談大型地下一層建筑基坑支護(hù)方案

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摘要：前撐式注漿鋼管斜撐施工工藝是基坑支護(hù)方案中常用的一種支撐工藝，文章結(jié)合新建設(shè)馬橋鎮(zhèn)商業(yè)及辦公項(xiàng)目，對此工藝進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)，將其與常規(guī)基坑支護(hù)及前撐鋼管斜拋撐工藝進(jìn)行比較，并指出了該工藝的優(yōu)點(diǎn)與存在的不足，最后提出了具體的改進(jìn)措施，以供相關(guān)工作人員參考。

關(guān)鍵詞：基坑支護(hù)；傳統(tǒng)斜拋撐鋼管支撐；前置注漿鋼管斜撐；SMW工法

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市化建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，人們越來越重視地下空間的利用，基坑開挖的深度不斷增加，因而對基坑工程提出的技術(shù)要求也越來越高?；又ёo(hù)作為基坑工程中的一個重要環(huán)節(jié)，其整體施工質(zhì)量至關(guān)重要?；又ёo(hù)一般均是臨時性結(jié)構(gòu)，投資太大容易造成不必要的浪費(fèi)，一旦支護(hù)結(jié)構(gòu)不安全，則易引發(fā)工程事故，導(dǎo)致人員傷亡，鄰近建筑物損壞，危害極大。因此，選擇安全、合理且經(jīng)濟(jì)的基坑支護(hù)方案十分必要。

1工程概況

1.1建筑概況

新建設(shè)馬橋鎮(zhèn)06地塊、07地塊商業(yè)及辦公項(xiàng)目，其場地位于上海閔行區(qū)馬橋鎮(zhèn)，北至蘇家港、西至沙溪河、南至馬橋中心河、東至中青路，為長方形地塊，長230m、寬130m，總用地面積為95785m2，總建筑面積為124346m2。其中，地上建筑面積為47893m2，地下建筑面積為76543m2；容積率為0.5，綠化率為20%。建筑規(guī)劃設(shè)計理念：地上僅布置少量的低層建筑（三層），用于建設(shè)風(fēng)景優(yōu)美、園林式的辦公商業(yè)區(qū)，而將大量的辦公、商業(yè)、停車位布置在地下。設(shè)計規(guī)劃又將此地塊分成06地塊與07地塊，06地塊地上建筑面積為19452m2，地下建筑面積為34523m2；07地塊地上建筑面積為24090m2，地下建筑面積為39623m2。施工也分兩期施工，兩塊地下建筑均為一層，局部設(shè)夾層，地下層高為6.3m，結(jié)構(gòu)形式為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為樁基基礎(chǔ)，底板為400mm。

1.2工程地質(zhì)概況

擬建場地位于長江三角洲入?？跂|南前緣，屬于濱海平原地貌類型。該場地地勢平坦，自然地面以下45.75m深度范圍內(nèi)各土層沉積年代為全新世—晚更新世，由黏性土、砂性土組成，基坑開挖影響范圍內(nèi)土層設(shè)計參數(shù)如表1所示。淺部地下水屬于潛水類型，主要存于淺部地層中，潛水水位埋深一般為0.3～1.5m，水位受降水、潮汛、地表水及地面蒸發(fā)的影響。

1.3基坑概況

07地塊基坑面積為33230m2，基坑總長為877m，基坑開挖深度為5.95～6.35m。06地塊基坑面積為30973m2，基坑總長為728m，基坑開挖深度為5.45～6.95m。

1.4基坑周邊條件

基坑?xùn)|側(cè)為規(guī)劃道路，目前為擬建場地臨時道路，道路下已埋有管線；南側(cè)為馬橋中心河（無駁岸），河岸寬度為15m，河道峰時水位為相對標(biāo)高-2.9m；西側(cè)為沙溪河（無駁岸），河道距基坑較遠(yuǎn)；北側(cè)為蘇家港。綜合該基坑開挖深度、地質(zhì)條件、水文條件及基坑周邊環(huán)境，根據(jù)《基坑工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（DG/TJ08-61—2018），該基坑安全等級為三級，環(huán)境保護(hù)為三級。

2基坑支護(hù)設(shè)計與施工實(shí)施

2.107地塊基坑支護(hù)設(shè)計與施工

目前，基坑工程中已存在各種成熟的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，每種支護(hù)形式都有其適用范圍，在確定支護(hù)方案時，相關(guān)工作人員應(yīng)綜合考慮基坑的工程規(guī)模（面積、深度）、周邊環(huán)境、工程水文地質(zhì)條件、施工工序、工藝流程、工程經(jīng)濟(jì)、工期長短等因素。該項(xiàng)目的基坑特點(diǎn)如下：面積大，深度為5～12m，周邊有河道及道路，基坑距離建筑紅線較近。經(jīng)設(shè)計、施工方詳細(xì)研究，認(rèn)為采用有支撐的板墻支護(hù)方式較為合適。由于深度在12m以下，只在頂端設(shè)一道支撐即可，考慮土質(zhì)情況，支撐形式只適合做內(nèi)撐（受壓支撐），采用φ609mm斜拋鋼管撐。（1）基坑支護(hù)設(shè)計。①圍護(hù)墻。采用五軸水泥土攪拌樁內(nèi)插型鋼（SMW工法），攪拌樁型號為，水泥摻量為20%，樁長為18m。型鋼規(guī)格為H500mm×300mm×11mm×18mm，間距為0.9m、長15m。坑內(nèi)局部采用雙軸水泥土攪拌樁加固。②支撐系統(tǒng)。考慮到基坑平面規(guī)則，坑周邊設(shè)鋼筋混凝土冠梁（尺寸為700mm×1100mm），坑四角布置鋼管水平支撐，其余均設(shè)置斜拋鋼管撐（φ609mm×16mm），兩端支承在冠梁及中心島上的鋼筋混凝土底板上。（2）基坑支護(hù)施工。先進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工，五軸攪拌樁基施工，并插入型鋼，同時在坑內(nèi)進(jìn)行雙軸攪拌樁及壓密注漿局部加固，坑四角施工水平支撐所用的鋼立柱。在攪拌樁頂部挖溝槽，施工混凝土冠梁，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求后，安裝角部水平支撐。然后開挖中心島土方，澆筑斜拋撐留土范圍外基礎(chǔ)底板（含換撐支座），待底板混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，安裝斜拋撐，并施加預(yù)應(yīng)力為1000kN（分三級施壓），隨后可施工斜拋撐下基礎(chǔ)底板。待地下室底板及傳立帶區(qū)混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%后方可拆除部分斜拋撐。在07地塊地下工程施工過程中，曾遭遇多次暴雨，因斜拋撐下留土不足及邊坡放坡較陡，曾多次出現(xiàn)變形較大等險情，不得不采取應(yīng)急措施，保證施工安全。經(jīng)統(tǒng)計，07地塊地下工程從圍護(hù)樁施工開始到地下建筑完工，最后到回填完成，施工實(shí)際用時438d。

2.206地塊基坑支護(hù)設(shè)計與施工

經(jīng)總結(jié)07地塊基坑圍護(hù)、土方開挖、地下建筑的施工經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，并與設(shè)計、施工方共同協(xié)商研究，對于06地塊地下工程基坑支護(hù)，應(yīng)對支撐方案做適當(dāng)調(diào)整，采用內(nèi)支撐，將斜拋撐鋼支撐改為前撐式注漿鋼管斜撐。（1）基坑支護(hù)設(shè)計。①圍護(hù)墻。采用三軸水泥攪拌樁，內(nèi)插H型鋼SMW工法，攪拌樁型號為，水泥摻量為20%（在浜區(qū)水泥摻量提高3%），樁長15m。H型鋼規(guī)格為H700mm×300mm×13mm×24mm，長15m?？觾?nèi)用雙軸攪拌樁加固。②支撐系統(tǒng)。由于坑內(nèi)平面形狀規(guī)則，支撐仍采用鋼筋混凝土冠梁（尺寸為1200mm×900mm），四角設(shè)φ609mm×16mm鋼管水平支撐，其余采用前置注漿鋼管φ325mm×10mm，長21m，在坑深-8.20m區(qū)采用φ377mm×10mm鋼管。鋼管斜撐與水平面夾角為45°，鋼管注漿水灰比值為0.55。注漿要求：單根水泥用量不小于5t，最終注漿壓力不小于1.5～2MPa，注漿完成后，鋼管內(nèi)填滿級配砂石及水泥漿。設(shè)計要求：注漿鋼管需進(jìn)行荷載試驗(yàn)，數(shù)量為3根，φ325mm×10mm極限承載力為810kN，φ377mm×10mm極限承載力為925kN。（2）基坑支護(hù)施工。①圍護(hù)墻。采用三軸攪拌樁插入規(guī)格為H700mm×300mm×13mm×24mm的型鋼（SMW工法）施工，攪拌樁水泥摻量為20%，暗浜區(qū)域水泥摻量為23%，同時對坑內(nèi)局部采用雙軸攪拌樁加固。按基坑支護(hù)設(shè)計施工圖進(jìn)行前撐式注漿鋼管的施工，具體施工流程如下：孔位放線→機(jī)械手打入鋼管→填碎石插入注漿管→注漿。②鋼管加工與安裝。鋼管可采用兩、三節(jié)鋼管連接，其連接可采用焊接方式。鋼管端部設(shè)置注漿段，管底部用樁尖封閉，端部每隔300mm按梅花形布置出漿孔，孔徑為6～8mm，出漿孔外側(cè)設(shè)置角鐵倒刺。鋼管頂部可與冠梁連接，端部連接區(qū)焊φ25mm鋼筋，梅花形布置。③成孔與灌漿。鉆機(jī)斜向（與水平面所成角度為45°）預(yù)先成孔，孔徑大于鋼管直徑40～60mm，其深度可根據(jù)場地土層情況決定，引孔到其深度后就可將鋼管沉放到位，然后采用機(jī)械手將其振入至設(shè)計樁深度，隨后應(yīng)立即跟蹤灌漿。灌漿采用三次注漿工藝，第一次注漿量為設(shè)計注漿量的60%，第二、第三次注漿量均為設(shè)計注漿量的20%，每次注漿間隔時間為1.5～2.5h，注漿流量控制在20～40L/min，注漿最終完成的標(biāo)準(zhǔn)以單根樁水泥用量和最終注漿壓力控制，單根樁水泥用量不少于5t，最終注漿壓力不小于1.5～2.5MPa。注漿完成后，鋼管填滿粒徑為20～40mm的級配碎石，并用純水泥漿液灌滿。配筋墊層采用雙向環(huán)抱箍筋與前撐注漿鋼管滿焊連接。鋼管樁施工精度要求：定位誤差應(yīng)小于50mm，傾角誤差應(yīng)小于5°，長度誤差應(yīng)小于100mm，標(biāo)高誤差應(yīng)小于50mm，注漿速度不超過50L/min。④鋼筋混凝土冠梁澆筑。在四角部冠梁上安裝φ609mm鋼管水平支撐，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求后，就可分層分塊開挖土方，再施工基礎(chǔ)底板，只有底板與傳力帶混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%設(shè)計強(qiáng)度后，方可拆除支撐。經(jīng)統(tǒng)計，06地塊地下工程從前置注漿鋼管施工到地下建筑完工，最后到回填完成，實(shí)際施工用時為360d。

3基坑支護(hù)形式比較

該工程分06地塊與07地塊，兩個地塊的地下建筑均為一層，面積相近，層高相似，基坑大小、深度基本相同，基坑周邊環(huán)境及土質(zhì)情況也相同。基坑支護(hù)也是采用相同方案，只是07地塊采用的是傳統(tǒng)鋼管斜拋撐，而06地塊采用的是前置注漿鋼管支撐，對比這兩種形式的施工，其結(jié)果有以下區(qū)別。

3.1安全性

07地塊采用傳統(tǒng)斜拋撐支撐，施工中由于斜撐下留土高度及放坡現(xiàn)場施工未完全按圖紙施工，且遇到雨季施工，雨布鋪蓋難以完全到位，導(dǎo)致鋼支撐安裝前，容易出現(xiàn)水土流失現(xiàn)象，土體出現(xiàn)滑坡，圍護(hù)板墻變形較大（圍護(hù)墻頂水平位移監(jiān)測達(dá)到126mm），雖然采取了應(yīng)急措施，避免了事故的發(fā)生，但是一旦現(xiàn)場管理不到位，則該支撐體系極易存在安全隱患。

3.2施工工期

由于傳統(tǒng)的斜拋撐支護(hù)方案必須等中心島土方開挖、地下室底板施工完成，并待其混凝土強(qiáng)度達(dá)設(shè)計強(qiáng)度的80%后，方可安裝斜拋撐，開挖拋撐下方土方，這對整個地下工程施工工期影響較大。兩個地塊基坑大小、深度相差很小，但斜拋撐下方底板施工要等支撐下端部底板強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后才能開始施工，導(dǎo)致施工工期顯著延長，兩個地塊施工用時相差超60d。

3.3施工管理

在基坑支護(hù)施工階段，由于傳統(tǒng)斜支撐需要先施工中心島，再施工拋撐下底板，導(dǎo)致兩個底板增加了一條施工縫，如果現(xiàn)場質(zhì)量管理不到位，新增施工縫極易引發(fā)底板漏水，導(dǎo)致出現(xiàn)質(zhì)量問題；而前置鋼管施工斜撐下底板是一次性施工，不存在此質(zhì)量安全隱患。

3.4綜合經(jīng)濟(jì)效益

從施工方提出的工程報價來看，同一基坑采用兩種支撐基坑支護(hù)時，工程費(fèi)用方面，斜拋撐支護(hù)成本為425.87萬元，前置鋼管支護(hù)成本為500.69萬元。雖然傳統(tǒng)斜拋撐工程造價較低，但是斜拋撐由于工序較多，鋼管撐必須待中心島底板混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后方可安裝，造成工期大幅度延長。該工程前后相差2個月的工期，從財務(wù)成本、管理成本和提前竣工的經(jīng)濟(jì)效益及優(yōu)勢上來看，前置鋼管支護(hù)能顯著彌補(bǔ)其前期報價略貴的不足。

4改進(jìn)建議

總結(jié)該項(xiàng)目的施工經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在安放前置注漿鋼管時，時常發(fā)生前置鋼管與基礎(chǔ)樁基相碰或與集水井相碰的情況，為此建議支護(hù)設(shè)計不要均勻布置前置鋼管，應(yīng)該根據(jù)樁基圖紙適當(dāng)調(diào)整間距，避開工程樁和集水井。另外，建議根據(jù)地質(zhì)條件適當(dāng)加長前置鋼管，這樣可以提高每根前置鋼管的承載力，減少前置注漿鋼管總數(shù)，既可盡量減少與工程樁相碰的情況，也對地下室防水有利。雖然鋼管與地下室底板、外墻相接觸處均設(shè)置止水鋼板，但是仍存在薄弱點(diǎn)，即存在滲漏隱患，而減少鋼管根數(shù)對其則是有利的。當(dāng)然，前置鋼管布置改變或根數(shù)減少時，基坑周邊的冠梁尺寸與配筋也應(yīng)隨之調(diào)整。對于大型地下工程施工，建議采用BIM技術(shù)管理，這樣可以實(shí)現(xiàn)全面、立體化管理，既可避免前置鋼管與工程樁相碰，又可分區(qū)進(jìn)行施工，有利于確保施工質(zhì)量，加快施工進(jìn)度。

5結(jié)論

（1）優(yōu)化基坑支護(hù)方式。作為建設(shè)方，在進(jìn)行地下工程施工時要認(rèn)真與地質(zhì)勘查單位、地下結(jié)構(gòu)設(shè)計及基坑支護(hù)設(shè)計人員、施工方共同商討研究。目前國內(nèi)成熟的基坑支護(hù)形式不少，但每種支護(hù)形式都有其特殊的適用范圍，故應(yīng)充分了解項(xiàng)目的地下建筑結(jié)構(gòu)形式、地質(zhì)水文條件、基坑周邊環(huán)境情況，再根據(jù)以下依據(jù)選擇最佳方案：①支護(hù)技術(shù)可靠性、先進(jìn)性的評定；②對周邊環(huán)境影響程度的評價；③支護(hù)施工工期的長短；④綜合經(jīng)濟(jì)效益。（2）對于大型地下一層建筑工程，前置注漿鋼管基坑支護(hù)形式是較佳的基坑支護(hù)方案。根據(jù)該項(xiàng)目地下工程施工積累的經(jīng)驗(yàn)，從安全性、施工工期、施工技術(shù)及綜合經(jīng)濟(jì)效益等方面看，前置注漿鋼管支撐的基坑支護(hù)形式適用于軟土地基且地下水位高、周邊環(huán)境復(fù)雜、臨近有建筑物、周邊有道路且埋有管線的區(qū)域。采用這種支護(hù)方案的優(yōu)點(diǎn)是安全性高，施工工藝簡單且靈活，工期短，經(jīng)濟(jì)效益顯著，比采用深層水泥土攪拌樁重力壩、灌注樁的基坑支護(hù)工程造價低得多，通常可降低造價25%。另外，采用SMW工法樁加前置注漿鋼管在施工后又可進(jìn)行回收，不僅能降低成本，而且低碳環(huán)保。

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作者：胡天翼 單位：上海古胤置業(yè)有限公司