该项目位于大连市东港区D02-02地块, 规划总用地面积25 000m², 总建筑面积约25万m², 其中地下4层、裙楼4层、塔楼为2栋41层超高层写字楼。基坑总面积约19 000m², 东西方向长约202m, 南北方向长约97m, 开挖深度16.9~19.4m。项目处于东港商务区, 其周边早在20世纪90年代已进行开发建设, 并建成华乐环海花园小区及东海热电厂等, 市政配套管线较多;同时, 在地块附近300m范围内均为拟建及在建的商务项目地块及正在施工的地铁2号线, 周围环境相对复杂, 项目总平面如图1所示。

本项目场地原地貌单元属近岸海域水下岸坡, 经人工填海整平后形成人工海岸带, 基坑周边现状地面标高约3.500m。据岩土工程勘察报告显示, 工程在影响深度范围内岩土分布较复杂, 地层分布自上而下分别为:素填土 (Q₄^ml) 、淤泥质粉质黏土 (Q₄^m) 、粉砂 (Q₄^mc) 、粉质黏土 (Q₄^al+pl) 、全风化板岩 (Zc) 、强风化板岩 (Zc) 、中风化板岩 (Zc) , 且各土层在地层内分布不均匀, 如图2, 3所示。

从图2, 3中可以看出, 场内东南角与场地中间区域, 淤泥层埋深较浅, 最浅处距地表2m, 但淤泥层分布较厚, 东南角区域淤泥层厚度普遍>10m, 场地中间区域淤泥厚度最深>18m;而场地西侧与东北角区域素填土层较厚, 素填土厚度普遍>15m。

该项目地下水主要为赋存于填土、淤泥质粉质黏土及粉砂中第四系松散层中的孔隙潜水和全风化板岩及强风化板岩中的基岩裂隙水, 水量丰富, 主要补给来源为场地北部的海水;受场地地势较低等因素影响, 大气降水也对场地地下水有一定的影响。场地地下水受海水潮汐影响较大, 勘察期间观测水位变幅1~2m, 地下水水位高程为-0.100~-0.580m。

根据场地地质条件及周边环境, 该项目选择咬合桩围护结构方案, 局部地段采用桩前土注浆加固, 基坑的内支撑统一采用3道对撑 (角撑) 钢筋混凝土支撑, 如图4所示。

其中, 咬合桩采用直径1 200mm, “一荤 (B桩) 一素 (A桩) ”布置, 间距950mm。咬合桩A, B桩分两序施工, 一序桩为A桩, 大部分地段为素混凝土桩, 局部地质条件较差地段内部设置矩形钢筋笼, 二序桩为B桩即钢筋混凝土桩;内支撑在平面布置上由4组角撑和2组对撑组成, 竖向布置自上而下共3道;同时, 为了保证内支撑的安全和稳定性, 采用腰梁与下部钢筋混凝土支撑桩连接。

由于基坑开挖范围大部分为杂填土层, 含石块较多, 渗透系数1.6×10^-1cm/s, 属于强透水层;且基坑周边有较多市政管线, 对沉降要求严格, 不允许大量降水, 因此本次基坑采用咬合桩作为支护结构的同时, 兼作截水帷幕。截水帷幕深度要求穿过强透水层, 进入强风化岩≥2.0m。基坑内部土方开挖采用降水井降水。基坑的坡顶及坡脚要求设置排水沟。

该项目周围环境复杂, 基坑周边用地红线之外1.0~5.0m范围, 埋设有污水管线、雨水管线、给水管线等众多地下管线, 且工程水文地质条件不佳, 基坑下土层分布严重不均, 并存在大量淤泥层;同时, 近海回填区常年受海水潮汐的影响, 地下水位极不稳定, 都给基坑施工带来困难。与此同时, 大面积向纵深发展的地下空间使得该工程的土方量巨大, 仅第3层土方量就达90 000m³;而排土过程中, 由于内支撑自上而下施工, 因此垂直运输会受到结构的限制, 基坑内水平运输会受到支撑净空空间的限制。

基于以上分析, 本工程施工难点包括内支撑和土石方施工总体部署, 即如何合理安排施工穿插及工序搭接, 做好两个专业工程之间的整体协调和组织工作, 保证基坑及内支撑体系的安全性和稳定性, 并解决好场内垂直运输问题;以及内支撑施工组织方案设计, 包括总体施工流程、施工劳务安排、内支撑施工流水顺序、内支撑施工工序演示以及施工材料吊运及人员通道规划几部分;此外, 还需要做好基坑降排水及撑下淤泥处理工作, 即必须保证及时降排水, 使内支撑作业面不受降水影响, 并最大限度降低水位标高, 进而降低淤泥内含水量, 有利于施工, 保证基坑周边沉降不宜过大;同时进行撑下淤泥的整体换填, 保证内支撑施工过程不发生下陷, 防止结构变形。

土方开挖遵循“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”原则组织施工。分区开挖、分段组织实施, 无支撑区域采用盆式大开挖, 支撑区撑底土方采用撑下掏挖方式进行 (局部采用上部掏挖) 。

将第1层土方划分为4个施工区域, 如图5所示。每个施工区内的土方开挖与内支撑两个不同专业, 组织区内穿插作业, 逐层向下递进。区间组织流水作业, 土方开挖由基坑周圈向场地中央收进, 内支撑按照先对撑后角撑的施工方向组织实施。在第1层土方开挖过程中, 兼顾内支撑穿插施工的需要, 进一步细化为8个施工段, 先开挖1~4段再开挖5~8段, 具体过程如下。

第1层土方开挖为开阔式开挖方式, 开挖难度较小;沿场地东西向中间处设置主干道;场内共设置3个出土坡道, 其中东、西两侧为主通道, 北侧土坡道作为辅道, 由基坑北侧通道进入东侧奥泰场地。角撑区1~4段土方同时开挖, 由1, 2号出土口外排。通道及出土口布置如图6所示。

腰梁区土方开挖工序如图7所示。土方开挖至梁底, 预留100mm厚土方人工清理整平。腰梁区开挖初始宽度6~10m, 以提供场地平整、剔凿、植筋等安全操作空间。对于咬合桩预埋筋较深的部位, 由小型挖掘机进行挖深控制在1m左右, 提供剔凿预埋筋及掰直作业面。

如图8所示, J1~J4段角撑区第1层土方开挖已基本完成, J3段局部区域作为土坡道使用;西侧混凝土坡道施工未完成。

组织对撑区土方开挖, 选择2号土坡道作为主出土口。混凝土坡道第1段已支设的模架需拆除, 回填1号土坡道用于场内土方外排, 同时断掉2号土坡道, 将J3区剩余内支撑结构施工完成。

如图9所示, 5~8段对撑区施工完成后, 在对撑混凝土强度增长的间歇期, 角撑1~4段第2层土方开挖, 并陆续插入进行角撑区结构施工。

第2, 3层土方开挖与内支撑施工相同。以第2层为例, 如图10所示, 第2层土方顶标高与冠梁顶高差为2.7m, 当内支撑混凝土达到一定强度后, 设置3个宽度为5m、坡度1∶3.5的临时土坡道。第2层土方开挖为撑下开挖, 每段分别设置1台挖掘机, 首先挖掘机在相应空当位置开挖, 挖出足够空间后, 每处各下坑1台日立ZX70-5G挖掘机和2台SDLG-50装载机进行转运。

如图11a所示, 1~4段土方开挖至第2道内支撑标高处 (-5.700m) , 土方出土车道为东、西两侧临时土坡道。对撑区域边坡放坡比与安全距离根据实际开挖土层情况而定, 并保证施工安全距离。当1~4段内支撑施工时, 2, 4段临时土坡道断开, 第2层栈桥坡道、1段和3段角撑以及2段和4段剩余角撑区域正常施工。

如图11b所示, 5~8段土方开挖至第2道内支撑标高处 (-5.700m) , 土方出土车道为东、西两侧临时土坡道 (若北侧设计恢复可通车, 则作为出土辅道) 。当对撑区域土方开挖结束后, 进行5~8段 (除土坡道下部区域) 内支撑以及第2层栈桥施工, 混凝土采用地泵浇筑。

如图11c所示, 当对撑区域支撑施工结束后, 临时土坡道断开, 进行剩余内支撑施工, 混凝土采用地泵浇筑。

第4层土方开挖顺序为先开挖通道区土方并与混凝土坡道相连→9, 11段土方开挖→1~4段、10段土方开挖→5~8段土方开挖, 排土通道设置, 如图12所示。大部分土方由混凝土坡道外排。支撑以下净空高度为3.2m, 运土车净高为3.5m, 由于净高限制车辆通行, 根据设计要求对撑下车道位置下超挖1 000mm, 车道宽度为8 000mm。西侧栈桥强度达到后, 在末端接土坡道至基坑底部, 用于后期排土车通行。

第1层土方开挖利用场地自然土作为出土通道。

第2层土坡道设置3处, 分别是西侧1号土坡道、东侧2号土坡道、北侧3号土坡道。土坡道随着挖深逐段接长, 如图13所示。

在第2层土坡道基础上, 进行接长和挖断施工。第3层土方开挖完成后, 1~3号土坡道全部挖除, 不再设置土坡道。

本层土方主要由西侧混凝土坡道外排, 场地中央出土通道提前开挖。再辅以吊土倒运方式出土, 如图14所示。

第1层土方开挖→第1道内支撑施工→第2层土方开挖→第2道内支撑施工、坡道1段施工→第3层土方开挖→第3道内支撑施工。

内支撑总体分成2个施工区、8个施工段。1区由1, 2, 5, 6段组成, 单独安排一个劳务队伍负责施工;2区由3, 4, 7, 8段组成, 另外安排一个劳务队伍负责施工。区间平行施工, 段间流水作业。

由于A, B塔楼的地基基础和主体结构处于场地西南和东北两个角部, 故优先施工角撑区, 以提供塔楼区底板作业面。

考虑支护结构安全, 同组对撑 (如5, 6段或7, 8段) 如果不能同时施工完成, 那么两对撑区结构南北错开施工, 最大限度地减少支护桩暴露范围, 降低支护结构变形。原则上安排5, 8段同时施工, 后6, 7段再同时施工, 并且及时衔接使对撑及早形成整体, 如图15所示。

内支撑施工工序主要包括以下7个步骤。

1) 土方开挖至冠梁顶→围护桩及立柱桩定位→围护桩施工→立柱桩施工→冠梁施工。

2) 挖土至第1道支撑顶→第1道支撑系统施工。

3) 挖土至第2道支撑顶→腰梁施工→第2道支撑系统施工。

4) 挖土至第3道支撑顶→腰梁施工→第3道支撑系统施工。

5) 挖土至基坑底部。

6) 施工地下室底板结构→地下室底板与围护桩之间浇筑C20素混凝土传力带→拆除第3道支撑系统。

7) 依次施工地下3层底板→回填土石方至地下3层底板标高→拆除第2道支撑系统。

8) 依次施工地下3层底板→回填土石方至地下3层底板标高→拆除第2道支撑系统。

为了方便现场原材料与成品材料倒运, 现场配置平板车2台, 汽车式起重机1台。

配备汽车式起重机和平板车负责场内材料的倒运, 汽车式起重机的临时吊装点在场地西、北侧的就近钢筋棚区域设置。吊装点布置如图16所示。

为了保证及时降排水, 使内支撑作业面不受降水影响, 并最大限度降低淤泥内含水量, 同时又不致使降水过大引起基坑周围土体沉降过大, 导致周边市政管网及建筑物、构筑物损毁, 基坑降水应24h专人值班, 并定时进行巡检, 同时应全程监测周边建 (构) 筑物的变形和安全;另外, 降水应提前进行。当混凝土强度达到设计要求比例后, 具备开挖条件以前7d应进行降水, 并且保证水位在本层土方以下标高, 降水平面布置如图17所示。

本工程土层中含有大量淤泥 (最厚约18m) , 且主要分布于支撑下部与场地中央。根据前期工程桩施工记录的淤泥层分布情况可知, 淤泥质粉质黏土在3道内支撑下均有广泛分布。淤泥质粉质黏土导致现有场地土层承载力不足, 现场机械与人员施工作业面受限, 甚至影响现场内支撑施工质量。

为了保证施工质量, 更好地指导施工, 根据前期桩基单位的施工记录和数据分析, 将内支撑底作为界面, 对淤泥层分布部位及厚度进行等比例模拟;计算换填深度, 进行场内换填深度试验, 确定最佳换填方案;对撑下淤泥区域采用机械掏挖换填的方法进行加固, 以场内土石方作为换填土方对不同厚度的淤泥进行掏挖换填, 并进行反复碾压以增加支撑下部地基承载力, 保证内支撑施工过程不发生下陷, 防止结构变形;对于无撑区淤泥, 视情况进行晾晒风干处理。

为保证基坑自身稳定和安全, 在基坑施工过程中, 必须对基坑进行全程监测、监控。根据监测数据, 了解基坑安全状态, 判断支护设计是否合理, 施工方法和工艺是否可行, 并在发现安全隐患时及时调整施工方案。同时, 监测周边建 (构) 筑物的变形和安全。

施工监测的工作范围包括基坑的变形、结构内力、结构沉降等, 以及基坑范围之外1.5倍基坑深度 (30m) 范围内道路、建筑物、重要管线等的变形。基坑监测点平面布置如图18所示。

各期各监测项目累计变形最大值如图19所示。

各监测项目, 除桩体位移控制值为±70.0mm外, 其他项目控制值均为±50.0mm。从图19中可以看出, 各监测项目基本处于稳定状态, 且除管廊地表沉降量稍微超出控制值以外, 其他项目均处于控制值以内;同时, 通过现场巡视未发现基坑开挖过程中场内地表与坡顶出现明显裂缝, 且临近地面和建筑无明显沉陷裂损, 基坑本体和周围环境均处于安全状态, 内支撑施工基本达到预期效果;但仍应持续对基坑进行监测, 加强现场巡视, 如发现异常情况应立刻采取措施防止险情进一步发生。

该项目采用咬合桩加3道内支撑的基坑支护模式, 在水文地质条件恶劣、周围环境复杂的情况下, 合理进行施工部署, 充分考虑了施工中可能遇到的困难和问题, 积极采取相应措施, 顺利完成。工程施工中, 保证了工程本身以及周围道路及建筑物、构筑物的安全。