水泥攪拌樁支護條件下的深基坑土方開挖關鍵施工技術

中建四局第一建筑工程有限公司 廣州 510656

1 工程概況

廣州南沙濱海花園五期住宅項目西鄰藍灣路，距焦門河約50 m；北面緊鄰豐潤路，距軌道交通4號線不足15 m；南面則鄰近金州涌河道，距河涌邊不足8 m，且水位及河床常年較高，東面鄰近環市大道中路。項目地處南沙未來金融中心，焦門河公園、焦門綠道、焦門生態園風景線盡收眼底。如圖1所示。

圖1 項目鳥瞰圖

本工程為商業住宅配套建筑，是集商業、住宅于一體的大型綜合性建設工程小區，總建筑面積約271 838 m2，占地面積約65 000 m2，基坑開挖面積52 000 m2、坑底面積45 000 m2；基坑為不規則三角形，東西邊長約320 m，南北方向長約180 m，基坑開挖深度7.30 m（含深1 m磚渣換填層，不含基坑邊處承臺開挖深度1.40 m），是目前廣州南沙已建成的項目中基礎最深的工程，土方開挖量共計360 000 m3。

本項目地質工況比較復雜，有機質含量較高，原為魚塘與河涌匯流處，后經人工回填整平。地下室土方開挖主要是淤泥質土和淤泥土層，施工難度大，對基坑變形影響大。

2 既建基坑支護體系存在的險情

2.1 基坑支護體系設計不合理

工程建設之初，建設單位為節省基坑支護費用，多次要求設計方優化基坑支護設計，最終本基坑支護體系采用“二級放坡+重力式水泥土擋墻”：支護樁采用4排φ1 000 mm@800 mm水泥攪拌樁，排距800 mm，支護樁樁長約12 m，最內排進入砂層不小于1 m，最內及最外排每根攪拌樁再插入1根φ114 mm鋼管（L=12.00 m、t=3.50 mm）；坑內被動土區域采用4排φ1 000 mm@900 mm攪拌樁加固，強化被動土區域的強度，加固樁樁長4 m。

該基坑支護設計未充分考慮到水泥攪拌樁強度達不到0.80 MPa的現實情況，有一定的不合理性，為后面發生險情留下了隱患。

2.2 基坑支護發生的險情

在按原設計基坑支護施工后，對基坑進行試開挖施工，試開挖施工期間基坑支護發生位移及沉降，一次性最大位移達280 mm、沉降達130 mm，同時產生“踢腳”（基坑邊隆起）、深層滑移等險情。

3 引起基坑支護結構大變形量原因分析

1）本工程地下水位較高，同時坐落于淤泥及淤泥質土層上，淤泥及淤泥質土層穩定性差、流動性較高，其有機質含量較高，對水泥攪拌樁的發育起抑制作用。

2）本工程基坑開挖深度較深，平均深約7.30 m，局部達到8 m以上，且基礎施工均需開挖至淤泥或淤泥質土層上，且淤泥質土層的含水率達到78.70%，其塑性指數也較高，這是造成基坑水泥攪拌樁支護結構大變形量的主要原因之一。

3）攪拌樁28 d后抽芯發現單軸機攪拌樁抽芯芯樣松散、強度平均值為0.20 MPa左右，出現水泥漿“結核”；三軸機攪拌樁抽芯芯樣不連續、強度平均值為0.50 MPa左右，達不到設計要求0.80 MPa，如圖7所示。這是造成基坑水泥攪拌樁支護結構大變形量的又一個主要原因。

4）基坑支護攪拌樁北段采用單軸攪拌樁機施工，單軸攪拌樁機采用6葉片、葉片噴漿（噴漿孔距葉片邊緣約35 cm），采用“四攪四噴”方式，淤泥質土塊與水泥漿沒有充分地融合反應，造成大量的翻漿。

5）工程樁緊貼基坑邊（距基坑邊最近為0.80 m），給基坑支護樁帶來一定的安全風險（PHC管樁施工時，由于土體的擠壓，極易造成坑內邊樁下部的斷裂），同時極易造成坑底隆起、結構底板上浮[1,2]。

4 后期施工關鍵技術

在基坑支護設計安全系數小，基坑開挖過程中基坑支護出現滑移、變形量大等不利條件下，經多方專家咨詢和論證，最終應用分塊、抽條、間隔澆筑、底板及承臺分離施工、堆沙包、核心筒處挖土后置等施工關鍵技術，成功解決了基坑支護設計安全系數小、支護結構變形量大等技術難題。

4.1 分塊方法施工技術

依據承臺不同寬度，在基坑周邊預留反壓土，將穩定帶分成寬5～8 m的反壓土層。

4.2 抽條法施工技術

依據基坑的空間效應，先從基坑的角部開始試驗性抽條開挖；由于基坑支護的時間效應，抽條完成后須立即澆筑承臺（澆筑至比底板底高出30 mm處）進行反壓抗隆起及防止位移等工作。從實踐效果來看，采取承臺與底板分離式施工，可有效抑制基坑的隆起及位移。

底板完成36 h后上堆沙包，平均質量為1.80 t/m2。在基坑分塊施工區域基坑支護變形仍較大情況下，采用堆沙包反壓技術，可抑制基坑支護滑移，抵抗基坑的隆起。

同時采取底板與支護結構無縫接觸的處理措施，亦有效解決了后期支護結構隆起及滑移現象[3,4]。

4.3 間隔澆筑施工技術

抽條開挖時采取“隔三抽一”（開挖塊相距15～18 m)的方式跳挖，即將基坑周邊分割成若干個小的基坑塊，增強了每個基坑塊的坑角效應，降低了基坑施工的風險。

條塊底板與相鄰條塊底板完成合攏時間控制在7～9 d，此時間段混凝土底板的應力得到有效的釋放，降低了底板開裂的風險。

4.4 承臺與底板分離施工技術

采取承臺澆筑與底板分離的形式施工，其做法是承臺混凝土澆筑至比底板底高出30 mm處，以利用承臺的鋼筋混凝土自重對基坑底板進行反壓抗隆起（圖2）。

圖2 底板、承臺分離施工

4.5 核心筒處挖土后置施工技術

5#塔樓核心筒距基坑邊不足12 m，且核心筒處還須向坑底面下挖約3.50 m，基坑采用長15 m拉伸鋼板樁作臨時支護及18#工字鋼作內撐。

施工時，先做核心筒基坑支護，塔樓其余底板施工至距核心筒位置周邊1.20 m范圍，施工完成3 d后再采用小型挖機開挖核心筒基坑的土方，開挖不到位處采取人工開挖加塔吊吊運。

由于核心筒處基坑采取后置挖土技術，核心筒基坑的周邊底板有效抑制了基坑變形位移、坍塌、隆起。

5 結語

1）在高流塑性淤泥質土、含水率較大、有機質含量高的地段，采取水泥攪拌樁作基坑支護時務必要慎重；當有機質含量超過3.50%時，對水泥攪拌樁的強度增長會有抑制作用，且影響很大。

2）在有機質含量高的淤泥質土中采取水泥攪拌樁支護體系，其管樁施工不宜采用錘擊式管樁施工，因錘擊式管樁施工時產生的動能較大，施工時對基坑土體及支護結構擾動較大，極易造成坑底隆起、結構底板上浮。若不得已而運用，應采取相應的隔振措施。

3）當基坑支護效果不理想或整體變形較大時，基坑開挖要注意速度，若基坑土體挖除較快，其變形值增加也較快，會造成土體與支護脫離，支護邊的土體極易滑移，造成圍護結構整體或局部被破壞。因此，施工中應適當減緩坑邊降土速率，預留反壓土或換填沙包以抵抗基坑變形。

4）本工程通過應用分塊、抽條施工技術控制基坑的位移量，提高了土方開挖過程中基坑的安全性和可靠性；利用間隔澆筑法施工技術解決了底板開裂的風險，同時取消了局部后澆帶；采用底板及承臺分離施工技術控制了基坑的隆起，縮短底板施工工期，有效抑制基坑的時間效應變形；應用核心筒處基坑后置施工技術，核心筒周邊已施工的底板對深挖附近的基坑變形起到了有效抑制作用。工程實踐說明，這些關鍵技術的應用是合理、有效的[5]。