在地连墙内部与衬墙中间设置上下贯通的导管将渗漏水通过导管汇集到车库内集水坑然后排出。
地连墙与基础底板连接位置防水措施
钢格构柱与底板连接防水措施
地连墙内部与衬墙中间设置漏水管
7.10地下结构与地连墙连接处接驳器位置控制
地连墙施工前按照图纸进行现场槽段划分定位，钢筋笼加工过程中严格按照图纸和规范允许偏差要求进行接驳器定位放置，接驳器定位后用通长钢板焊接固定保证其稳固，且做好接驳器防锈措施，地连墙钢筋笼下放至槽段时严格控制整体标高和水平向位移，以上内容做好复核工作，确保接驳器的安装质量。
地下结构与地连墙连接处接驳器施工
7.11土方施工
土方开挖方法为中心岛式开挖，环梁区域为暗挖。
挖土施工共分五步进行，开挖底标高分别为-3.3、-9、-14.9、-20、-22.5（-23.8），每一步土开挖至支撑底标高立即施工相应的砼支撑。
（1）第一步挖土
本步开挖至标高-3.3m，基坑预降水需降至开挖面以下0.5m～1m范围。
本步土开挖方式为大开挖，划分两个区域开挖，每个区域分四个施工段，采用退步法开挖，先开挖施工段一和施工段二，从基坑里侧向坡道处即1#门、2#门处退步开挖，后施工施工段三和施工段四。
每个施工段挖至环梁支撑底标高向上200mm，采用人工配合清土穿插环梁支撑施工，开挖平面和剖面图如下：
第一步土方开挖平面图
第一步土方开挖剖面图
第一步土方及支撑施工
（2）第二步挖土
本步土方开挖至-9m，划分两个施工区域每个区域划分4个施工段，首先开挖环梁内土体，等第一道混凝土支撑强度达到设计强度的100%后，开挖支撑下部土体。
整体采用退步开挖方式，到坡道位置时边开挖边修坡道，坡道两侧按1:
1放坡，坡道长49m,宽8m，坡角为10°，坡道上部满铺6m宽25mm厚钢板。
每个施工段挖至环梁支撑底标高向上200mm，采用人工配合清土穿插环梁支撑施工，第二步土方全部完成后施工栈桥。
开挖平面和剖面图如下：
第二步土方开挖平面图
第二步土方开挖剖面
第二步土方开挖及支撑施工
（3）第三步挖土
本步土方开挖，栈桥施工完成满足运土车辆通行要求，第三步土从-9.0m开挖至-14.9m，采用中心岛的形式，支撑外缘向基坑中心的4m范围内为挖掘机作业面，将环撑下部土体挖出并转运到土方传递带（8m范围，包括斜坡）上，另一台挖掘机在中心岛边缘将土方挖起装车。
栈桥向基坑方向延伸15.9m为土坡道，坡角12°，运土车停在土坡道上，坡道上部满铺6m宽25mm厚钢板。
每个施工段挖至环梁支撑底标高向上200mm，采用人工配合清土穿插环梁支撑施工，开挖平面和剖面图如下：
第三步土方开挖平面图
第三步土方开挖剖面
第三步土方开挖及支撑施工
（4）第四步挖土
本步土方开挖高度为-14～-19m，人工配合机械，严禁扰动地下原状土，注意对格构柱和栈桥桩的保护。
上部支撑体系强度未完全达到设计要求时，只进行两支撑圆环内中心岛土方的开挖。
原坡道缩短，坡道顶部铺设钢板同上步通道做法。
中心岛挖土深度增加，多增加一个阶梯，分两次倒运土方，确保每步土方不小于4m的工作面。
每个施工段挖至环梁支撑底标高向上200mm，采用人工配合清土穿插环梁支撑施工，详见挖土平面图和剖面图。
第四步土方开挖平面图
第四步土方开挖剖面
第四步土方开挖及支撑施工
（5）第五步挖土
本步土方开挖标高范围为-20～-22.5m、-23.8m，包括局部集水坑、电梯井集水坑土方，需要由机械挖到设计基底以上0.3m,剩余土方由人工配合清除，然后由四周逐步向中心挖土。
基坑开挖时不得碰撞工程桩及支护体系,并注意对降水井的保护。
桩间土全部采用小型挖掘机开挖，确保不扰动工程桩和围护支撑体系。
土方分步开挖后采用挖土机将底层基坑内土方倒运至土岛周围，然后用栈桥上的挖掘机将土方装车外运。
电梯井位置土方开挖，先由测量人员给出开挖深度和范围以及坡度，按1:
1比例放坡，用小型挖掘机逐步向下开挖，边开挖边测量，配合挖至预留人工清槽土层顶标高，对于已挖出槽底应等间距撒出白灰点作为标志防止超挖。
第五步土方开挖平面图
第五步开挖剖面图
第五步土方开挖
（6）中心岛收岛及剩余土方处理
该步土方开挖采用24m加长臂挖掘机，设置在栈桥顶部，配备运土车辆，对中心岛土方直接开挖装车。
底部配备挖掘机4台倒土至长臂挖掘机作业半径内，电梯井集水坑部位土方用小型挖掘机4台挖土。
对于机械无法施工的部位，采用人工配合清土，将松土清至机械作业半径范围内。
施工机械布置详见下图。
基底土方工程全部完成后，挖掘机采用大型吊车吊出基坑。
剩余土方清理平面示意图
剩余土方清理剖面图
中心岛出土
7．技术经济分析
通过在天津天津合生国际大厦实施地下结构全顺做法的施工工艺，证明该工艺操作简单，质量容易保证，结构稳定可靠，同时降低了工程造价，对周边建筑物影响最小。
（1）适用性
该工艺用于施工场地狭小，且地下结构深度大，同时将地下室外围支护结构作为永久结构的工程。
（2）绿色环保
采用地下连续墙作为地下室外墙的施工工艺，解决了因场地狭小而难以开挖施工的问题，极大的减少了施工占地，有利与环境保护。
（3）节省成本
通过使用该工艺不用做地下室外墙，从而使节约了人工费、材料费、机械费，减少了工程造价。
（4）缩短工期
采用该工艺结合土方开挖与水平支撑体系施工进行分段流水施工、地下结构施工与水平支撑体系的拆除进行分段流水施工，从而进一步缩短工期。
（5）对周边建筑物影响较小
合理安排施工顺序，确保对建筑物影响最小。
保证开挖了的时空效应，加快了结构封闭。
取得了很好的经济与社会效益。
8．应用前景
明挖顺做法施工工艺是我国应用较为广泛的施工方法，在大量建筑物深基坑工程及地铁工程中普遍应用。
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