软土地区深基坑“垫层换撑”体系的建立与施工技术研究

孙志国

北京市第三建筑工程有限公司 北京 100044

1 工程概况

宁波绿地中心工程基坑由4个地块组成，基坑周长885 m，面积41 000 m2，最大开挖深度标高－23.0 m。基坑支护采用地下连续墙＋内支撑形式，基坑安全等级为一级。工程整体设置3层地下室，地上由5座塔楼及附属裙房组成。

该工程基坑周边环境复杂，紧邻市政道路，基坑北侧为外滩大桥、东侧为汽车下行通道、东南角为文物保护建筑，其中基坑西侧紧邻地铁2号线车站及区间隧道，距离本工程地下室最近距离仅有11.5 m，基坑四周为城市主要道路，分布大量市政管线。

为降低大面积开挖风险性，基坑采用“化整为零、分区顺作”，将整个基坑划分为10个分区，不同步进行开挖施工（图1）。

工程场地土层从上到下依次为：①杂填土、②1黏质粉土、②2淤泥质粉质黏土夹粉土、③淤泥质粉质黏土、④淤泥质粉质黏土、⑤1粉质黏土、⑤2粉质黏土夹粉土、⑥粉质黏土、⑦粉质黏土、⑧1含黏性土粉砂，其中⑤2层为微承压含水层。

工程基础底板厚800、1 150、3 150 mm，基础底板标高－15.1 m，垫层采用C15素混凝土垫层，设计垫层厚200 mm，工程基底含有大量集水坑、电梯坑、柱承台等坑中坑。

图1 基坑平面位置

2 工程基坑特点、难点分析

2.1 基坑周边环境复杂，变形控制要求苛刻

由于基坑周边环境复杂，尤其西侧紧邻地铁2号线车站及区间隧道，基坑监测深层水平位移报警值为50 mm。邻近地铁隧道侧30 mm，根据地铁有关部门要求，基坑施工时地铁隧道沉降及水平位移报警值为7 mm，变形极限值为10 mm，基坑开挖必须确保其万无一失。

2.2 场地内土层条件差

本工程场地②2、③、④层土含水量高、压缩性高，呈流塑状，较为软弱，物理力学性质相对较差，厚度较厚，基坑开挖范围内主要以②2层淤泥质粉质黏土为主，软弱土质提高了基坑施工风险。

2.3 工程基底含有大量坑中坑

由于工程基底存在大量的电梯坑、集水坑、柱承台等坑中坑，基底标高不一，延长了土方开挖时间与底板形成时间，进而延长了基坑暴露时间，对基坑变形造成较大影响，加大了基坑风险。

3 “垫层换撑”体系建立研究思路

为了使基础垫层可以有效作用于围护体上，并且给予基坑围护体足够的支撑反力用以防止基坑变形，必须解决以下问题：

1）基础垫层被坑中坑放坡而导致断开，垫层无法成为整体进行受力。

2）基坑开挖速度慢，基础垫层形成时间较长。

3）基础垫层强度低，受力面积较小。

为解决以上问题，需制订相应措施，使建立起来的“垫层换撑”体系提高垫层的整体连续性、作用强度、缩短土方开挖时间，使垫层快速又有效地作用于围护体，形成支撑，给予底板换撑形成的充分时间，从而达到控制基坑变形、降低基坑实施风险的目的[1-5]。

4 “垫层换撑”体系实施

4.1 在坑中坑内设置型钢传力杆件，保证垫层连续性

在工程实施中采用型钢作为传力杆件并将其置于坑中坑顶部两侧，型钢端部设置边梁，坑顶四周采用配筋加厚垫层的方法，从而使断开的垫层实现力的传递，提高垫层的整体连续性（图2）。

图2 传力杆件设置剖面

实施中，坑中坑周边配筋加厚垫层及边梁先进行浇筑，在边梁内部设置型钢支撑埋件，垫层浇筑完成后立即设置支撑杆件，自此坑中坑垫层传力系统设置完毕。

4.2 先大面积进行垫层浇筑，后进行坑中坑开挖

工程实施中，先进行大面积的垫层浇筑，坑中坑区域暂不开挖，坑中坑区域垫层同周边垫层标高，同步进行浇筑。待垫层混凝土强度达到80%后，进行坑中坑区域垫层破除与土方开挖，而后进行垫层浇筑和底板钢筋的绑扎与浇筑。

采用此方法可提前形成基坑整体垫层，达到较好的垫层支撑效果。坑中坑区域垫层开挖时，外部垫层已达到了较高的混凝土强度，与此同时，外部可形成部分底板换撑，对围护结构形成较好的支撑效果，此时对坑中坑进行专项的施工，对整个基坑的安全影响较小。

4.3 基底垫层分块浇筑

对于大面积深基坑，当基底进行开挖时，挖土机械的坑内取土与转运将会大大降效，故在基坑开挖时，每日出土量将受到限制，从而延长了土方开挖时间。此时，如果基坑支撑设置不及时，将会延长基坑暴露时间，对基坑变形控制极其不利。工程实施时，采用分块进行开挖的方式，垫层混凝土随土方开挖分块实施，可大大缩短垫层支撑形成的时间（图3）。

图3 工程基坑分块

4.4 提高垫层混凝土强度与厚度

常规工程设计垫层强度往往较低且较薄，为使垫层达到支撑效果，必须加大支撑受力面与强度。宁波绿地中心工程基底垫层混凝土强度原设计等级C15，厚200 mm，为使垫层达到支撑支护效果，在工程基坑周边9 m范围内，提高垫层混凝土强度等级至C20，厚300 mm，从而极大地提高了“垫层换撑”实施效果。

5 工程实施效果

宁波绿地中心工程距离地铁最近的基坑Ⅰ区于12月10日起开始进行土方开挖，次年4月5日起开始进行基底垫层施工，基础底板施工时间为次年4月20日至5月10日。为满足基坑变形要求，确保基坑安全，工程在基底施工阶段采用垫层换撑施工技术，取得了良好成效，确保了基础底板施工阶段的基坑风险。

选取工程墙体变形位移监测点为研究对象，基础底板施工阶段变形深层水平最大位移仅为4.25 mm。由围护变形曲线（图4）可以看出，基坑控制在设计理论变形范围内，变形曲线呈设计理论趋势。

图4 基坑围护体变形曲线对比

6 结语

通过工程实践，应用文中所述技术手段建立起来的“垫层换撑”体系对围护结构可起到有效的支护作用，进而解决了软土地区大、深基坑工程基础施工阶段变形控制技术难题，降低了施工风险，使基坑变形在可控范围内，保证了基坑及周边既有建筑安全，取得了较高的社会效益和间接的经济效益，具有很好的推广价值。

工程实际应用时可根据自身工程实际情况选取不同方式建立“垫层换撑”体系。另外，随着基坑变形控制技术的不断发展和创新，我们将进一步研究、完善技术手段，使“垫层换撑”体系的建立更加便捷与经济，并使其发挥出更大的作用。