梁广勇
广州机施建设集团有限公司 广州 510115
摘要：在深基坑工程中，中心岛法优势明显，不仅可以降低工程造价，还可以加快中心岛区域主体结构的施工进度。本文以广州市某设计院深基坑支护工程为背景，着重介绍了中心岛法设计方案的选择及施工工况流程。结合工程施工实况，较好地解决了基坑止水、位移、土方开挖等问题，可供相关工程借鉴。
关键词：深基坑；中心岛法；设计方案；施工工况流程
Desigh and construction of a Guang zhou project in Deep Foundation Excavation
Liang GuangYong
（Guangzhou Jishi Consruction Group Co.，Ltd.Guangzhou 510115，China）
Abstract：Central-island method has very obvious advantages in the deep foundation Excavation engineering．The project cost and construction period of major structure in central-island zone are saved by using the new method．This paper takes the Guangzhou desigh institute’s office building deep foundation excavation project as the basis，choice in the desigh of the central-island scheme and the construction process is emphatically introduced．Combined with the construction reality，the problem of waterstop，displacement，excavated earthwork is solved，which has certain reference value for the similar engineering．
Keywords：deep foundation excavation；central-island method；desigh scheme；construction process
1.引言
珠江三角洲地区属于冲积平原地貌．土层中常埋有较厚的饱和淤泥质土和粉细砂。因此在深基坑支护结构设计与施工中克服上述不利地质因素往往是问题的关键。本文通过一个周围紧邻建筑物和主干道的工程实例．介绍不易产生渗水、管涌和较大位移，不仅能保证安全，又能降低造价，易于施工，缩短工期的深基坑支护结构体系。
2.工程概况
本办公大楼工程位于广州开发区科学城，光谱路以北，光宝路西侧，紧邻居民楼、办公楼、交通要道等。基坑工程为临时结构，主要为大楼的地下室施工服务，主体大楼框架一剪力墙结构，地上15层，塔楼部分二层地下室，东侧局部一层地下室。A区地下室底板底埋深-9.4m。局部电梯井底埋深-12.2m，B区地下室底板底埋深-5.4m，基坑面积约10264m2。
本工程基坑东西向长度为190.3m，南北向最宽为82.8m，最窄34.5m，呈“菜刀型”。其中两层地下室划分为A区，一层地下室划分为B区。基坑南侧距已建15层大楼11m．东侧紧邻交通要道光宝路、距人行道边沿仅8m。东侧距已建办公大楼路约17m．北侧距玉树变电站仅6m。
3.地质及地下水情况
3.1 地质情况
场区基岩为燕山晚期花岗岩，上覆为第四系松散堆积层，包括人工填土层（Q4ml），第四系全新统河流相冲积层（Q4al）、上更新统河流相冲积层（Q3al）和残积层（Qel）各岩土层的性质自上而下分述如下：
①人工填土层：揭露于场区所有地段，褐灰色、褐红色、褐黄色、灰黄色及灰色等，稍湿，松散，主要由粘性土及少量砂土，碎石等组成。层厚1.30~4.50m，平均2.79m。
②1粉质粘土层：揭露于场区大部分地段。褐黄色、褐灰色、灰黄色、土黄色等，软塑，土层不均匀，具砂感，局部相变为粉土。平均4.1击。埋深1.30~5.80m，层厚0.50~3.75m，平均1.58m。
③2淤泥：揭露于场区大部分地段。饱和，流塑，含有机质，具臭味，局部含少量粉细砂。平均1.3击。层厚0.60~4.50m，平均1.91m。
④3粉、细砂层：揭露于场区部分地段。褐灰色、灰色，灰黄色，浅灰色等，饱和，松散，粒径较均匀，含少量淤泥质或粘性土，局部为中砂。平均6.0击。层顶埋深5.60~11.10m，层厚0.40~3.40m，平均1.32m。
⑥1粘土、粉质粘土：揭露于场区大部分地段。灰白色、褐红色、褐黄色、花斑色、灰黄色、浅灰色等，可~硬塑，土质不均，局部含少量腐木或者夹薄层砂，部分为粘土，平均9.4击.层顶埋深3.30~16.90m，层厚0.40~8.00m，平均2.21m。
⑥2粉、细砂：揭露于场区部分地段。褐红色、灰白色、灰黄色、土黄色、浅灰色，饱和，松散为主，局部稍密，粒径较均匀，含少量粘性土。平均8.1击。层顶埋深5.60~11.10m，层厚0.40~3.10m，平均1.44m。
⑦3中、粗砂：揭露于场区部分地段。灰色、灰白色，褐黄色等，饱和，稍密为主，局部松散或中密，粒径不均匀，含少量粘性土，部分含2-5mm石英细砾，局部为砾砂，部分层间夹薄层粉质粘土。平均11.2击。层顶埋深5.10~15.70m，层厚0.50~5.70m，平均2.35m。
⑧1可塑砂质粘性土：揭露于场区部分地段。褐黄色、褐色、灰白色、灰黄色等，可塑，遇水易软化、崩解。平均11.2击。顶界埋深9.50~15.00m，层厚1.50~10.70m，平均4.22m。
⑨2硬塑砂质粘性土：揭露于场区所有地段。褐黄色、褐色、褐灰色等，硬塑，遇水易软化、崩解。土质不均，局部夹强风化岩块，大小2~4cm，手折可断。平均21.6击。顶界埋深9.10~21.00m，层厚0.90~16.90m，平均7.48m。
⑩1全风化带：揭露于场区大部分地段。褐黄色、褐色、褐灰色，岩石风化剧烈，岩芯多呈坚硬土柱状，手捏易散，遇水易软化崩解。全风化带带顶.埋深17.20~30.50m，平均36.0击。全风化带带顶埋深17.20~30.50m，揭露带厚2.00~9.80m，平均5.11m。
3.2 场地地下水情况
场区地处珠江三角洲山前冲积平原，地势较低，属地下水径流排泄区，场区地下水类型主要为上层滞水、孔隙承压水及基岩孔隙裂隙承压水。基岩孔隙裂隙水主要接受大气降水的渗入补给和上游地下水径流的侧向补给。场区地下水对混凝土结构在II类环境中具微腐蚀性，在强透水层中具弱~中等腐蚀性，在弱透水层中具弱~微腐蚀性；对混凝土结构中的钢筋，在长期浸水或干湿交替环境中均具微腐蚀性。按zk8抽水试验表明：含水砂层影响半径R＝110m，渗透系数k＝12.27m/d.
4.支护方案的比选
4.1 支护结构的选择
根据基坑场地情况，结合广州市基坑支护的常规做法，地下室二层基坑A区可采用以下四种支护方案：①中心岛法；②排桩+内支撑；③盖挖逆作法；④排桩+锚索。
而对于地下室一层基坑B区可采用以下三种支护方案：①重力式挡土墙；②悬臂式排桩；③钢板桩+内支撑。
从基坑安全、施工便利、施工工期及工程造价进行了一个初步的比选，①方案合理的将基坑支护方案与地下室主体结构施工结合，优先保证塔楼的施工进度，大量的土方施工简单，既节省造价又方便施工。
②方案：采用排桩+内支撑，内支撑长度大，对施工要求高，同时造价相对比较高；
③方案：采用盖挖逆作法，施工难度大，工期较长，对技术要求比较高，造价相对较高；
④方4：采用排桩+锚索，施工便捷，技术成熟，但基坑红线与相邻建筑物的间距较小，使用锚索的锚固段不够；
综合经济、技术比选，A区选择中心岛法。
而对于B区，方案①用格构式水泥搅拌桩重力式挡墙（结合止水），悬臂式支护，因桩边线至用地边仅有1.5～2.5m宽度，重力式搅拌桩宽度不够；
②方案：采用灌注桩排桩悬臂支护，控制位移好，但不经济；
③方案：采用U型钢板桩+钢管内支撑，经济、快捷；
综合经济、技术比选，推荐 U钢板桩+内支撑支护方案，由于北侧有三层变电站，距离9～15m，考虑对附近电房影响，要求在电房附近范围钢板桩采用液压植桩技术。
4.2 围护桩的选择
围护桩主要有以下3个方案：①SMW工法；②钻孔灌注桩；③U型钢板桩。从围护桩的优缺点方面进行对比如下：
方案①：刚度较大，受力和止水结合，比较经济，但是砂层较厚处止水效果难以保证，而且对地下环境污染大。
方案②：刚度大，变形小，施工灵活，可借鉴经验多，但是采用此方案造价高，桩间需另作止水措施，对地下环境污染也大。
方案③：造价低，受力和止水结合，止水效果好，环保、不产生地下污染，缺点就是变形较大，碰到坚硬障碍物需要采取引孔措施。
U型钢板桩既作受力结构兼作止水作用，结合内支撑能满足基坑要求，又具有比较明显的经济优势，根据我公司施工经验，推荐围护桩采用U 型钢板桩。
4.3 内支撑的选择
内支撑主要有以下2个方案可供选择：①砼支撑；②钢支撑。从内支撑的优缺点方面进行对比如下：
方案①：截面刚度高，与冠梁现浇，整体性好。但是造价高，浇筑和拆除比较困难，同时工期较长。
方案②：可租赁，较经济，施工方便，工期短。但是钢支撑单根受力有限，而且整体稳定型较差。
基坑采用“中心岛式”开挖施工，基坑只有一边侧壁受力产生位移，主体框架及楼板作为“中心岛”相对为固定点，且钢支撑长度约15米，采用钢管支撑能够满足受力及稳定性要求；若采用砼支撑，须降土压桩，又放坡施工中心岛，导致砼支撑须经作支架现浇。
综上所述，结合考虑周边限制条件和经济合理的设计原则，内支撑采用钢支撑。
5.方案设计
本基坑采用连续型密扣U型钢板桩墙结构，兼止水和结构受力作用。为了增加支护结构的整体性、刚度和稳定性，在钢板桩的顶端设置800×800冠梁．并设置二道钢支撑。钢支撑一端与钢牛腿焊接牢靠，另一端通过钢板与冠梁预埋（钢腰梁）支座用钢楔顶紧（活动端）。
A区第一阶段悬臂U型钢板桩+放坡设计：基坑内降土6m后，坑内侧留5m/4m平台，其中东、北、西侧平台用φ500搅拌桩，间距1200×1200进行加固；平台宽度外再放坡至基坑底。留土平台和坡面均采用挂网喷砼+插筋，挂网钢筋需伸入坡脚底，如图1所示：
图1 A区基坑第一阶段支护断面图
图2 A区基坑第二阶段支护断面图
A区第二、三阶段中心岛法：采用密扣U型钢板桩+内支撑+结构中心岛支护结构。钢板桩起兼受力同止水作用。第一道对撑采用φ600，t=12钢支撑，间距约8.5m，角部采用800×800混凝土斜撑；钢支撑第二道对撑采用φ600，t=12钢支撑，间距平均4.25m，角部采用钢斜撑，如图2所示。
B区：U型钢板桩+内支撑支护结构。地下室车道范围内为两道支撑，均采用φ600，t=12钢对撑，第一道间距6m，第二道间距6m；B区其余部分为一道支撑，对撑为φ600，t=12钢支撑，间距6.0m，角部采用800×800混凝土斜撑，如图3所示。
图3 B区基坑支护断面图
A、B区交接处：临时出土口部位为悬臂U型钢板桩支护；角部为钢斜撑。
6.施工工艺流程
第一阶段：A区施工钢板桩（B区可同时施工）→施工冠梁，待桩顶冠梁达到强度后，A区基坑降土6m →B区在原地面标高，施工主体结构静压管桩（主体基础边桩应先于钢板桩施工，以满足压桩机械空间布置要求和防止挤压钢板桩）；
第二阶段：施工A区坑内护坡搅拌桩 →坑外降土1～2m →按坑内开挖线开挖并做插筋、挂网、喷砼措施 →施工中心岛主体结构至二层以上，负二层底板施工至护坡坡脚处；
第三阶段：架设第一道钢支撑 →开挖至第二次开挖线 →架设第二道钢支撑 →开挖中心岛周边土体 →施工中心岛外围区域地下室负二层底板、侧墙、顶板 →施工楼板标高处传力撑 →拆除第二道支撑 →向上施工侧墙、负一层顶板 →拆除第一道支撑 →施工完地下室及防水层 →回填。
第四阶段：待A区地下室回填完毕后，B区开始从地面往下按设计要求进行支护开挖施工。具体流程如下图：
图4 施工工况流程图
7.具体施工措施
7.1整体施工措施
本工程先施工钢板桩围护结构，然后采用中心岛法，放坡开挖主体结构土方，侧留5m/4m反压平台土方不开挖，进而采用顺作法施工主体结构，待主体结构施工至二层以上后，进行钢支撑安装，然后对侧台土进行土方开挖，进而从下往上至地下室结构封顶。
7.2 围护桩施工
桩基工程中静压管桩边桩全部施工完毕后，再进行围护桩钢板桩施工。钢板桩施工考虑周边环境，采用静压方式进行施工，拟采用2台由日本研发的SW150静压植桩机以北侧中轴线为起点，施工走向为逆时针方向行走。待钢板桩施工完毕，水泥搅拌桩跟进，施工按“四搅四喷”工艺法施工，本水泥搅拌桩用于局部范围放坡平台加固。
7.3 降水井施工
降水井施工应连续进行。及时进行洗井，不应搁置时间过长。完成施工洗井后，应进行单井试验性抽水；检验能否满足设计要求，以便适当更改井点间距离及井深。抽水期间，派专职人员24小时值班，分三班，每班1至2人。
7.4土方开挖与内支撑施工
根据总体施工流程，降土分为A区以及B区，可将土方开挖分为4个阶段进行施工。
7.4.1 第一阶段A区整体降土6米
A区整体降土为基坑工程土体开挖的第一阶段，在基础边桩、钢板桩、冠梁及预埋件施工后进行。该阶段的降土自场地西侧整体向东一字排开开挖至A、B区交界位置，收口预留下A区基坑通道为止，借助B区场地作为出土通道，如图5所示。
图6 A区中心岛区域整体至坑底开挖顺序图
7.4.2 第一阶段A区中心岛放坡开挖
在A区基础管桩完成施工、水泥搅拌桩完成施工后，开始进行A区中心岛降土，直至基底。该阶段的降土自场地西侧整体向东一字排开开挖至A、B区交界位置，最后挖除A、B区交界位置A区中心岛基坑中的预留下基坑通道，如图6所示。
7.4.3 第一阶段A区中心岛外围四周降土
A区中心岛地下结构完成施工后，立即开展A区中心岛外围四周土体的开挖，因第一道支撑限高影响，中心岛周边土体应根据各边实际情况，先撑后挖。周边土体考虑使用挖掘机在反压土台上挖土并利用地下室底板转土，采用5t以下小型翻斗车转土至B区，然后再集中用泥土车运出施工场地。先挖土至第二道支撑处，等第二道支撑施工完毕后降土至坑底，降土自场地西侧向两侧同时往两个方向开挖，直至A、B区交界位置，最后挖除A、B区交界位置A区基坑中的整个预留下基坑通道。开挖过程中支护与开挖同步进行，分层开挖，分层支撑，边挖边撑。具体开挖顺序图示如下图7。
图7 A区中心岛外围四周土体开挖顺序图
7.4.4 第四阶段B区降土
在A区地下主体结构完成施工后，随即开展B基坑的开挖及支护施工。开挖自B区基坑西侧向东侧一字展开，边挖边撑。具体开挖顺序图示如下图8。
图8 B区土体开挖顺序图
结语
结合本工程实际情况，采用中心岛法取得较好的效果，周边环境没有受到影响，分析其设计与施工主要有如下几点：
（1）中心岛支护方案相比于其它基坑支护方案，具有施工灵活，中心岛主体结构施工进度快，工程造价低等优点，对于基坑面积超大的工程尤为适用。
（2）在反压土台开挖阶段，要加强基坑的监测工作，特别是雨季施工，做好预防措施。
（3）基坑降水，特别是反压土台的降水，因为反压土台土体强度对控制基坑变形具有至关重要的作用，因此在土方开挖过程中，要加强基坑的降排水工作，安排人巡查排水情况。
（4）反压土台作为坑外水平土压力的平衡体，其上部超载不利于保持反压土的稳定性，因此反压土台严禁作为堆场使用。
参考文献：
[1] 李书信、夏峰海。中心岛式超大基坑的围护设计与施工。[J]地基基础，2012（12）：1119-1122。
[2] 李奇逊、张建基。金海广场深基坑支护设计与施工。[J]广州建筑，2009（4）：29-34。
[3] 周予启、刘卫未。软土地区超大深基坑中心岛支护方案设计与施工。[J]施工技术，2011（40）：52-58。
论文作者:梁广勇
论文发表刊物:《基层建设》2015年19期供稿
论文发表时间:2015/12/24
标签：基坑论文; 场区论文; 地下室论文; 结构论文; 方案论文; 平均论文; 钢板论文; 《基层建设》2015年19期供稿论文;