福州海峡奥体中心游泳馆深基坑综合施工技术

　　福州海峡奥体中心游泳馆比赛池、练习池、跳水池高差较大，基坑土质主要是深厚流塑淤泥层，采用SMW工法桩围护及l层圆形钢筋混凝土内支撑。考虑时空效应，土方采取对称均衡分层分段开挖，较好保护比赛池土台原状土，有效控制基坑变形，确保基坑施工安全，实现快捷施工。

　　1.工程概况

　　福州海峡奥体中心为2015年全国首届青运会主赛场,位于福州市福湾路，由体育场、体育馆、游泳馆、网球馆、商业中心等组成，工程总用地面积80.54hm2。游泳馆位于整个奥体中心场地的西北端，东侧与体育馆、网球馆相邻，外轮廓为三段不同心圆弧两两相切围合而成的似“水滴”形，福州海峡奥体中心效果如图1所示。游泳馆长210m，最宽处90m。内设比赛池(50m×25m)、训练池(50m×16m)、跳水池(25m×25m)，布置如图2所标。

　　2.工程地质条件

　　工程场地为典型淤泥软土层，勘察报告揭示地质情况，土层及平均厚度自上而下为：

　　①耕植层0.45m;

　　②粉质黏土1.53m;

　　③饱和、流塑淤泥8.26m;

　　④粉质黏土7.26mm;

　　⑤饱和流塑淤泥质土7.05m;

　　⑥砂质黏土5.12m;

　　⑦残积砂质黏性土6.68m;

　　⑧全风化花岗岩5.49mm;

　　⑨砂土状强风化花岗岩12.72m;

　　⑩碎块状强风化花岗岩16.88m。

　　基坑支护采用SMW工法桩，桩长21m，桩端持力层为④粉质黏土层，立柱桩端持力层为⑨砂土状强风化花岗岩层。场地稳定水位埋深0.2—16.70m，水位呈季节性升降。

　　3.工程难点

　　3.1基坑支护

　　游泳馆使用功能独特，结构复杂。跳水池坑底标高一7.200m，跳水池污水处理机房坑底标高一7.900m，地下室其他配套用房坑底标高一6.600m，比赛池坑底标高一4.100m、练习池坑底标高一3.100m，基坑各部分深浅不一，基坑支护设计及施工难度大。

　　基坑支护采用SMW工法及钢筋混凝土内支撑的支护形式，施工工序多，工艺复杂，基坑边线呈不规则圆弧状，施工难度大。

　　3.2原状土保护

　　比赛池、练习池及跳水池结构底板设计直接由原状土受力，体量大、荷载重，基坑各部位深浅不一，按设计标高开挖后，将会形成坑中台、台中坑及坑中坑的工况。比赛游泳池结构底标高一4.100m，周边坑底标高一6.900m，比赛池内周坑壁由4排西850mm@600mm无筋水泥搅拌桩土体加固，垂直高差2.8m，挖土及结构施工中土台保护难度大。

　　3.3基坑变形控制

　　福州软土地区淤泥层深厚，土体流动性大，侧压力大，基坑施工的分区分块不同步及环境多变，基坑变形控制难度大。

　　3.4快速高效施工难

　　福州海峡奥体中心为重点建设项目，要在短时间内快速完成施工任务，经过围护桩及支撑结构施工、土方开挖、地下室结构施工、坑外土方回填、支撑拆除及型钢回收等诸多工序，施工工期紧迫，实现高效快速施工难度大。

　　4.施工技术及措施

　　4.1支护方案选择

　　1)练习池基坑较浅，安排在地下室基坑施工完成后进行。

　　2)为了给地下室施工创造更大工作面，对比赛池土台原状土进行保护，采用圆形内支撑。

　　3)基坑支护采用刚度较好的SMW工法桩围护及1道钢筋混凝土内支撑，基坑外周边10m土体面降低至一3.100m非地下室部分的承台底，减少基坑支护施工时间以及结构施工需要的换撑与拆除技术间歇时间。

　　4)比赛池周边设置4排西850mm@600mm，长10m水泥搅拌桩，对基坑内壁土体进行加固，如图3所示。

　　4.2 SMW工法桩及水泥搅拌桩

　　1)本工程围护采用SMW工法桩，4排西850mm@600mm 水泥搅拌桩长21 m，内插H型钢HN700×300×13×24。

　　2)沿支护桩铺设12m宽800mm厚的渣土道路，SMW工法桩及水泥搅拌桩按要求施工。

　　3)根据坐标基准点，计算出围护中心线角点坐标，精确定位围护中心线。

　　4)沿围护桩中心线方向开掘槽宽约1.0m，深度1.0～1.2m沟槽。

　　5)垂直沟槽方向放置2根200mm×200mm，长2.5m定位型钢。沿平行沟槽方向放置2根300mm×300mm、长约8—12m定位型钢，采用H型钢定位卡。搅拌桩用套打法，桩中心距600mm。定位型钢间距1 200mm，用红油漆做好标记准确定位。

　　6)在桩机上焊接半径为5cm的铁圈，10m高处悬挂线锤，用经纬仪校直钻杆垂直度。搅拌桩机移到作业位置后，调整桩架垂直度，控制在0.5%以内。

　　7)搭建好拌浆施工平台及水泥库，水泥采用Pc32.5R复合硅酸盐水泥，水泥浆液水灰比控制在1.5～2.O，水泥掺入量为20%(质量)。

　　8)根据土质情况调整速率，放松卷扬机使搅拌头自上而下切土拌合下沉，直到钻头下沉钻进至桩底标高。钻杆在下沉和提升时均需注入水泥浆液，每次下降喷浆60%，提升喷浆40%。钻进速度控制在0.5～1m/min，提升速度控制在1～2m/min，连续均匀注入拌制好的水泥浆液，钻杆提升完毕水泥浆液全部注完。

　　9)型钢插入前涂刷隔离剂，有利于拔出回收。

　　10)水泥搅拌桩施工完毕，型钢桩插入前在距型钢顶端0.2m处开1个孔径约8cm吊装孔，并在此处型钢两面加焊厚度≥12mm的加强板，汽车式起重机吊放H型钢桩。H型钢接长采用10mm厚钢板双面拼焊，焊缝均为坡口满焊。

　　4.3支撑梁施工

　　1)在一3.900m混凝土垫层面铺设1层沥青油毡后开始绑扎支撑梁钢筋，防止今后梁底混凝土与泥土黏结。

　　2)外围H型钢与混凝土接触面用涤纶棉包裹作为隔离层，防止混凝土与H型钢黏结。

　　3)支撑梁施工关键是控制好支撑梁相交节点及H型钢与围护梁节点的钢筋绑扎施工质量，支撑梁如图4所示。

　　4.4基坑土方开挖

　　基坑土方开挖考虑时空效应，根据基坑的特点，依据对称平衡原则分块分层开挖，然后再确定各单元的施工参数如每步开挖的空间尺寸、开挖时限、支撑时限、支撑预应力等。技术要点是沿规定的开挖次序逐段开挖，在每个开挖段中分层分小段开挖，做好基坑排水，减少基坑暴露时间。每层先对称开挖四周土方，然后再开挖中间土方，使支护结构均匀受力。

　　4.4.1土方开挖顺序

　　1)支撑梁范围内，由自然地面开挖至一3.900m冠梁底，进行支撑梁施工。

　　2)在支撑梁施工期间，开挖基坑周边10m非地下室部分，承台底一3.100m平台进行硬化处理。

　　3)开挖支撑梁底面至地下室筏板底面，主要是大面积开挖。

　　4)开挖筏板底面标高以下局部结构的基础土方，如跳水池底、污水处理底、承台底等。土方开挖顺序如图5所示。

　　4.4.2基坑土方开挖方法

　　土方采取分层对称开挖的方法，由基坑四周向中间推进，退挖路线如图6所示。

　　1)周边支撑梁网格较密，先用机械挖除支撑梁网格以下2m的土方，便于支撑梁以下的后续土方开挖。

　　2)土方由两侧往两出土口方向退挖，挖出来的土方随挖随运，不在场地堆积。

　　3)本工程流塑状态淤泥层深厚，淤泥土体软滑，运土车辆无法开到坑底，淤泥场地堆积会增加土侧压力，边坡容易造成流动性坍塌。为减少原土体结构破坏，基坑淤泥采用3台挖土机接力法开挖。l台在地表，2台在基坑不同标高的台阶上，相邻2台挖土机的回转半径在工作搭接范围内，边挖边向上传递，由地表最上l台挖土机装车，用自卸汽车运走。挖土机用垫钢板行走移动，防止机械下陷，如图7所示。

　　4)土台侧面土方开挖 土台四周边6m附近土方采取纵挖法，严禁挖铲破坏水泥搅拌桩土体。

　　4.5土台原状土保护

　　1)土方开挖过程中的保护

　　土方随挖随运，不在场地堆积，以减少土体的堆载，避免土台内部淤泥过载受压，将周边水泥搅拌桩挤压破坏。严禁运土车辆在土台上行驶，使土台土体免受碾压及挤坏。土台周围土方开挖采用对称、均衡、分层开挖，使土台周边受挤压力释放均衡，避免应力集中或局部碾压。

　　2)结构施工中的保护加强措施

　　底板结构由后浇带分为12区块。各区块施工有先后，结构混凝土强度达到要求有快慢，各区块的支撑拆除不一定同步。支撑拆除过程中，坑外流塑状淤泥侧压力，将在地下室底板板块中传递，比赛池土台容易受到剪切破坏，各区块后浇带加强措施整体传力。

　　4.6支撑梁拆除

　　地下室底板及传力带混凝土强度达到设计规定强度，才能开始拆除支撑，采用机械破碎法快速拆除。

　　1)在混凝土支撑梁上架设8块150mm×750mm×12 000mm钢箱梁，作为拆除机械操作平台，如图8所示。

　　2)支撑梁拆除前，在支撑梁垂直下方底板外扩3m满铺废旧轮胎，上盖胶合板，以防止混凝土碎块砸坏底板结构，如图9所示。

　　3)每个格构柱跨内支撑梁破碎完后，镐头机退移到下一跨继续作业。

　　4)采取从一端到另一端顺向逐根破碎拆除，整跨支撑梁破碎后方可割除钢筋。

　　5)由9m超长臂的挖土机在基坑一3.100m平台处沿着基坑靠边开行，将混凝土碎块钩运到自然地面的自卸汽车上运走。

　　4.7基坑变形监测

　　圆环内撑支护的特点是整体性强，坑边土体侧压力通过斜撑传递给内圆环梁承担，内撑梁承受内力较大。基坑支护的安全稳定，既要关注基坑侧壁的局部破坏，又要重点防范内撑梁的拉压破坏而导致支护系统的整体破坏。本工程为一级基坑，设置监测项目及监测点有：

　　①基坑顶部水平位移监测12个点;

　　②基坑顶部竖向位移监测12个点;

　　③围护结构外侧土体深层水平位移监测10个点;

　　④立柱水平位移监测15个点;

　　⑤立柱沉降监测15个点;

　　⑥地下水位监测7个点;

　　⑦支撑梁应力监测14个点。

　　5.实施效果

　　1)考虑时空效应，根据基坑的形状，依据对称平衡原则分块分层，比赛池原状土体保护较好。

　　2)接力开挖法对深厚流动淤泥开挖快速有效，可减少淤泥在场地堆积发生滑坡事故，减弱挖土机械在淤泥层频繁移动引起软土结构破坏。

　　3)监测结果表明，本工程基坑施工方法得当，基坑变形控制在预警值之内，第25次支撑梁应力(监测点位置见图6)监测结果如表1所示。

　　表1所示施工工况为北侧、南侧支撑梁底下正进行底板施工，其他侧支撑梁已开挖至底，中间部分正在开挖。由表1可知，该监测项目各项数据均未超预警值，满足设计要求。

　　4)本工程常规施工需要设置2道水平支撑，经方案优化后只设1道支撑，既节约工程费用，又节省了工期。水平支撑采用机械破碎快速拆除法，基坑施工工期较常规做法提前了1个半月，为工程后续施工争取到更多时间。