1 工程概况

　　天津平安泰达金融中心项目位于天津市河西区，东侧为南昌路，南侧为合肥道，西侧为九江路，北侧为马场道，其中马场道及合肥道为重要交通干道，项目地理位置显著，既有环境非常复杂，车流、人流极密集。项目周边环境如图1所示。

　　项目由56层办公楼、62层公寓楼、4层裙房和5层整体地下室组成，建筑最高为313m。工程总建筑面积30.6万m²，总用地面积2.4万m²，南北长213m，东西宽109m，是集甲级办公、高端公寓、艺术主题购物中心于一体的超高层建筑。项目效果如图2所示。

　　图1 项目周边环境  

　　基坑面积1.45万m²，基坑周长490m，基坑开挖深度24.5m，最深31.3m，土方开挖量约40万m³，基坑距用地红线仅1～2m，施工场地极狭小，基坑周边遍布热力、燃气、供电、输配、雨水、污水、电信等百余条管线。地下连续墙截断第2承压含水层，坑底处于第1承压含水层位置，基坑突涌风险大。

　　图2 项目效果  

　　根据本场地地层分布特性及区域水文地质条件，场地埋深58.00m范围内可划分为1个潜水含水层和2个承压含水层。潜水含水层埋深约14.50m;组成第2承压含水层埋深约58.00m。潜水含水层与第1承压含水层之间、第1承压含水层与第2承压含水层之间一般分布有较厚的黏性土作为相对隔水层，可概化为3个相对独立的含水组。

　　2 原内支撑设计与施工难点

　　原内支撑设计采用地下连续墙+5道钢筋混凝土内支撑的支护方案，支撑为全封板设计，根据基坑形状，选用眼镜形水平支撑体系。两圆半径为37.4m，为了减小基坑变形、增加支撑刚度，在支撑周边设置边桁架。原内支撑体系设计如图3所示。

　　图3 原内支撑体系设计  

　　由于地处城市核心区，材料进出场及土方外运均利用22:00至第2天4:00的6h，材料倒运和土方外运压力极大，支撑平面封板面积大，造成材料垂直运输压力大，增加材料倒运难度;撑下掏土量大，增加土方外运难度，工期紧，土方开挖开始至春节假期前停工仅275d，如按原设计施工，275d施工完毕5道支撑、6步土方极为紧张，底板难以封闭，难以使基坑处于稳定状态，极易造成基坑深层位移增大及承压水突涌等安全隐患。

　　利用原内支撑体系设计，土方装车标高只能降低至-8.000m，开挖第3～5步土方时需进行土方接力，使用长臂挖掘机和抓斗机。2个环形栈桥过于陡峭，渣土车在环形栈桥上行驶均为弯道，转弯半径过小，安全隐患增加，现场场地极狭小，场地布置难度高，已无法按2个环形栈桥设计的理想状态使渣土车从支撑南北侧运输土方。环形栈桥对支撑刚度几乎无增强效果。

　　原支护结构平面设计时受到地下室结构设计制约，由于办公塔楼和公寓塔楼先行施工，公寓楼地下室内嵌钢板剪力墙，导致混凝土内支撑平面设计需避开内嵌钢板的剪力墙，制约基坑内支撑平面布置形式，导致公寓楼侧支撑封板面积增加。

　　原内支撑与土方开挖面最小间距仅2.2m，撑下掏土仅能采用小型挖掘机，施工效率低下。原支撑体系剖面如图4所示。

　　图4 原支撑体系剖面  

　　3 支撑优化设计

　　综合考虑支撑刚度控制基坑变形，高效组织施工，以经济、合理等方面对支撑平面形式进行优化设计。利用BIM技术对支撑与地下室正式结构进行碰撞检测，分析得出制约因素为公寓楼地下室内嵌钢板剪力墙的结构形式，塔楼结构先行施工，支撑换撑、拆撑跟不上塔楼结构施工工况，导致支撑平面布置受限极大。

　　优化设计阶段利用MIDAS,PKPM等软件验算，取消公寓楼地下室钢板剪力墙后，结构承载力、挠度变形等指标均在规范允许范围内。通过与设计院沟通，取消地下室钢板剪力墙、增加钢筋布置，减少地下室钢结构用钢量，使得支撑平面布置形式更加灵活。

　　综合考虑工程整体工期、基坑安全、环境需求、建造成本等因素，对基坑设计进行优化调整，由原设计5道支撑优化至4道，在确保基坑安全的前提下，支撑间距由2.2m加高至3.1m，满足支撑下中型挖掘机开挖需求;支撑平面封板面积由9 500m²缩减至6 300m²，为土方开挖、支撑及地下结构施工、后续支撑拆除等工序创造了更有利条件。通过BIM技术对支撑和正式结构进行碰撞检查，优化调整支撑布置，达到不影响支撑及塔楼结构施工的目的。基坑原设计全封板如图5所示，部分范围支撑平面面积优化如图6所示。

　　图5 基坑原设计全封板 

　　图6 部分范围支撑平面面积优化 

　　充分利用基坑支撑体系，使混凝土内支撑与出土栈桥合二为一，提高内支撑刚度的同时提高栈桥的稳定性。布置上避开2栋塔楼结构，将出土栈桥随土方开挖不断向下延伸，土方运输车辆可直接下至基坑底部，有效降低土方的垂直开挖高度，实现挖掘机、渣土车、混凝土罐车等车辆直接行驶至相应工作面上，加快土方装车速度及内支撑施工速度。优化后的支撑设计效果如图7所示。

　　图7 优化后支撑设计效果  

　　在确保基坑安全的前提下，结合在天津地区深基坑的成功经验和做法，对支撑方案进行研究、分析，并对地下连续墙配筋、支撑内力、变形、位移等相关数据进行验算，基坑相关技术数据满足一级基坑要求。

　　通过塔楼边界优化留置反压土，基底抽条开挖回灌素混凝土两种方式，提高基坑内支撑体系的整体刚度，最大程度控制基坑变形。以办公楼区域(坑深26.75m)为例，基坑大面积开挖深度24.25～26.75m，地下连续墙已施工完成，结构后期进行深化设计。优化前后基坑深度分布及基础剖面如图8所示。

　　为了较好控制基坑变形，办公楼区域基坑周边底板厚度由3.7m优化为1.2m，基坑周边留有5m宽、2.5m厚原状土体，考虑其有利作用，为了加快施工工期，优化支撑体系，优化前后支撑剖面对比如图9所示。

　　图9 支撑优化前后对比  

　　4 实施效果

　　通过对施工工况的分析，结合现场施工经验，反推设计创新，使得支撑封板面积由原9 500m²减小至6 300m²，对土方开挖、基础底板施工、地下结构施工等较有利，加快施工进度。支撑基本避让出塔楼结构范围，减少支撑与塔楼结构碰撞。支撑与裙楼结构碰撞概率也降到最低，较大程度上提升裙楼地下结构施工速度。通过对塔楼边界优化以留置被动反压土，基底抽条开挖回灌素混凝土等具体措施，考虑留土作用，对支撑结构截面及配筋等进行重新设计验算，将5道支撑减少至4道支撑，使得坑底最小开挖面达3.1m，达到中型挖掘机撑下挖土的作业条件。减少1道支撑结构减少了施工、养护(上接第73页)时间与成本。

　　图8 优化前后的基坑深度分布及基础剖面  

　　通过结合栈桥与支撑的关系进行栈桥设计，使栈桥与支撑合二为一，增强支撑刚度，利用支撑进行车辆行驶，并在支撑上形成4个出土岛，利用栈桥坡道双向通车，使渣土车能直达土方开挖面取土运出，使1个超深基坑在立面上通过栈桥分解成3个较浅基坑施工，在平面上利用出土岛形成若干出土区域，多点出土。在狭小场地空间有限的情况下，“撑桥一体化”设计使得渣土车能利用支撑和栈桥直达坑底取土运出坑外，加快了土方开挖速度，能尽快形成支撑，减少了基坑变形发展，减少了深基坑施工对周边环境的影响。

　　本工程实现工程土方日出土量2 000m³，最高达3 600m³，基坑近40万m³用时198d快速开挖完毕，较计划工期缩短90d，获得工期效益等直接效益达1 200余万元;有效减少了基坑时空效应的变形，基坑地下连续墙深层位移仅36mm，道路管线沉降仅28mm，基坑及周边环境变形安全可控。