空港地區是由天津保稅區、空港經濟區組成的地區,是天津濱海新區的重要經濟功能區,總面積達73 km2,背靠京津冀,服務“三北”地區廣闊腹地。其中,空港經濟區是近年來天津市發展的重要經濟區。
2.1 工程地質條件
該區域除雜填土外,素填土、黏土、淤泥質黏土、淤泥質粉質黏土和粉質黏土的透水性均為不透水或微透水,透水性能較差。因臨近海濱,該區域的土質較差。經過對相關地區基坑工程資料多年的積累和統計,得出此區域與基坑工程相關的典型土層分布如下。
2.1.1 雜填土
此層土為人工填土,由于受人為影響較大,因此該層土厚度起伏較大,土層厚度為1~2 m,工程力學性質很差。
2.1.2 素填土
該層土同樣為人工填土,層厚起伏較大,土層厚度為2 m左右,工程力學性質較差。
2.1.3 黏土
黃褐色,可塑,具銹染。土質不均,土層厚度為2 m左右,屬中高壓縮性土,工程力學性質一般。
2.1.4 淤泥質黏土、淤泥質粉質黏黏土
灰色,流塑,屬高壓縮性土。土層厚度為6 m以上,工程力學性質很差。此層土對基坑支護影響較大。
2.1.5 粉質黏土
粉質黏土可分為以下幾種:①灰色,軟流塑,屬中壓縮性土。土層厚度為2~9 m不等,工程力學指標較差。②灰黃色,流塑,屬高壓縮性土。場地分布不均,土層厚度為3~7 m不等,工程力學性質較差。③灰色,軟塑,土層厚度為3 m左右,工程力學性質較差。④灰黑-灰白,可塑,屬中壓縮性土。土層厚度為1.5 m左右,工程力學性質較差。⑤灰黃色,可塑,屬中壓縮性土。土層厚度為1.5 m左右,透水性不良,工程力學性質較好。
2.2 工程水文條件
該區域內淺層地下水為第四系松散堆積物中孔隙潛水,主要補給源為大氣降水,排泄方式以蒸發為主。據區域地質資料記載,地下水位年變化幅度一般在0.5~1.0 m之間。勘察外業期間實測水位如下:初見水位埋深1.4~2 m不等;穩定水位埋深一般為1 m左右。
根據上述水文地質情況,結合不同的基坑規模、深度和周邊環境,可采取諸如大放坡,土釘墻,懸臂單、雙排鉆孔灌注樁和H型鋼+SMW工法+內撐等多種支護形式。以下將結合不同工程對支護形式選擇的適應性進行詳細闡述。
3.1 大放坡
當工程的地下結構小于或等于一層時,常規條件下的基坑開挖深度為5~6 m。如果基坑周邊地界條件允許,且基坑周邊沒有對基坑變形較敏感、需特殊保護的對象,比如建筑物、道路、管線等時,基坑支護形式可首選大放坡。此種支護形式既經濟、適用,又可提供全明開挖的施工條件,從而大大縮短支護施工的周期,達到最優的效果。
比如位于天津市空港物流加工區中環西路南、西三道東交匯處的中國芯科技園一期研發樓新建工程項目,該基坑項目占地面積為5 700 m2,周長為310 m,基坑深度約5 m。該工程除局部西北角約12 m處可用地界線比較近外,其他地方的基坑可用地范圍都超過了11 m,且基坑周邊除南側距基坑約19.2 m處有已建成的辦公樓之外,其余均為建設方自用空地。基坑四周無市政管網等設施,提供了有利的放坡條件。于是,基坑大面積采用了二級放坡的支護形式,而局部角處則采取了卸土加工字鋼豎向支護的形式。該項目的支護總造價約為56萬元,基坑每延米造價約為1 810元。
再比如空港地區科創慧谷(天津)B地塊東區項目基坑工程,該工程占地面積約34 000 m2,周長為805 m,基坑深度為7 m。該工程東側、北側可用地范圍緊張,但西側為地塊內臨時道路,南側為可借用綠化帶,提供了有利的放坡條件,于是在西側和南側采用了二級放坡的支護形式。與另外兩側采用的懸臂灌注樁支護形式相比,這種支護形式可大幅降低臨時用工程造價。該工程總造價約710萬元,基坑每延米造價為8 820元。其中,大放坡支護形式的總造價約為120萬元,基坑每延米造價僅為3 110元,不及灌注樁支護造價的1/4.
該支護形式的選擇對場地周邊環境條件要求較高,適用于支護周邊地界空曠、無現有建筑物或道路等需保護的對象。但當基坑底附近有較深厚的淤泥質黏土、淤泥質粉質黏土和淤泥土時,不適宜采用這種支護形式。
3.2 土釘墻
土釘墻與大放坡支護形式的條件相似。當工程的地下結構小于或等于一層時,常規條件下的基坑開挖深度為4~7 m。如果基坑周邊地界條件允許,但并不滿足大放坡支護所需要的地界范圍、在基坑周邊2~3倍坑深范圍內無相鄰的地下結構或深埋管線時,可考慮選擇土釘墻的支護形式。該支護形式的特點為隨挖隨支護,除大放坡支護形式外,此種形式的支護施工最為便捷,同時也可提供全明挖的施工條件,從而在保證安全的前提下,做到經濟最優選擇。但在選用該方案的同時,需考慮土釘墻有無超出用地紅線的問題。如果此問題可以有效解決,那么,選用土釘墻支護形式可有效縮短工期,降低工程造價。
比如空港地區的空港國際五星級酒店項目,其基坑占地面積為70 000 m2,基坑周長為1 425 m,基坑深度為6.9 m。該工程的南側、東側為自留地,可采用大放坡的支護形式,但北側和西側則緊鄰用地紅線和不可借用綠化帶,無放坡條件,于是采用土釘墻的支護形式。該工程較常規豎向支護樁墻做法可大幅降低工程造價、縮短施工周期。該項目的支護總造價約為660萬元,基坑每延米造價約為4 630元。其中,土釘墻支護形式的總造價約446萬元,基坑每延米造價為6 265元。
該支護形式的選擇較大放坡支護形式對周邊環境條件的要求較寬泛,但由于其主要依靠土釘墻與土體形成的重力擋墻的形式受力,因此,采用此種方案的工程地下部分施工周期不宜過長,以縮短土體隨時間的蠕變效應造成的基坑位移。采用該支護形式應避開降水較為頻繁的6—9月,盡量減小過多降水對土體強度軟化的影響,從而保證基坑施工的安全、穩定。如果需要在雨季施工,則應做好相應的防水措施,以保證基坑的穩定性。但當基坑底附近有較深厚的淤泥質黏土、淤泥質粉質黏土和淤泥土時,不宜采用該種支護形式。
3.3 懸臂單、雙排鉆孔灌注樁
當工程的地下結構小于或等于兩層、基坑深度在6 m以內,且基坑周邊地界條件較緊張,結構外邊線距用地紅線3 m處無大放坡和土釘墻施