天津滨海地区软塑地质条件下不同深基坑支护形式设计与施工探讨

天津滨海地区软塑地质条件下不同深基坑支护形式设计与施工探讨丁伟祥1，黄得建2(1 武汉大学，湖北 武汉 430072；2 天津经济技术开发区质量监督站，天津 300457)0 引 言2006年6月6日，国务院全文发布《国务院推进天津滨海新区开发开放有关问题的意见》，正式宣布天津滨海新区成为全国综合配套改革试验区，是继深圳经济特区、浦东新区之后，又一带动区域发展的新的经济增长极。

随着滨海新区经济的进一步发展，该地区的工程建设规模也将进一步扩大，超大、超深基坑工程也将越来越多。

本文结合在该地区的若干深基坑工程实例，对该地区几种典型的深基坑支护形式的设计与施工进行一些探讨。

1 天津滨海地区软塑地质情况介绍该地区海相淤泥质软土地区，上部回填土土层水平方向不均匀，填土成分复杂，土质情况较差，地下水位以潜水为主，地下水位埋深在0.5~1.5m之间。

基坑围护结构所处的土层主要为淤泥质土层，饱和的淤泥层及淤泥质粘土层具有高含水量（40%~60%）、高压缩性、低透水性（垂直及水平渗透性均为10‐7~10‐8级）、低抗剪强度等特点。

场地土层特征及分布规律大致如下：1）人工填土层（Qml） 一般层厚为0.5~3.0m，层顶标高为2.5~4.5m，主要由杂填土组成。

2）全新统上组第一陆相层（Q43al） 一般层厚为0.8~2.5m，层顶标高为0.0~3.5m，主要由粘土组成，可塑~软可塑，属高压缩性土，分布连续。

3）全新统上组第Ⅰ海相层（Q42m） 一般层厚为14.0~17.0m，层顶标高为‐2.0~1.5m，从上到下依次由淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土、粉质粘土组成，流塑~软塑，属高压缩及中压缩性土，分布连续。

4）全新统下组沼泽相层沉积（Q41h） 一般层厚为2.0~3.5m，层顶标高为‐17.0~‐13.5m，主要由粉土组成，可塑，属中低压缩性土，分布连续。

5）全新统下组第Ⅱ陆相河床—河漫滩相沉积层（Q41al） 一般层厚为2.5~4.0m，层顶标高为‐20.0~‐17.5m，主要由粉质粘土组成，可塑，属中压缩性土，分布连续。

6）上更新统五组Ⅲ陆相河床—河漫滩相沉积层（Q3e al） 一般层厚为11.5~14.0m，层顶标高为‐22.0~‐18.0m，主要由粉质粘土和粉沙组成，可塑，属中压缩性土，分布连续。

2 几种典型支护结构形式在滨海地区的应用情况2.1 钻孔灌注桩组合内支撑体系2.1.1泰达图书馆工程2.1.1.1工程概况泰达图书馆工程位于天津开发区第三大街与新城东路交口。

基坑平面尺寸为141m×119m，档案馆基坑深度8.2m，图书馆及地下车库基坑深度6.2m，局部电梯坑部位为9.5m。

基坑紧邻市政道路，周边市政管线密集。

2.1.1.2基坑支护方案基坑支护设计采用钻孔灌注桩结合内支撑体系及水泥搅拌桩止水帷幕，并在深坑部位采用水泥搅拌桩被动土加固。

￠800@900灌注桩嵌固深度10.8~12.3m；冠梁截面尺寸1200mm×800mm，环梁截面尺寸1400mm×800mm，具体详见图1。

基坑采用35口11.0m深￠500无砂混凝土管井降水。

4）冠梁水平位移 随开挖深度的变化水平位移逐渐增大， 拆撑前的最大位移值为42mm，与设计计算最大位移值46mm非常接近。

5）环梁及支撑梁应力、弯矩、轴力变化情况 通过设置钢筋计对钢筋应力变化情况进行监测，环梁最大应力变化在30Mpa以内，计算出的弯矩在80~90KN·m左右；支撑梁最大应力变化在30Mpa 以内，计算出的轴力在550~3000KN左右，与设计计算值基本吻合。

2.1.2泰达司法服务中心工程2.1.2.1工程概况泰达司法服务中心工程位于泰达第一大街以北，新城路以东，基坑为约130m×100m矩形平面，平均开挖深度近12m，井坑部位开挖最深至‐15.200m，该工程基坑西侧、南侧距市政道路路牙仅2m 左右，且周边市政管线密集。

2.1.2.2基坑支护方案设计采用“双层椭圆形格构式环梁内支撑体系”，支撑体系包括‐2.00m、‐7.00m两道支撑和竖向支撑柱，具体详见图2。

坑内采用32口16m深￠500无砂混凝土管井降水，基坑外设置4深16m观测井。

图2 泰达司法服务中心工程基坑支护平面及剖面图Fig. 2 Pit retaining pian and section for TEDA Judicature service center2.1.2.3施工主要技术措施及实施效果1）基坑周边地表沉降 在基坑西侧、南侧距冠梁外侧3m 的市政路面设置沉降观测点10个，最大沉降量为28mm ，均在警戒值范围内。

2）基坑内外地下水位 坑内地下水位维持在坑底以下1m 左右，坑外地下水位维持在地表以下1.5m 左右，说明帷幕止水效果良好。

3）环梁水平位移 水平位移累积量最大为25mm ，出现在A26点处（椭圆型环梁拱顶），与设计人员提供的环梁最大水平位移参考值（26mm ）基本吻合。

3）对撑结构竖直位移（隆起） 对撑结构竖直位移（隆起）累积量最大为26.0mm ，出现在B5点处（对撑结构中部位置）。

对撑结构在两端支护系统的压力作用下产生平面外变形，该变形受到支撑桩的约束。

当对撑结构产生向上的竖向位移时（隆起状态），支撑桩为抗拔工况；当对撑结构产生向下的竖向位移时（下沉状态），支撑桩为抗压工况，因此在设计该类支撑桩时，必须按抗拔、抗压两种工况进行验算。

4）帽梁水平位移监测 拆撑前的最大水平位移为18mm ，拆撑后水平位移累积量最大为78mm ，出现在C8点处（拱顶附近），与设计人员提供的帽梁最大水平位移参考值基本吻合。

由于该基坑深度较深，因此拆撑前后位移值变化较大。

5）支撑构件内力监测 压力总变化量最大为35.7KN ，出现在D9点处，拉力总变化量最大为52.7KN ，亦出现在D9点处。

最大压力出现在D10点处，其值为62.8KN ；最大拉力还是出现在D9点处，其值为92.5kN 。

从图3图3支护结构位移及内力变化曲线图Fig. 3 Pit retaining ,s dispiacement and internai force variation curve帽梁水平位移/m m时间/天测点C 8处帽梁的水平位移过程曲线第一道支撑压力/K N时间/天测点D 9处第一道支撑内部压力变化过程曲线环梁竖直位移（隆起）/m m时间/天测点B 5处环梁的竖直位移（隆起）过程曲线环梁水平位移/m m时间/天测点A 26处环梁的水平位移过程曲线2.2 联体桩结合结构梁板内支撑体系（盖挖顺作法）2.2.1天津泰达市民广场二期西区二标段工程2.2.1.1工程概况天津泰达市民广场二期工程位于天津经济技术开发区第一大街和新城西路交汇处东南侧。

基坑为175×65m的矩形，开挖深度为10.2m，局部电梯坑深12.8m。

工程基坑西、北侧为市政道路，东侧为新建成的市民文件广场一期工程。

场地周围密布市政管网。

2.1.1.2基坑支护方案本工程围护结构采用联体钻孔灌注桩作为挡土结构，兼做止水帷幕。

钻孔灌注桩桩径为0.92m，桩长为25m。

基坑内支撑体系采用两个1500mm×900mm的钢筋混凝土大环梁和两个1200mm×900mm钢筋混凝土小环梁加双道梁板式对撑及连梁与零层结构梁板组成，具体详见图4。

基坑内设置了40口￠500mm无砂混凝土管降水井，基坑外设置了8口观测井。

图4泰达市民广场工程基坑支护平面及剖面图Fig. 4 Pit retaining pian and section for TEDA Citizen square project2.1.1.3施工主要技术措施及实施效果1）本工程的水平支护体系利用负一层结构顶板与支护环梁组成，如果水平支撑结构施工时直接利用地面作为模板，由于构件截面尺寸较大，混凝土浇筑完成后会因为地面的不均匀沉降造成构件表面出现裂缝，为防止此现象的发生，施工时先挖掉基坑表层3m厚土方，浇筑垫层后再施工水平支撑结构。

2）零层梁板支撑柱由460mm×460mm角钢支柱支撑，土方开挖至底板设计标高后，钢构柱悬臂长度过大，受上部荷载作用及基坑变形的影响，钢构柱极易弯曲变形，甚至倒塌，为确保钢构柱的安全、稳定，在土方开挖至底板设计标高后，立即采用20a槽钢纵横方向在标高－4.8m处与钢构柱焊接牢固，将基坑内全部钢构柱连接形成一个整体，确保整体稳定。

3）挖土过程中日挖土范围不得超过15m的幅宽，每挖出一部分，即用150mm厚C15垫层进行封闭，垫层封闭采用分条分块的原则，条与条、块与块之间用ф6@200钢筋网片连接，确保垫层的整体强度。

垫层封闭达到强度后，开始进行格构柱之间的钢梁安装。

4）基坑周边地表沉降 最大沉降量为46mm，在警戒值范围内，最大沉降点出现在中间环梁与冠梁相切部位，与设计吻合。

5）冠梁水平位移随开挖深度的变化水平位移逐渐增大，施工过程中采用分层对称开挖的原则，第一层开挖至地表以下4m处，然后进行零层板结构及水平支撑系统施工，混凝土强度达到设计要求后进行下一步土方开挖。

水平支撑系统施工前前的最大位移值为21mm，累计最大位移值为45.6mm。

6）基坑内外地下水位 坑内地下水位维持在坑底以下1m左右，坑外地下水位维持在地表以下1.5m左右，说明联体桩止水效果良好。

7）零层板及支撑结构体系竖直位移（隆起） 零层板结构竖直位移（隆起）累积量最大为25.0mm，出现在结构跨中位置，与设计吻合。

8）支护桩深层位移 通过在支护桩内设置测斜管对支护桩深层位移情况进行监测，支护桩深层位移最大值为74mm，出现在地表以下20m处，与设计计算值基本吻合。

2.3 钻孔灌注桩结合钢斜撑的支护体系（中心岛法）2.3.1天津滨海国际会展二期工程2.3.1.1工程概况天津滨海国际会展二期工程位于天津开发区滨海大道与海防路交口。

基坑平面为140m×210m 左右的上大下小的类似扇形，面积约30000m2，开挖深度6.6m。

基坑南侧紧邻临时市政道路，北侧为已建会展一期工程（无地下室），支护桩距一期幕墙仅1.5m。

2.3.1.2基坑支护方案基坑支护设计采用钻孔灌注桩与钢斜撑结合的方式，在北侧与一期工程相邻部位距支护桩5m 范围采取被动土加固，深度为坑底以下7.5m范围。

￠800@1000灌注桩桩长为16m、18m两种，间隔布置；冠梁截面尺寸1200mm×600mm，钢斜撑按8m左右间距设置，具体详见图5。

基坑内采用￠500深12.0m无砂混凝土管大口井降水，间距约25m，坑外周边布置9口深的观察井。

图5 天津滨海国际会展二期工程基坑支护平面及剖面图Fig. 5 Pit retaining pian and section for TEDA Tianjin Binhai International Convention Exhibition Centre Prject Phase Ⅱ2.3.1.3施工主要技术措施及实施效果1）施工过程中将基坑分为西、中、东三块，采用先试挖中部南侧土方，在支护结构变形值与设计基本吻合的前提下进行中部整体开挖的原则，在中部安装钢斜撑前保留东西两块土方，尽量减小靠近一期部位的基坑位移。