1 工程概况

　　1.1 整体概况

　　天津平安泰达金融中心项目位于天津市河西区，东侧为南昌路，南侧为合肥道，西侧为九江路，北侧为马场道，其中，马场道及合肥道为重要交通干道，项目地理位置显著，既有环境复杂，车流、人流密集。项目周边环境如图1所示。

　　项目由56层办公楼、62层公寓楼、4层裙房和5层整体地下室组成，建筑最高为313m，是集甲级办公、高端公寓、艺术主题购物中心于一体的超高层建筑，总建筑面积30.6万m²，总用地面积2.4万m²，南北长213m，东西宽109m。项目效果如图2所示。

　　图1 项目周边环境 

　　1.2 深基坑概况

　　基坑面积1.45万m²，周长490m，开挖深度24.5m，最深为31.3m，土方开挖量约40万m³，基坑支护原设计采用地下连续墙+5道钢筋混凝土内支撑，安全等级一级。基坑距用地红线仅1～2m，施工场地极为狭小，基坑周边遍布热力、燃气、供电、输配、雨水、污水、电信等百余条管线。地下连续墙截断第2承压含水层，坑底处于第1承压含水层位置，基坑突涌风险大。

　　图2 项目效果 

　　根据本场地地层分布特性及区域水文地质条件，场地埋深58.00m范围内可划分为1个潜水含水层和2个承压含水层。潜水含水层由(6)₃全新统中组海相沉积层(Q^m_4-2)粉土及(6)₄粉质黏土、(4)₁全新统上组陆相冲积层(Q^al_4-3)粉质黏土及(4)₂粉土和(1)₁人工填土层(Q_ml)杂填土及(1)₂素填土组成，潜水含水层底板埋深约14.50m;由(9)₂上更新统第五组陆相冲积层(Q₃^eal)粉土、粉砂和(10)₂上更新统第四组滨海潮汐带沉积层(Q₃^dmc)粉砂组成第1承压含水层，其底板埋深约31.50m;由(11)₄上更新统第三组陆相冲积层(Q₃^cal)粉土和(12)₂上更新统第二组海相沉积层(Q₃^bm)粉土、粉砂组成第2承压含水层，其底板埋深约58.00m。潜水含水层与第1承压含水层之间、第1承压含水层与第2承压含水层之间一般分布有较厚的黏性土作为相对隔水层，可概化为3个相对独立的含水组。

　　2 施工难点分析

　　该工程地处天津市区中心繁华地带，施工场地狭小，土方量大，且受到环保要求的影响，每天的有效出土时间仅6h，工期极为紧张。基坑地下水位高，坑底处于第1承压含水层的上表面，开挖期间发生基底涌水的可能性较大。为减少基坑变形采取快速出土，其施工组织、栈桥布置等难度极大。开挖过程中，基坑周边地层的位移和沉降随土方的开挖不断变化，组织快速出土、高效完成支撑体系和基础底板施工，是控制土方开挖阶段基坑变形和基坑周边地层位移、沉降的最佳手段。

　　3 出土栈桥设计

　　综合考虑工程整体工期、基坑安全、环境需求、建造成本等因素，利用BIM技术对基坑设计进行优化调整，为土方开挖、支撑及地下结构施工、后续支撑拆除等工序的材料运输、施工创造更有利的条件。通过Revit,Navisworks,Fuzor软件对支撑和主体结构进行碰撞检查，优化调整支撑布置，达到不影响支撑及塔楼结构施工的目的。

　　基坑支护形式优化为地下连续墙+4道钢筋混凝土内支撑体系，采用对撑结合圆环支撑方式，使混凝土内支撑与出土栈桥合二为一，提高内支撑刚度的同时提高栈桥的稳定性;布置时避开2栋塔楼结构，出土栈桥随土方开挖不断向下延伸。为缓解土方倒运压力，结合塔楼对称形式，在第2,3道支撑设置出土平台，南、北区土方可在该出土平台运输，避免土方的大量倒运。土方运输车辆可通过栈桥直接下至基坑底部，有效降低了土方的垂直开挖高度，使挖掘机、渣土车、混凝土罐车等车辆直接行驶至相应工作面上，加快了土方装车速度。支撑效果如图3所示。

　　图3 支撑效果 

　　4 出土栈桥施工

　　结合出土栈桥设置，土方开挖总体方案遵循在竖向上分5步开挖，在水平方向上严格遵循“对称、平衡”和“先撑后挖”的原则。采用分段均衡开挖的方法，将基坑整体分为5段，优先施工对撑区域，其他段两两同时开挖，在对撑两侧设置“一桥四岛”式快速出土栈桥平台，运输车辆可从地面下至基坑开挖面进行出土，每步土方开挖均从支撑位置开始，先由小型挖掘机进行支撑下掏挖和倒运，然后进行环撑内土方开挖，以中心岛式进行分步、退台开挖，最后在栈桥位置进行收尾。土方分段平面如图4所示，支撑施工分段平面如图5所示。

　　图4 土方开挖分段平面示意 

　　利用第3道对撑两侧的混凝土平台，采用碎渣块上部垫钢板的方式，修斜坡道下至两侧环撑的第5 步土方中心。挖掘机及运输车辆通过栈桥、穿过对撑和渣块栈桥下至基坑内，先开挖支撑下部土方，待土方开挖见底，随即进行混凝土垫层和其他工序施工;再采用退挖的方式向第3道对撑两侧的混凝土平台方向退挖，完成整体的土方开挖;整体土方开挖完成后，利用汽车式起重机或塔式起重机将在坑底进行收尾工作的1台挖掘机吊装出坑。基坑土方开挖施工效果如图6所示。

　　图5 支撑施工分段平面示意  

　　图6 基坑土方开挖施工效果  

　　5 实施效果

　　天津平安泰达金融中心超深基坑土方开挖及支撑施工中采用了“一桥四岛”式快速出土栈桥配合土方开挖进行土方运输，将深基坑内支撑与栈桥合二为一，且深基坑施工全程未使用长臂挖掘机和抓斗机，为天津市首例。栈桥为底板施工提供了材料运输、堆放，混凝土罐车浇筑等便利条件，实现工程土方日出土量2 000m³，最高达3 600m³，基坑近40万m³土方仅用198d快速开挖完毕，较计划工期缩短90d，获得效益达1 200余万元;有效减少了施工过程中基坑的变形，基坑地下连续墙深层位移仅36mm，道路管线沉降仅28mm，均在预警值内，基坑及周边环境变形安全可控。

　　工程实践证明，“一桥四岛”式快速出土栈桥适用于软土地区超深基坑土方开挖，尤其适用于采用混凝土内支撑的顺作法土方开挖及深度>15m的深基坑土方开挖，整个开挖过程不使用抓斗机和长臂挖掘机，较其他传统方法更安全、经济，且出土效率高，对永久结构的影响几乎为零，机械成本较低，可为类似工程提供借鉴。