海口中环国际广场复建项目深基坑围护设计与施工优化

上海中环投资开发集团有限公司 上海 200060

1 工程概况

海口中环国际广场项目位于海口市滨海大道南侧，国贸三横路东侧，位于海口市中心CBD区域。原本项目规划为28 层商办综合楼，于1992年即施工过工程桩、围护桩（单轴搅拌桩+钻孔灌注桩），并局部开挖，第1道支撑的垫层也已经做好，后因故停建。上海中环集团2006年收购此项目后重新规划，新项目建筑面积约10 万m2，高度153 m，地上39 层，地下3 层。地上1～4层为裙房，为金融商业，5～22层为5A甲级写字楼，23～39层为超五星级酒店。地下3层，为汽车库和设备用房。考虑到基坑老围护施工年代久远，且无论深度和范围都有很大变化，因此需重新考虑围护方案。

1.1 周边环境

项目地处海口市核心区域，周边环境比较复杂。北侧紧邻滨海大道，下面有多条重要市政管线；东侧紧邻宝华海景公寓，宝华海景公寓地上30 层，地下2 层，基础埋深约8.5 m，与本工程地下室相距10 m；西侧为规划中的国贸三横路，路西为南洋大厦，南洋大厦地上28 层，与本工程地下室相距约35 m；南部为拆迁空地和施工临时用房。

从以上分析可以看出，在设计和施工时应重点关注的是北侧的市政管线和东侧的超高层。

1.2 地质情况

场地表层杂填土为近期堆填而成，其下为深厚淤泥层②，厚约11.15 m。该土层呈软塑-流塑状，强度很低，对围护结构的土压力较大。往下土层为粗砂③，层顶深度在地面下13.55 m，该土层正位于大底板底面上下，强度高但透水性大，围护结构隔水措施应穿过该砂层，切断地下水来源，否则会产生坑底涌水、管涌等现象。其下为粉质黏土④层，该土层土性较稳定，能提供较好的被动土压力。

2 工程重点、难点分析

（a）新建基坑在东、西、北三侧范围均要超过老基坑，南侧和西北角局部基本和老基坑一致。从施工成本和进度考虑，希望尽可能利用南侧和西北角的老围护结构，但因原老围护时间久远，在考虑使用之前必须对老围护的有效性进行判定。评定包括原挡水的搅拌桩和挡土的钻孔灌注桩。

通过摸底，老的水泥土搅拌桩为单排，系由单轴搅拌机施工(这种机械早己淘汰)，未能穿透粗砂层。通过现场抽水现象发现，老围护坑内抽水，局部围护外地下水亦跟随下降，表明原有隔水措施失效，需要重新考虑隔水措施。

（b）经过对老的围护桩现场钻芯取样判定，某混凝土的强度为C30，配筋为15 根Φ28 mm圆，通过钢筋拉拔试验结果，钢筋强度满足2级钢的强度标准值。由于材料强度和配筋率情况都很好，因此决定对老钻孔灌注桩加以利用。但由于新基坑的深度比老基坑要深很多，因此必须按照目前的深度和支撑条件进行验算。原D800 mm@1 000 mm钻孔桩的容许弯矩是880 kN·m，在设有3 道支撑情况下，钻孔桩的计算弯矩将达1 498 kN·m，抗弯强度明显不足，因此，在老钻孔桩自身无法增强的情况下，最经济的办法是在老钻孔桩内侧补打钻孔桩，并在桩顶通过混凝土承台与第1道混凝土支撑连系起来。

（c）本项目由于地质情况特殊，在靠近基础底板标高附近为第③层粗砂，如果挡水施工质量不好，极其容易引起喷砂、管涌现象，为确保施工质量，我们特地从上海挑选了经验丰富的施工队伍，用三轴水泥土搅拌桩或高压旋喷桩施工设备以确保穿过粗砂层，确保挡水效果。

（d）本项目周边环境复杂，为确保临近建筑及市政管线的安全性，对控制基坑水平位移的要求非常高。类似项目多采用排桩+内支撑或地下连续墙+内支撑等围护方式，而尚无深基坑采用内支撑的先例，同时土层力学性质参数很差，施工难度大。

3 围护方案设计及其优化[1-5]

3.1 围护方案设计

本项目深基坑围护设计采用技术上较为先进、成本上较经济的排桩+环形内支撑系统。新增钻孔桩D950 mm@1 150 mm作支护土体（不考虑使用老的灌注桩）。新增D900 mm@575 mm旋喷桩隔水，旋喷桩深度应穿过粗砂层进入④层黏性土内一定深度，形成一个封闭的止水帷幕。坑内用真空深井降水，降水到坑底下0.5 m。支撑系统采用3 道钢筋混凝土支撑，其下设置钢立柱。支撑系统由椭圆形环梁与东西向对撑组成，支撑系统支承于钢立柱上。钢立柱插于D800 mm钻孔桩内。为了便于土方开挖，在东、西向对撑上设置混凝土栈桥，并在坑北侧与南侧各设置1 个挖土平台。栈桥下钢立柱之间增设工字钢剪刀撑，以保证钢立柱的稳定性（图1）。

图1 基坑围护平面示意

3.2 设计方案优化

3.2.1 灌注桩优化

在基坑南侧、西北角区域，新老基坑范围基本一致，且老的钻孔桩材料强度和配筋情况还比较乐观，仅仅是桩身不能满足最大弯矩，即原有D800 mm@1 000 mm钻孔桩的容许并弯矩是880 kN·m，而在设有3 道支撑情况下，围护桩的计算弯矩为1 498 kN·m。由于本项目浅层土层主要是淤泥质土，属软土地基，故参照上海市的相关经验，把新增桩和老桩结合部位按照两桩刚度叠加方法验算。经设计优化后，在基坑东、西、北三侧新增桩仍为 D950 mm@1 150 mm而南侧、西北角新增桩可改为D950 mm@2 300 mm，桩间距为东、西、北三侧的1 倍，强度同样可以满足要求，仅此一项可以节约40 根长28 m D950 mm灌注桩。两种不同类型的基坑剖面见图 2、图3所示。

图2 利用旧有围护的南侧和西北角基坑剖面

图3 东、西、北三侧新扩边的基坑剖面

3.2.2 立柱桩优化

由于内支撑需要钢立柱支撑，而钢立柱又需要立柱桩支撑，所以基坑中新增了98 根立柱桩。由于本项目为桩筏基础，工程桩以核心筒为中心呈辐射状满堂布置，因此应尽可能利用工程桩兼做立柱桩，做到两桩合一。通过和设计院、围护单位多次沟通协调，反复调整立柱桩或者工程桩位置及验算，最终明确有 35 根工程桩可以兼做立柱桩。

3.2.3 第3道支撑优化

由于甲方设计变更，基坑北侧要向下再超挖700 mm，围护设计单位拟采取降低第3道支撑标高的方法来解决。但是由于降低第3道支撑后和底板板面之间间距小于400 mm，施工空间不足，钢筋预留困难，因此建议第3道围檩做成梯形状（图4）。这样既能减小第3道支撑和坑底的间距，以减小因超挖带来的不利影响，同时也不影响施工操作面。与此同时，采取混凝土浇筑底板时候一直浇捣到围护桩的施工措施。综合这两项措施，经过计算可以满足要求。通过实际观察，该处桩身变形亦属于正常范围，说明采取的措施是有效的。

图4 第3道支撑围檩的断面设计优化

3.2.4 降水措施优化

根据海南地质特点和当地施工经验，建议降水从真空深井改为自流深井降水。理由如下：该场地下存在一层较厚淤泥层，其土层中水体流动性较好，另外考虑到本项目设计的隔水旋喷桩己穿过粗砂层，自流深井可以达到降水目的。经过项目实际检验，经过自流井降水后挖出的土干燥性比较好，说明当初的判断还是正确的。

4 基坑施工

4.1 围护桩及内支撑施工

本项目由于工期较紧，采用灌注桩、旋喷桩和内支撑平行施工。灌注桩施工又分为2 部分，一部分是周边的灌注桩，另一部分是立柱桩，打桩完毕后坑外开始做旋喷桩，坑内开始做内支撑。由于老基坑部分土体已经开挖，而第1道支撑标高基本和自然地坪齐平，因此局部地区还要搭脚手架做第1道水平支撑。在第1道支撑达到设计强度80%后再向下开挖到第2道支撑标高。在第2道支撑达80%强度后开挖到第3 道支撑标高，方法同上。第3道支撑达80%强度后开挖到坑底标高，并立即分块浇筑垫层，尽快浇筑底板，底板四周传力带可与底板一起浇筑。

由于挖土和做支撑基本上依次进行，故在施工总的原则上遵循分块挖土、一旦开挖后及早形成支撑受力体系。在开挖顺序上应先开挖角撑部位土体，再开挖对撑下土体，挖开1 块浇筑1 块，整个支撑结构分成6 块浇筑，接头处留有后浇带，待支撑混凝土收缩完成后用微膨胀混凝土灌注后浇带。

4.2 支撑拆除

3 道混凝土支撑时采用了2 种拆除方案。第1道支撑拆除采用机械人工拆除。考虑到第2道以及第3道支撑位于坑下，采用爆破拆除对周边影响小，且条件允许，因此采用静态爆破+机械拆除。

在支撑拆降前，在底板四周应浇筑混凝土传力带到围护桩，采用砖胎模，砖胎模比基础表面低300 mm，基础与传力带同时浇筑完成，故传力带混凝土强度与基础混凝土同标号。在传力带养护5 d后可凿除第3道支撑；地下2层结构层完成且四周浇筑钢筋混凝土传力短梁抵住围护结构，遇有楼板坡道开孔处，再加钢支撑传力，然后可凿除笫2道支撑；地下1层结构层完成且四周浇筑钢筋混凝土传力短梁抵住围护结构，遇有楼板坡道开孔处，亦用钢支撑传力，然后可凿除笫1道支撑及栈桥；

4.3 基坑监测

为确保基坑安全，本工程采取以信息化方式指导施工，及时反馈基坑及周边环境变形的信息。施工过程中主要对灌注桩测斜、桩顶水平位移和沉降、坑外水位，通过预埋应变探测片测量支撑轴力、周边建筑物沉降和倾斜、周边市政道路路面沉降等进行了监测。各监测项目的监测频率应根据施工工况，按土方开挖前到回填结束后1 次/d标准执行，当监测值的日变化量较大、监测值达到或接近报警值或遇到不良天气状况时，应适当加密。监测期间一旦达到设计预警值立即报告。经监测，本项目各项指标正常，均在设计可控制范围之内。

5 结语

本项目基坑平均挖深为14.5 m，且临近城市主干道，周围管线密布，若按照海口市当地常规做法采用排桩+预应力锚索，安全隐患极大，无法保证基坑自身安全和周边环境安全。后通过方案比选和优化，选择了技术先进的排桩+水平环梁内支撑挡土、旋喷桩止水，从工程实践来看，这一方案改善了围护桩的受力性能，减小了基坑的变形，较好地解决了周边环境的特殊要求，同时为土方开挖创造了良好的条件，也取得了很好的经济效益，对当地设计、施工单位都具有一定的借鉴意义。