中国尊大厦位于北京市朝阳区CBD核心区Z15地块, 位于CBD核心区北侧中心位置, 北侧隔12m绿化带与光华路相接, 西接金和路, 东接金和东路, 南侧与文化中心用地相邻。项目总用地面积11 478m², 是集观光、高级多功能中心、办公、地下车库等功能为一体的综合体建筑。塔楼地上108层, 地下7层 (局部夹层) , 高528m, 总建筑面积43.7万m²。

1) 场地主要土 (岩) 层

本工程基坑面积大, 约11 000m², ±0.000m相当于绝对标高38.350m, 场地自然地面绝对标高38.000m, 相对标高-0.350m, 开挖深度约38m, 是北京第一深基坑。基础底板直接持力层为第 (7) 大层土, 主要为黏性土层, 由黏土、重粉质黏土组成。该大层土层顶标高为0.490～2.580m, 连续分布厚度为1.500～4.900m, 平均厚度约3.010m。按目前基础埋深, 基底下余留第 (7) 大层土厚度最薄处不到1m。按现况条件进行抗渗流稳定性分析, 在承压水作用下, 基底土将发生突涌破坏。因此, 必须采取基坑围护体系与地下水控制相结合措施, 有效降低基底以下承压水头高度, 确保基底土的安全稳定。土层参数如表1所示。

2) 地下水

本工程地下结构考虑地下水作用, 抗浮设防水位绝对标高31.000m, 建筑防渗设计水位标高36.500m。地下水对钢筋混凝土结构具有弱腐蚀性。

根据水文地质勘察和区域水文地质资料, 工程场区自然地面下约60m深度范围内主要分布4组相对含水层 (见表2) 。

本工程要求地下水降至-28.600m标高。基坑地下水控制采用降水+止水综合方案, 地下水抽至-28.600m以下, 标高-28.600m以下采用地下连续墙止水帷幕。止水帷幕内侧采用疏干井排除帷幕内滞留地下水。

止水帷幕底标高为-48.950m, 进入承压含水层, 并进入底板以下的弱透水层 (为第9大层, 以黏性土为主) , 阻断了基坑内外承压含水层间的水力联系。降水只是抽取帷幕内原有积水、雨季降水渗水及帷幕渗水。

本工程有7类降水井, 共计104口。管井井点结构开、终孔直径均为600mm, 下入300钢管作为井管, 井管底端封闭。各种类型管井参数如表3所示, 降水井平面布置如图1所示。

槽底共设置24口降水井, 井深18.8m, 井身结构及滤水管均采用桥式滤水管, 井管直径为300mm, 孔隙率25%～30%, 滤管外包单层40目尼龙网。

每口井配置1台水泵, 水泵工作能力为12m³/h。在基坑北侧管廊东西两端分别设置1个集水箱, 结构施工阶段, 在地下7层东、西侧各增设1个集水箱。

土方施工阶段, 基坑内降水井降水直接由硬塑抽水管抽到基坑北侧集水箱。基坑四周降水井排水管沿降水井外侧布设, 基坑北侧管廊内集水管沿东西向布设, 排水管采用内径150mm钢管, 坡度为1%。

底板施工阶段, 基坑中央8口VII型井封闭, 基坑四周降水井排水管在内支撑上方布设。

结构施工阶段, 在汽车坡道吊装孔内布设竖向排水管, 在地下7层东西侧各设置1个钢制集水箱, 基坑内降水统一抽排至集水箱内, 经竖向排水管转排入北侧平台集水箱, 然后排入市政管道。

联网抽降后进行连续抽水, 水泵、井管维修逐一进行。开始抽水时, 因出水量大, 为防止排水管网排水能力不足, 有间隔地逐一启动水泵。抽水开始后, 进行抽水试验, 检验单井出水量、出砂量及含水层渗透系数。当出砂量过大, 将水泵上提, 如出砂量仍然较大, 则重新洗井并停泵补井。

对由于降水时间短、土方开挖速度较快而出现的上层滞水现象, 采取就地挖设土层集水坑导流措施, 以减小降水速度对土方开挖速度的影响。降水后若水位仍高于基底, 则采取坑内明排降水。

中国尊大厦基坑面积较大, 开挖深度较深, 北侧标高-27.200m以上采用“护坡桩+预应力锚杆”支护体系, 标高-27.200m以下采用“地下连续墙+混凝土角撑+高压旋喷桩”支护体系;东西南三侧采用“地下连续墙+预应力锚杆+混凝土角撑”支护体系。土方开挖过程中应尽量保证周边支护结构受力均匀, 以保证支撑体系稳定, 最大限度地减少基坑开挖对周边环境影响, 因此土方开挖和支撑施工工序根据“时空效应”原理, 按“中心岛式、分区、分块、对称、平衡”的原则进行。

基坑开挖深度在-27.200～-38.000m, 土方总量近120 000m³。平面分区依据基坑内混凝土内支撑情况, 分为内支撑范围和内支撑范围外土方。立面分2步开挖:第1步为-27.200 (局部-28.200) ～-32.500m, 土方量约50 800m³;第2步为-32.500～-37.700m, 土方量约59 600m³, 共分4个工况。

1) 土方开挖工况1

北侧内支撑施工完成, 支撑结构强度达到设计强度80%后进行北侧土方开挖 (见图2) 。第1工况土方开挖为大开挖, 开挖自然地坪-27.200～-32.500m, 挖土厚度5.3m。分层开挖由西北角向东北角推进, 3组检测桩位置局部土方开挖至-34.700m。支撑下部土方采用小型挖掘机将土倒出, 大型挖掘机在开阔地带进行大面开挖。

2) 土方开挖工况2

南侧内支撑结构施工完成, 支撑结构达到设计强度80%以上时开始南侧土方开挖 (见图3) 。第2工况土方开挖为大开挖, 开挖自然地坪-27.200～-32.500m, 挖土厚度5.3m。分层开挖由东南角向西南角推进, 3组检测桩位置局部土方开挖至-34.700m。采用小型挖掘机优先挖出基坑支撑下土方, 利用中间土堆做挖土平台, 加快挖土和运土速度。

3) 土方开挖工况3

在第1步土方全部开挖完成, 进行东、西、南三侧锚杆施工并张拉完成后, 大面积进行第2步土方施工 (-32.500～-37.700m) 。

第3工况土方开挖深度5.2m, 分2层进行开挖, 每层厚度为3m和2.2m, 将基坑四周土方逐步挖至槽底 (见图4) 。土方开挖采用中心岛式开挖, 优先挖出基坑支撑下土方, 普通挖掘机将土方向中部倒运, 利用中间的土堆做挖土平台, 加快挖土和运土速度, 开挖后期回收中心区域土方。

4) 土方开挖工况4

工况4土方开挖主要为中心区域土方收尾及最后马道收尾 (见图5, 6) 。开挖标高为-32.500～-37.700m, 马道口处土方标高随马道坡度变化。优化西南角内支撑结构, 使长臂挖掘机直接停靠在支撑结构上方混凝土板上进行支撑结构下方土的挖取, 运土车停靠在通道口处钢结构平台上 (内支撑上标高与通道口标高相差约2.5m, 故在通道出口处设计1个钢平台供泥土车停靠、装土) 。

为及时收集、反馈和分析土方开挖过程中支护结构的受力状态和位移及周围环境要素在基坑施工中的变形信息, 实现信息化施工并确保基坑施工安全, 依据中国尊大厦周边环境状况及围护结构和支护体系特点, 按照规范和设计相关要求, 采取全方位基坑监测, 主要涵盖以下内容。

1) 支护桩顶部水平位移监测

在基坑北侧支护桩顶部共布设11个 (东西向136m长) 水平位移监测点, 用以监测支护桩顶部水平位移。

2) 管廊顶部、地下连续墙及内支撑水平位移及沉降监测

在管廊顶部直线方向上布设水平位移观测点。在东、西内支撑立柱桩上布设水平位移及沉降观测点, 东、西各布设7个点。

3) 北侧道路地面沉降监测

在基坑北侧光华路地面设沉降监测点16个, 监测点布置视建筑物平面形状及施工现场具体情况而定, 保证视线通畅。

4) 支撑轴力监测

为掌握支撑轴力随施工工况变化情况, 确保围护结构安全稳定, 在基坑混凝土支撑上布设10个轴力监测断面, 以了解支撑受力变化情况。

基坑土方开挖过程中, 通过基坑监测的各项数据及时调整开挖方案, 保证了基坑安全顺利施工。

1) 基坑围护体系与地下水控制相结合的措施能有效降低基底以下承压水头高度, 确保基底土安全稳定。地下连续墙作为止水帷幕具有刚度大、整体性好、施工振动小、噪声小、抗渗隔水性好等优点, 应用于本工程取得了较好效果。

2) 土方开挖根据“时空效应”原理, 按“中心岛式、分区、分块、对称、平衡”的原则进行, 有效解决了土方量大且开挖深度大、降效严重的问题, 同时提前为锚杆施工及检测桩检测提供作业面, 保证了土方施工的连续性, 缩短关键线路施工工期。

3) 本基坑工程属于坑中坑, 基坑支护结构复杂, 开挖过程中基坑安全监测十分重要。本工程委托相应资质的第三方监测单位, 每天进行基坑安全监测, 项目自行布置基坑监测体系进行基坑水平及竖向位移监测, 对整个基坑安全进行双监控, 确保施工安全。