天津高银117大厦地处天津中心城区西南侧,紧邻天津外环线,是一幢集办公、酒店、观光、精品商业于一体的超高层特大型摩天大厦。大厦地上总建筑面积约37万m²,地下3层(局部4层),地上117层(含设备层共130层),结构高度596.5m,为中国结构第一高楼,建成后将成为天津市乃至京津地区极具代表性的标志性建筑。

我国当前深基坑工程以深、大、复杂为特点,要达到技术合理、经济可行,必须因地制宜对不同地质区域采用合理的支护形式,如此才能达到良好的工程效果。本工程基坑开挖深,面积大,地下水位高,涌水量大,周边环境复杂,结合施工现场的特点综合采用放坡、重力坝、灌注桩、深井井点降水多种支护形式相结合手段,以保证基坑安全稳定,并确保基坑工程经济合理。

本工程主楼基坑南侧浅层采用ф700mm@500mm双轴水泥土搅拌桩,形成搅拌桩重力坝作为围护体系,双轴水泥土搅拌桩与地下连续墙间设1排高压旋喷桩,在地下连续墙外围形成加固体,以此达到挡土的目的。如图1所示。

本工程南侧基坑边线与用地红线距离短,无法采用放坡、土钉墙或预应力锚索等方式进行基坑的支护与防水,因此,项目在实地试验后选用重力坝形式作为南侧基坑围护。

本工程重力坝施工由2种桩共同组成:双轴搅拌桩、高压旋喷桩。工程施工难度大,主要表现在以下方面:(1)搅拌桩钻机垂直度不易控制;(2)部分搅拌桩要穿越粉砂层,穿越难度大。

本工程施工重点:桩体施工必须保持连续性,桩与桩的搭接时间双轴搅拌桩≤12h。

针对以上重难点,项目采取以下措施。

1)对施工场地进行充分平整,以施工场地为平面,用线锤在相互垂直的2个方向对钻机垂直度进行校核,双轴搅拌桩垂直度误差保证在1/100以内。

2)钻机在穿越粉砂层时,应减小下降速度,使下沉速度控制在0.7m/min左右,保证穿越粉砂层时钻机不偏位。

本工程双轴水泥土搅拌桩均为ф700mm@500mm,采用P·O42.5级新鲜普通硅酸盐水泥,水泥掺量均为13%,水灰比0.55,土的天然重度平均18k N/m³,桩身28d抗压强度≥0.8MPa。如表1所示。

按搅拌桩施工图纸定出桩体的排列位置,施工前根据围护坝体宽度开挖槽沟,用全站仪定出桩位中心线,并用小木桩打入土中做标记,然后根据中心线用钢卷尺定出各桩位中心。

桩机安装后,移到桩位对中,移动结束后检查定位情况,以保证桩机平稳周正,使动力头、搅拌头、桩位三点中心位于同一垂直线上,偏差≤50mm。

启动电动机,放松卷扬机,使搅拌头沿导向架搅拌土下沉,安排专人负责检查监视下沉速度电动机、电流表,搅拌头下沉速度不得超过0.7m/min。当遇到硬土层下沉太慢时,可适量喷水,但应考虑到喷水成桩对桩身强度的影响。

双轴搅拌机预搅下沉的同时,按设计要求的水灰比配制水泥浆,并要求在供浆前搅拌均匀。

搅拌头到达设计桩底标高后,供浆人员必须根据施工班长的指令及时供应水泥浆液到达孔底,并立即慢速提升深层搅拌机,使喷入水泥浆和地基土均匀拌合,提升速度控制在0.5m/min以下,注浆量约为总注浆量的50%。

为使地基软土和水泥浆液充分搅拌均匀,待双轴搅拌机喷浆提升至设计桩顶标高后,再次将双轴搅拌机下沉,至设计桩底标高后,进行二次喷浆同时搅拌提升,提升速度同上,注浆量约为总注浆量的50%,为保证桩头质量,桩机提升至孔口时应停留搅拌数秒钟。

在成桩结束2~4h,在相应的桩顶插入钢管或钢筋。钢管型号为ф48×2.75,材质等级为Q235,长度为5m;钢筋采用ф12,长为1.5m,管顶标高控制在-0.950m。人工将钢管插入搅拌桩内部,如遇到人工无法插入或插入深度无法满足要求等情况,可采用挖掘机等机械协助将钢管压入以满足要求。然后在重力坝顶部铺设ф6.5@200×200钢筋网片与插入桩体内的钢管及钢筋焊接,并浇筑100mm厚C20混凝土面层。

桩机移位,重复上述步骤进行下一根施工。

由于注入一部分水泥浆,并不断搅拌,部分泥土被翻运出沟槽,项目使用挖掘机将沟槽内的水泥土清理至垃圾池。

水泥土搅拌桩桩身强度应符合设计要求,并每天在现场制作一块边长为7.07cm的水泥土试块,在项目标准养护后,在实验室测定28d无侧限抗压强度,测得的强度数值应≥0.8MPa,同时结合钻芯取样,检测其28d桩体强度。

高压旋喷止水桩施工采用二重管法,采用ZX-100型小口径钻机成孔,将注浆管插入孔内,采用高压注浆泵喷射水泥浆,一边喷射,一边旋转和提升,最终在土中形成圆柱固结体。如图5所示。

将钻机安置在地下连续墙接缝处,杆头对准孔位中心。钻机就位后进行水平校正,钻机钻杆使用项目自行采购的导向架进行定位,保证钻杆对准钻孔中心位置,倾斜度≤1.5%。

钻孔的目的是为将喷射注浆管插入预定地层中。项目采用100型振动钻机进行钻孔。要求控制孔位与设计位置的偏差<50mm,喷射孔与高压注浆泵的距离同样<50mm。钻孔的同时进行插管作业。插管过程中,为防止喷嘴堵塞,项目采取边射水边插管的方法,水压力≤1MPa,防止因水压力过大造成孔壁射塌。

实验室确定固化剂浆液配合比设计后,严格按设计要求配制泥浆供使用。压浆前将水泥浆倒入料斗中。旋喷注浆的水泥材料型号为P·O42.5级普通硅酸盐水泥,水泥浆液的水灰比为0.8。

当喷射注浆管插入土壤后,自下而上进行喷射、注浆,相关参数如表2所示。

喷浆过程中,若冒浆量>20%或完全不冒浆,需采取相应处理措施。

冒浆量过大的控制措施:增大喷头喷射压力,加快喷头旋转速度。不冒浆采取措施:在浆液中掺入适量速凝剂,缩短浆液固结时间,使浆液在目标土层范围内快速凝固;在地层空隙处增大注浆量,填满后继续喷浆。

喷射作业结束后,迅速拔出注浆管,用清水将注浆管等机具设备冲洗干净。

待注浆管全部提出地面后,关闭电动机,然后将桩机移至新的桩位。

上述重力坝关键施工技术经天津高银117大厦基坑支护工程实际应用,效果良好,施工中未出现塌孔、成桩不良等问题,施工快速,工效大幅提高;土体应力受控状况良好,地下连续墙稳定度较高,使基坑支护的施工兼具效率和质量,确保超高建筑物施工的安全性,创造了良好的经济和社会效益,为今后狭小场地超高层建筑基坑施工有效解决土压力难题开辟了一条新的思路及做法,应用前景广阔。