实战篇：软土地区深基坑逆作法土方开挖与支撑技术应用

实战篇：软土地区深基坑逆作法土方开挖与支撑技术应用第一页，共48页。一、工程概况二、工程特点和难点三、新技术应用情况四、关键技术与创新五、新技术应用效果目录第二页，共48页。

天津地铁广场工程位于天津市和平区南京路，工程地处软土区。工程总建筑面积32.5万m2，由四层地下室、八层裙房及四栋塔楼组成，建筑物最大高度为258m。工程基坑开挖面积约16000m2，总土方量约32万m3，平均开挖深度约20m，最大挖深坑底标高为-22.35m，属软土地区的超深基坑。地下室外维护结构为1.0m厚地下连续墙，兼做基坑支护挡墙。一、工程概况工程剖面图第三页，共48页。天津地铁广场地下室结构类型分为两种，塔楼所在区域为型钢混凝土组合结构，裙楼所在区域为框架结构，根据工程结构特点，深基坑支护设计时考虑到塔楼型钢柱无法逆作的情况，设计采用了“敞开式逆作法”，即地下裙楼区域结构逆作，塔楼区域结构留洞顺作。在基坑深度范围内，共设有五道水平支撑，土方分六步开挖，逆作法总体施工顺序为第一步土方开挖及第一道支撑逐层向下施工。一、工程概况第四页，共48页。

基坑内共设有五道支撑，其中第一、五道支撑为临时性支撑，第二、三、四道支撑为钢筋砼永久性支撑，利用地下一、二、三层梁板结构作为基坑内支撑。各道支撑结构构件自重及施工荷载由格构柱支承，并将竖向荷载传递给桩基。五道支撑顶标高分别为：-1.40m；-5.05m；-10.25m；-13.45m；-15.70m。一、工程概况第五页，共48页。一、工程概况永久性支撑结构平面布置图第六页，共48页。一、工程概况

第五道临时性支撑结构平面布置图第七页，共48页。

本工程基坑地理位置特殊，周边环境复杂，北侧为天津市内环交通主干道－南京路，其下为正在运营的地铁1＃线，东侧为建委大楼和超高层诚基大厦，西侧为津汇广场，另外基坑周边的地下管线密集，对基坑开挖造成的变形十分敏感。现场场地特别狭窄，东、南、西侧场地仅有6m左右宽（有效宽度）的施工道路，且无施工循环道路。一、工程概况工程基坑周边环境平面图第八页，共48页。1、质量目标：达到国家验收合格标准，创优目标为确保天津市“海河杯”，争创“鲁班奖”

2、安全及环保目标：杜绝死亡、重伤和重大机械设备事故，无火灾事故；轻伤频率3‰以下。确保获得“天津市市级文明工地”称号创建花园式施工环境，营造绿色建筑。做好工程周围公益、环保事业，给周围居民一个好的生活环境

3、工期目标：地库及商业裙楼630天竣工，整体工程950天竣工（不含降水井施工工期）

4、CI目标：创中建总公司CI达标创优工地。

5、科技目标：创中建科技示范工程和中建总公司科技示范工程。科技进步效益率达2.0%

管理目标一、工程概况第九页，共48页。二、工程特点和难点1、本工程基坑面积大，开挖深度深，平均开挖深度约20m，总量约为32万m3，周边环境复杂，对基坑变形十分敏感。天津市区土质软弱，采用逆作法施工对如此大的土方量，如此深的基坑，周边环境如此复杂，编制合理、安全、经济、行之有效的挖土、出土方案，在保证基坑结构安全和施工安全的前提下，以最大限度加快出土工效，缩短工期，是地下工程乃至整个工程的重点和难点。

2、现场场地狭窄，无循环道路，东、南、西侧场地仅有6m左右宽（有效宽度）的施工道路。场外均为单行路，白天禁行，只能夜间出土。合理安排场内、场外运输，并实现场内小循环道路，以达到场内、场外交通畅通是土方工程施工组织的难点。第十页，共48页。3、本工程支撑结构的竖向承重构件为钢格构柱，格构柱平面位置与工程永久结构柱重合，为逆作法支撑结构施工难度较大的一种。因格构柱在结构柱内占位影响，结构柱的柱头施工、梁柱节点钢筋处理及柱身支模、砼浇筑十分困难，是逆作法支撑结构施工的难点。

4、本工程地理位置特殊，周边环境复杂，地处繁华的商业中心地带，为软土地区的超深基坑，且为逆作法施工。基坑施工过程中通过各种监测技术对基坑变形进行全面、实时监测，每天微小的变形都能通过监测数据在第一时间内反映出来，实现信息化施工，是施工控制的重点。二、工程特点和难点第十一页，共48页。

工程开工之初，该类型深基坑工程设计及施工在天津尚属首例，该深基坑工程被天津市深基坑专家委员会评估为目前天津市施工难度最大的深基坑工程。根据该深基坑工程难度大的特点，从进场之日起，对施工重点和难点制定了攻关计划，聘请资深专家组成专家顾问组，成立了专业技术强的攻关小组，对工程难度最大的深基坑土方开挖方案进行了指导，为编制安全经济、合理可行的施工方案提供了技术保障。三、新技术应用情况第十二页，共48页。三、新技术应用情况

工程施工中成功推广应用了软土地区深基坑逆作法土方开挖及支撑结构成套施工技术，包含以下六项关键技术及创新：

1、深基坑逆作法土方组合开挖施工技术；

2、钢筋混凝土栈桥及出土平台结构设计技术；

3、钢质桥式滤水管在逆作法深基坑降水工程中的应用；

4、逆作法结构柱施工技术；

5、深基坑支护结构在流沙层严重渗漏堵漏技术；

6、复杂周边环境下的逆作法深基坑监测技术。工程施工中应用了以上新技术后，工程基坑土方全部顺利开挖完毕，基坑安全得到了保证，新技术在工程中总体应用效果良好。第十三页，共48页。1、深基坑逆作法土方组合开挖施工技术

①土方开挖采用“栈桥、出土平台+预留出土洞内中心岛式开挖+支撑结构下盆式开挖”的土方组合开挖方式，为技术创新点。坑内设六座出土平台和一座砼栈桥作为出土机械的操作平台和行驶道路。四、关键技术与创新第十四页，共48页。基坑最后一步土方开挖鸟瞰图第十五页，共48页。1、深基坑逆作法土方组合开挖施工技术

第二～第六步土方开挖，支撑结构下土方开挖采用盆式开挖，小型挖掘机从基坑支撑结构内侧向地连墙方向由内向外掘进，将支撑结构下的土方掏挖、倒运到基坑中部预留出土洞内。小型挖掘机支撑结构下盆式开挖四、关键技术与创新第十六页，共48页。1、深基坑逆作法土方组合开挖施工技术基坑中部预留出土洞内土方采用中心岛式开挖，以栈桥或平台为中心，土方通过挖掘机多级倒运，堆高，形成中心岛，栈桥或平台出土点为中心岛最高点。四、关键技术与创新支撑结构出土洞内中心岛式开挖出土洞形成的多级内中心岛第十七页，共48页。1、深基坑逆作法土方组合开挖施工技术普通大斗容量挖掘机或加长臂挖掘机、履带式抓斗坐于平台或栈桥之上，将坑内中心岛顶部堆土挖出，直接卸入在坑顶道路上等待的运土车内，运出场外。普通大斗容量挖掘机平台上出土18m加长臂挖掘机栈桥上出土第十八页，共48页。四、关键技术与创新1、深基坑逆作法土方组合开挖施工技术②坑底浇筑砼垫层能够有效阻止软土因蠕变产生时空效应而导致地连墙变形加大，利用砼垫层临时支撑作用，将南京路一侧土方原设计分块抽条、跳仓开挖方式改为分块连续开挖、每块完成后快速浇筑砼垫层的快速开挖方式，以减小逆作法土方开挖难度，加快开挖进度。第十九页，共48页。四、关键技术与创新1、深基坑逆作法土方组合开挖施工技术③根据第六步土方坑底土质较好、坑内砼垫层临时支撑作用及工程桩对土体嵌固等有利条件，结合第五、六步土方同时试探性开挖情况及基坑变形监测数据，经专家论证，成功实施了第五、六步土方同时开挖的方案，在保证基坑安全的前提下，大大加快了土方开挖进度。第五、六步土方同时开挖专家论证会议纪要第二十页，共48页。四、关键技术与创新

1、深基坑逆作法土方组合开挖施工技术工程实践证明，“栈桥、出土平台+预留出土洞内中心岛式开挖+支撑结构下盆式开挖”的土方组合开挖方式特别适用于软土地区深基坑敞开式逆作法土方开挖，能够顺利、完整解决软土地区深度超过20m的逆作法基坑土方开挖。该组合开挖方式安全性高，出土工效快，对永久结构影响小，机械成本低，为类似工程施工提供了借鉴。第二十一页，共48页。四、关键技术与创新1、深基坑逆作法土方组合开挖施工技术基坑第五、六步土方同时开挖实施成功，将工程关键线路上的工期缩短了整整30天，产生了很大的经济效益，直接节省机械费70多万元，间接经济效益1650万元（合同约定竣工工期每拖延一天罚款55万元）。基坑第五、六步土方同时开挖方案可行性分析及成功实施还对该类基坑的设计和施工提供了经验借鉴和第一手资料。采用浇筑砼垫层作为临时支撑使用，有效阻止了软土地区基坑支护结构因“时空效应”产生的变形，改变土方分块跳仓开挖方式，降低土方开挖难度，加快了施工进度。第二十二页，共48页。２、钢筋混凝土栈桥及出土平台结构设计技术为给出土施工机械提供了作业平台及通行道路，基坑内设置了六座出土平台和一座钢筋砼栈桥，栈桥及出土平台为我公司项目部技术人员自行设计，结构设计采用了多项创新技术。四、关键技术与创新砼栈桥布置平面出土平台布置平面图第二十三页，共48页。２、钢筋混凝土栈桥及出土平台结构设计技术

创新技术一：结构设计基本计算方法：静力计算（混凝土结构设计规范及钢结构设计规范）+弯矩调幅（钢筋混凝土高层建筑结构设计规范）+冲击系数（城市桥梁设计荷载标准）；四、关键技术与创新梁端负弯矩调幅计算冲击荷载冲切效应计算第二十四页，共48页。２、钢筋混凝土栈桥及出土平台结构设计技术

创新技术二：

栈桥利用原钢格构柱作为主要竖向承重构件，格构柱间距较大部位设置砼钻孔灌注桩作为补充竖向承重构件。格构柱与灌注桩组成了栈桥钢结构―钢筋砼结构竖向承重组合结构。四、关键技术与创新格构柱与灌注桩组成栈桥竖向承重组合结构第二十五页，共48页。２、钢筋混凝土栈桥及出土平台结构设计技术

创新技术三：栈桥及出土平台的采用钢筋砼灌注桩作为竖向承重支撑柱，新设置灌注桩与原设计工程桩桩基中心距小于《建筑桩基技术规范》规定的最小中心距，方案论证时用桩基分为两个阶段受力理论进行的解释，工程桩承载力并不受到影响。四、关键技术与创新专家论证意见第4条：工程桩承载力不受影响第二十六页，共48页。２、钢筋混凝土栈桥及出土平台结构设计技术栈桥布置时，将栈桥与基坑第一道支撑的其中一道对撑结合在一起，栈桥既能起到通车、施工机械在其上工作的作用，又能起到支撑基坑的作用，降低了工程成本。四、关键技术与创新栈桥与第一道支撑东侧的对撑结合在一起第二十七页，共48页。２、钢筋混凝土栈桥及出土平台结构设计技术钢筋砼栈桥及出土平台水平拉结构造如下：四、关键技术与创新通过钢抱箍、槽钢将灌注桩与基坑各道支撑梁拉结灌注桩上的钢抱箍安装节点第二十八页，共48页。２、钢筋混凝土栈桥及出土平台结构设计技术砼栈桥及出土平台结构设计为我公司项目部技术人员自行设计，通过了香港JMK工程顾问公司（本工程超高层结构原设计单位）及天津大学建筑设计研究院的严格审查。右图是天津大学建筑设计研究院对栈桥结构设计审核意见。四、关键技术与创新天津大学设计研究院审核意见第二十九页，共48页。２、钢筋混凝土栈桥及出土平台结构设计技术出土平台及栈桥在工程使用中承受了满载50吨运土车、18m加长臂挖掘机、满载16m3大型砼罐车、160吨汽车吊吊装4.5吨钢柱等施工重型荷载，重型施工车辆（50吨及以上）从栈桥上通行车次超过了2000次，使用状况良好，出土平台及栈桥设计安全，满足工程施工需要。四、关键技术与创新130吨汽车吊坐于栈桥上吊装重量为4.5吨的钢结构首节柱16m3大型砼罐车在栈桥上通行第三十页，共48页。２、钢筋混凝土栈桥及出土平台结构设计技术

经初步查阅我局及中建总公司相关专利、工法等成果，目前该领域尚无属施工单位自主知识产权的成果，经咨询天津市结构设计专家，目前天津市设计单位和施工单位也未在该领域申报技术成果，该技术能够弥补该项空白，科技含量高。四、关键技术与创新75吨汽车吊坐于出土平台上，从坑内吊起25吨重挖掘机第三十一页，共48页。3、钢质桥式滤水管在逆作法深基坑降水工程中的应用逆作法土方开挖过程中挖土机械在软土上行走容易将无砂砼管挤碎，特别是支撑结构下土方开挖工作面狭窄，挖土机械极易将降水井管压碎破坏，井管保护非常困难。根据工程实际情况，在第三步土方开挖时新增加降水井，井管材料采用在水利工程中使用的钢质桥式滤水管，滤水管材料为钢材压制而成。四、关键技术与创新正在施工的钢质桥式滤水管第三十二页，共48页。四、关键技术与创新3、钢质桥式滤水管在逆作法深基坑降水工程中的应用本工程引进钢质桥式滤水管作为深井井管使用后，全部土方开挖完毕井管基本未被破坏，降水效果好，很好的解决了软土地区深基坑逆作法土方开挖过程中降水井保护困难的问题，特别适用于基坑深度大、土质软弱、作业条件差的基坑降水工程，有较大的推广意义。正在安装的钢质桥式滤水管第三十三页，共48页。4、逆作法结构柱施工技术本工程支撑结构的竖向承重构件为钢格构柱，格构柱平面位置与工程永久结构柱重合，为逆作法支撑结构施工难度较大的一种。因格构柱在结构柱内占位影响，给结构柱正常施工和节点处理带来了很大困难，逆作法结构柱施工技术系统总结了柱头挖土、结构柱竖向插筋、柱头支模、结构梁纵筋遇结构柱内钢格构柱打弯绕行节点处理、结构柱箍筋遇钢格构柱缀板开孔通过节点处理、结构柱内包钢格构柱偏位加柱帽处理、结构柱柱身钢筋连接及绑扎、柱身支模及砼浇筑、喇叭口多余砼处理等一整套施工技术。四、关键技术与创新第三十四页，共48页。四、关键技术与创新4、逆作法结构柱施工技术：典型方案图柱头插筋方案梁筋绕行格构柱方案柱身支模方案第三十五页，共48页。逆作

法柱

头插

筋逆作法箍筋穿越格构柱缀板逆作

法梁

筋绕

行格

构柱梁筋

打弯

现场

量尺

加工四、关键技术与创新第三十六页，共48页。逆作

法柱

身钢

筋连

接逆作

法柱

身支

模工

艺柱头

拆模

后喇

叭口

砼外

形柱头

喇叭

口砼

剔凿

后柱

身成

形四、关键技术与创新第三十七页，共48页。四、关键技术与创新4、逆作法结构柱施工技术逆作法结构柱施工技术解决了逆作法竖向结构施工困难的问题，适用于各类逆作法竖向结构的施工，施工速度快、施工质量好，得到了专家、业主、设计、监理以及业内同行的一致好评，成为天津市区逆作法施工观摩的样板工程。逆作法结构柱施工效果第三十八页，共48页。5、深基坑支护结构在流沙层严重渗漏堵漏技术基坑土方开挖到第五步时地下连续墙出现多处严重渗漏，渗漏点深度在基坑-17.0m以下，渗漏水压大，并伴有大量流沙涌出，给基坑安全带来了险情。现场采用了坑内土工布和沙袋压埋、坑外双液注浆堵漏和高压旋喷加强两种抢险堵漏方式，其中双液注浆堵漏方式为抢险堵漏起到了决定性作用，渗漏点能够很快堵上，险情及时排除。四、关键技术与创新地连墙在流沙层严重渗漏第三十九页，共48页。坑外

双液

注浆抢险方案专家

论证会议纪要坑内

沙袋

加土

工布

塞压

漏点四、关键技术与创新第四十页，共48页。四、关键技术与创新5、深基坑支护结构在流沙层严重渗漏堵漏技术本工程地连墙多个部位在流沙层发生了多次严重渗漏，每次渗漏发生后采用深基坑支护结构在流沙层严重渗漏堵漏技术，渗漏水流能够及时堵上，并对土体进行加固，堵漏及土体加固效果良好，未对周边环境造成任何不良影响。该技术适用于基坑各类支护结构的渗漏堵漏问题，对于工程严重渗漏抢险，堵漏效果更佳。双液注浆浆液凝结成的固状块体样本第四十一页，共48页。6、复杂周边环境下的逆作法深基坑监测技术

根据逆作法深基坑施工特点，基坑变形监测共设置了10个监测项目，结合逆作法施工特点，其中支撑结构内力监测及三维变形监测又包含10个子项，所有项目监测频率为1次/天，为天津市目前监测项目最全、频率最密的基坑，及时准确提供了全面的监测数据。基坑开挖过程中每天微小的变形都能通过监测数据在第一时间内反映出来，为南京路一侧抽条区取消、基坑第五六步土方同时开挖等重大方案决策提供了重要依据，实现了信息化施工，在保证基坑安全的前提下，加快了施工进度。四、关键技术与创新第四十二页，共48页。四、关键技术与创新典型监测项目监测点平面布置图

第四十三页，共48页。四、关键技术与创新支撑

结构

应力

监测周边

道路

沉降

监测冠梁

水平

位移

监测坑外

水位

变化

监测第四十四页，共48页。

截止到2008年12月15日，基坑监测数据表明，基坑各项变形监测最大值都在设计控制值之内：A、建筑物最大沉降量：

1）津汇广场1.0mm