超深基坑SMW工法樁130 m直徑兩道環形砼內撐支護技術

桂宇杰 陳鈞頤

摘? 要：該文介紹鬧市區超大超深基坑，采用五軸攪拌樁插超長型鋼及少量鉆孔灌注樁擋土止水，上下兩道130 m直徑超大環形砼內撐和環形棧橋，解決了超大深基坑圍護設計及施工技術難題。確保了基坑周邊的安全，為無場地施工地庫創造了條件，兩層地下室22 m長支護工法樁得到全部回收再利用。

關鍵詞：超大深基坑;五軸攪拌樁;插型鋼環形內撐支護監測;工法樁拆除回收施工技術

中圖分類號：TU753? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

1 工程概況

洋涇社區1-03-05地塊商業C區項目，位于上海市浦東新區，在崮山路與張楊路交匯處，高密住宅和商貿交通繁華地段。工程地下2層，面積41 520 m?，地上由S1～S4四棟16層～22層高層商辦樓和1-4層超大裙房超市娛樂場所組成，總建筑面積192 000 m?。建筑總高度95 m，4層裙房高度22 m。

2 現場條件及地質

2.1 現場條件

該商業區按南北劃分為A、B、C三個區域，該工程為南區（C區），西北側距開挖邊線5.0 m～6.0 m為已建住宅區，東側為明悅大酒店，基坑邊距離裙樓最近約16.6 m;東南角為新建的創屹大廈，基坑邊距離裙樓最近約24.8 m，南側基坑邊線距離用地紅線最近25.8 m;紅線外約6.8 m為48.5 m寬主干道張楊路，張楊路下為地鐵6號線區間隧道段分區。地下室退界較遠，場地南側紅線外各種地下管線，距離基坑邊線均在3倍開挖范圍之外。

2.2 工程地質情況

該場地屬濱海平原地貌類型，基坑開挖深度范圍內的地層分布：1層雜、浜填土，平均層厚約2.63 m，在明浜底部為浜淤泥;2層褐黃～灰黃色粉質黏土，厚度為0.4 m～2 m;3層灰色淤泥質粉質黏土，厚度為4.7 m～8.1 m;4層灰色淤泥質黏土，厚度為7.6 m～10.1 m，屬于高壓縮型;5層灰色粉質黏土，厚度為4.5 m～8.2 m，屬高～中壓縮型。施工前，現場場地平整，淺部障礙物在樁基前全部清除。

3 設計施工難點、重點

（1）項目地處上海市內環，基坑除南側留有25.8 m空地，其他三面地下室設計采取紅線內全覆蓋，無任何施工操作場地，周邊地下管線密布，環境復雜。

（2）兩層地下室深基坑，南側地鐵50.0 m保護范圍區域，圍護設計采取五軸攪拌樁止水+灌注樁擋土，其他三面支護采取22 m長SMW工法樁施工。并要求型鋼得到全部回收再利用，才能節省了支護的投入。

（3）設計考慮到施工無場地無道路，采用上下兩道直徑130 m的鋼筋砼水平內環形支撐，上層內支撐設置了環形棧橋，以解決深基坑挖土和施工通道技術難題。方便土方開挖和地下結構施工，為無場地施工地庫創造了條件。

（4）基坑挖深10.85 m～12 m，兩道砼內支撐，挖土方量約240 000 m3。業主要求3個月樁基圍護完成;地下2層，面積41 520 m?，要求6個月地下室結構出±0.00，工作量大、工期緊。

（5）設計及規范要求深基坑地下室挖土及結構施工，應分段分塊交叉進行，以減少基坑支護變形。

4 基坑圍護方案

該工程地下兩層，基坑呈長方形，長150 m，寬140 m，開挖深度10.5 m～12 m，周長約580 m。

4.1 支護體系

基坑圍護結構根據周邊實際情況及保護對象的不同，采取兩種圍護結構：南側地鐵50.0 m～100.0 m保護范圍區域為五軸攪拌樁止水+灌注樁擋土;其余三側面為五軸攪拌樁插型鋼擋土及止水。

4.2 止水及加固體系

采用單排五軸5?800 mm@2000 mm攪拌樁，樁長15.0 m/20.5 m/23.0 m。基坑內采用雙軸水泥土攪拌樁加固，加固深度為坑底以下4 m，局部5 m。

4.3 支撐體系水平支撐

采用兩道130 m直徑的鋼筋砼水平環形內支撐。

4.4 立柱樁及立柱

立柱灌注樁樁徑800 mm，非棧橋區域樁長20.0 m，棧橋下長30.0 m。采用型鋼格構柱，非棧橋下型號4L140×14;棧橋下型號4L160×16，截面均為480 mm×480 mm，型鋼格構立柱插入灌注樁不小于3.0 m。

4.5 基坑深井降水

基坑內采用真空深井降水，按約200 m2布置一口深井，每只真空泵拖帶3口深井。

5 地下工程施工總體部署及流程

根據基坑圍護設計，結合建設方的總體安排，該工程的圍護工程待工程樁全部完成后再行施工，土方開挖待北區地下室結構出±0.00之后再開始施工。

5.1 基坑四周圍護結構施工

先安排2臺五軸攪拌樁機施工工法樁配合插H型鋼，然后跟進施工鉆孔灌注樁和立柱，工法樁施工結束半月后，再施工坑內加固的雙軸攪拌樁。圍護樁施工完畢后，開始管井降水施工。

5.2 第一道降水、內支撐施工

開挖第一層土到第一道支撐底標高以下0.5 m～1 m位置，施工冠梁和第一道鋼筋砼支撐，并養護和持續降水。

5.3 第二道降水、內支撐施工

待第一道支撐砼強度達到設計強度后，且降水至第二道支撐底標高以下0.5 m～1 m位置，開挖第二層土，施工圍檁和第二道鋼筋砼支撐，并養護和持續降水。

5.4 第二道支撐下至基礎底板底施工

待第二道支撐砼強度達到設計強度后，且降水至基底以下0.5 m～1 m位置，開挖第三層至坑底標高。

5.5 第二道支撐拆除

后澆帶采取超前止水設計施工，底板、后澆帶、傳力帶施工、養護，達到強度后，拆除第二道支撐。

5.6 第一道支撐拆除

地下二層結構和換撐板帶、后澆帶施工、養護，達到強度后，拆除第一道支撐。

5.7 四周回填

地下一層結構施工、養護，達到強度后，立即進行地下結構初驗收和防水回填土。

5.8 H型鋼對稱拆除

采用2臺液壓拆樁機東西方向對稱拆除圍護樁的H型鋼，隨時運出現場。

6 主要施工方法

6.1 圍護工程施工

6.1.1 圍護工程量清單（表1）

6.1.2 鉆孔灌注樁施工方法

放樁位線→埋設護筒→鉆機就位→正循環成孔→第一次清孔→鋼筋籠施工→導管安裝及二次清孔→水下砼施工。

6.1.3 鋼立柱施工方法

立柱樁下部為鉆孔灌注樁，上部采用型鋼格構柱。為了使格構柱安裝能滿足設計要求，現場采用特制加工的格構柱校正架，對格構柱的垂直度與水平位移進行校正。由于格構柱頂部在自然地坪以下，而副底盤和格構柱校正架比較高，所以格構柱上部必須接長超過地坪3左右，才能對格構柱進行校正。

6.1.4 SWM工法的施工方法

6.1.4.1 測量放線

根據主管部門提供的坐標基準點和圖紙尺寸，在施工現場放置圍護結構的軸線，請監理進行復核無誤后進行五軸攪拌施工。

6.1.4.2 定位控制

在開挖的工作溝槽兩側鋪設導向定位型鋼，按設計要求在導向定位型鋼上劃出鉆孔位置，操作人員根據確定的位置嚴格控制鉆機樁架的移動，確保鉆孔軸心就位不偏。

6.1.4.3 開挖溝槽

采用日立200挖機開挖工作溝槽，沿圍護內邊控制線開挖。及時清除地下障礙物和回填土壓實，重新開挖導溝，保證五軸攪拌樁的施工。

6.1.4.4 放定位型鋼

在開挖的工作溝槽兩側鋪設導向定位型鋼，按設計要求在導向定位型鋼上劃出鉆孔位置和插H型鋼的位置。

6.1.4.5 樁機就位

用卷揚機和人力移動攪拌樁機到達作業位置，并調整樁架垂直度達到0.5%以上。

6.1.4.6 攪拌注漿

水泥土攪拌樁采用P.O42.5新鮮普通硅酸鹽水泥，水泥摻量13%，漿液水灰比1.2，插H型鋼部分水灰比1.4。

6.1.4.7 H型鋼插入

五軸水泥土攪拌樁每天施工完畢后，吊機應立即就位，準備吊放H型鋼，并及時涂刷減磨劑。

6.1.4.8 移機下一根樁

移機下一根樁，重復上述施工步驟，直至完成最后一根樁。

6.1.4.9取樣檢測

樁身齡期達到28天后采用鉆芯取樣檢測樁身強度，取樣數量不少于總樁數的0.5%，且不少于3根，鉆芯試驗的無側限抗壓強度不得小于0.8 MPa。

6.2 降水施工方法

深井布置距離基坑圍護結構一般控制在14.05 m左右，按200 m2～250 m2為1口平面呈棋盤式布局，避開工程樁、支撐及土體加固區，基坑布置86口基坑疏干井和5口觀察井。

整個降水工作量見表2。

6.2.1 深井深度確定

降水深度控制在基坑底1.0 m以下，根據各基坑的開挖深度，為了確保基坑內土體含水的減排，扣除1∶10的水力坡影響，考慮到基坑內電梯井及集水坑等深基礎，疏干井深度確定為16 m，深入基坑開挖面下6.15 m左右。

6.2.2 真空泵設置

配備38臺真空水泵分布在基坑四周，每臺真空泵各連接3口疏干井，真空泵接上之后連續不斷地集水和抽水，以保證井內有真空，無積水。

6.2.3 井管拆除與封井

為了方便挖土施工和防止挖土作業破壞井管，在每一層開挖完成后，暴露出開挖面的井管拆除;對于底板澆筑前已停止降水的管井，澆筑底板前可將井管拔除或切割至墊層面，井管內采用黏性土填充密實，然后采用鋼板與井管管口焊接、封閉。

6.2.4 對于預留管井，應采取如下封井措施

鋼管下端與原井壁之間用麻絲加油膏填實，再用一根φ140×5的鋼管插入原井管口，并在底板厚度范圍內的鋼管外壁焊2道3 mm厚200 mm寬的止水翼環;鋼管插入底板下1.0 m左右，迅速把井內殘留水抽干并用砂石填充到鋼管下端，再用比底板標號高一等級的微膨脹砼加適量速凝劑快速澆實至底板上標高下80 mm，并用20 mm厚鋼蓋板用電焊封嚴，如圖1、圖2所示。

6.3 圍檁、內支撐及棧橋施工方法

6.3.1 各項主要技術參數（表3）

6.3.2 施工流程

基坑預降水→測量放線→土方開挖→基坑四周護坡→H型鋼或格構立柱四周清土（灌注樁頂浮漿鑿除）→棧橋或支撐梁的墊層施工→綁扎鋼筋→隱蔽驗收→制模→澆搗砼→養護→拆模→養護。

6.3.3 主要施工方法

6.3.3.1 模板工程

每層內支撐配置1/4套側模，底模采用砼墊層，保證模板支設整體剛度。模板在每一次使用前，認真清理，涂刷隔離劑。在支撐梁、棧橋與墊層間鋪設一層油氈予以隔離;H型鋼四周包裹油氈與圍檁砼隔離。

6.3.3.2 鋼筋工程

按規定和圖紙加工和綁扎鋼筋，鋼筋采用焊接接頭相互錯開，同一截面內鋼筋接頭不超過50%。

6.3.3.3 砼工程

采用商品砼采用汽車泵輸送施工，嚴格控制坍落度后進場澆筑時間。圍檁及支撐宜整體澆筑，支撐桿件總長超過80 m宜分段澆筑，圍檁及支撐分段澆筑時，斷點應設置于支點L/3處，表面進行鑿毛處理。

6.3.3.4 負二層周邊圍檁吊筋施工

第二道環形內支撐施工時，基坑四周圍檁砼應按圍護設計要求設置吊筋，鑿開圍護五軸攪拌樁面，使吊筋與工法樁型鋼焊接固定，施工前應先進行焊接試驗合格，施工中進行檢查驗收，保證吊筋焊接牢固。

6.3.3.5 養護和試塊制作

砼澆筑整平后，并覆蓋草包，由專人定時澆水養護。達到設計強度的80%后，再進行下道工序。

6.4 土方開挖施工

6.4.1 施工流程

定位放線→驗線→確定開挖順序→第一層土方開挖→第一道支撐、棧橋施工→第二層土方挖土→第二道支撐施工→第三層土方挖土→人工清底→驗收。

6.4.2 施工方法

嚴格按照環形內支撐四周對稱均勻卸土原則進行挖土，避免造成圍護側向受壓變形。環形以內一層土方，采用大挖機和自卸汽車運土直接配合挖土。其他土方采取大小挖機倒運輸到各環形棧橋口，由長臂挖土機挖運到土方車上直接運出現場。

（1）第一層挖土厚度2.3 m，至標高-3.65 m，約50 000 m3。依次分段開挖，開挖后在支撐位置澆筑第一道砼支撐并養護，支撐中心標高-3.25 m，然后進行第二層土方開挖。

挖土方式：采用挖機挖土，坑內小型挖掘機配合開挖，人工進行圍護以及格構柱的清理工作，自卸汽車運土至棄土場地。

（2）第二層挖土厚度3.85 m，至標高-7.5 m，約83 000 m3。依次分段開挖，開挖后在支撐位置澆筑第二道砼支撐并養護，支撐中心標高-7.05 m，然后進行第三層土方開挖。每一個區段土方滿足臨時放坡要求。

挖土方式：采用島式開挖，先挖支撐部分，再邊施工邊開挖中心部分，用挖機和小型反鏟挖掘機配合開挖，人工配合清理，將土方運至長臂挖機可以夠到的部位，自卸汽車運土至棄土場地。

（3）第三層挖土厚度3.7 m，至標高-10.9 m（-11.2 m），約80 000 m3。采用盆式開挖，最下層30 cm用人工開挖、找平。開挖土體至底板下基坑底面，澆注素砼墊層（承臺、地梁、集水井等范圍邊各留置50 cm在磚胎模砌筑完成后澆筑）。

（4）第四層挖土進行集水井、電梯井、承臺等落深區（坑中坑）的土方開挖，開挖需在大基坑底面砼墊層達到設計強度并形成整體后進行，下層200 mm采用人工開挖、找平，澆筑素砼墊層。

（5）機械挖土方式：挖土采取小型挖土機和人工配合的方法進行，挖到承臺、地梁及集水井的底標高;將土方運至長臂挖機可以夠到的部位，自卸汽車運土至棄土場地。

坑中坑成型后，應立即組織人員進行磚胎模砌筑，砌筑時應先在坑底四周設置盲溝，盲溝寬200 mm、深度300 mm，并填放濾料（石子）與降水管井連通，確保排水系統暢通，降水單位配合降水，保證坑中無積水。

6.5 換撐施工

（1）該工程地庫及承臺砼底板直接澆筑到圍護結構邊，不在二次補澆筑砼換撐和結構轉換，在底板砼強度，可直接拆除負二層環形內支撐，加快了施工進度。

（2）負二層地下室主體結構施工到負一層樓板，在該標高處周邊直接插換撐鋼筋，支設換撐模板到圍護邊，一次性澆筑負二層及換撐板砼，待結構達到設計強度的85%后，直接拆除一層環形內支撐。

（3）按照設計要求，在地下室底板、負二層樓板后澆帶，特別是漏空板位置補設型鋼傳力結構，使圍護支撐換撐可靠傳力，消除換撐不當產生圍護結構變形，造成地下室結構破壞事故的發生。在底板、負二層（夾層）設置型鋼后澆帶，漏空板位置均設置了傳力桿件。如圖3、圖4所示。

6.6 內支撐及棧橋拆除

6.6.1 施工流程

基礎底板澆筑、養護→底板鋼板鋪設→第二道支撐及圍檁拆除→地下二層結構及換撐板帶施工、養護→第一道支撐棧橋及圍檁拆除→鋼格構柱拆除→地下一層結構施工。

6.6.2 拆除順序及方法

地下二層支撐拆除時，先對稱分段拆除在拆環形內撐次撐結構。試拆兩根桿件，由監測單位進行基坑變形監測，確保安全后方可繼續拆除，拆除時先把圍檁與支撐連接處斷開，然后由北往南分區域拆除。格構柱采取分段區域內的支撐梁全部拆除后，可拆除相應格構柱。

6.6.3 拆除

拆除時先斷開支撐與圍檁的連接處。第二道支撐拆除時，鎬頭機停在大底板上進行拆除，拆除區域下方鋪設鋼板，防止拆除的砼碎塊直接掉落在結構上。

第一道支撐、棧橋拆除時，鎬頭機停在棧橋上后退式進行拆除，拆除區域下方鋪設鋼板。棧橋上鎬頭機無法拆除位置采用人工鑿除，鑿除時搭設臨時排架，采用空壓機鑿除。

鋼格構柱拆除采用氧乙炔切割方式，按不大于2 m一段分段割斷，選用吊機及鋼絲繩配合吊運出基坑。

6.6.4 垃圾清運

支撐采用分區域拆除，一個區域拆除完成后及時清運垃圾。采用長臂挖機或汽車吊將坑內砼碎塊運至棧橋上的土方車上，運出現場。

6.6.5 臨時支撐和成品保護

在拆除前，做好鋼管或型鋼馬鐙支撐，地面鋪好舊模板車墊，并對結構鋼筋進行保護，進行噴水處理，減少拆除灰塵。

6.7 施工監測技術

該基坑監測重點關心的是其本體在開挖卸載過程中的結構及支撐體系的穩定，故考慮基坑圍護、降水、挖土、換撐、拆撐、回填土、圍護型鋼拆除回收灌縫等全過程中施工注意事項。該工程在基坑開挖影響范圍之內，著重對該建筑物及周邊建筑物、管線、道路等進行監測;在建筑物與基坑邊線中間每隔35 m布設一口深層土體位移觀測井，觀察深層土體的位移變形;在該建筑物上均勻布置沉降觀測點。在開挖過程中與基坑變形同步進行沉降觀測，以監測建筑物有無產生沉降及不均勻沉降。同時在周邊均勻布設地下水位觀測井，在整個開挖降水周期內監測，周邊地下水位有無異常變化。

6.8 工法型鋼拔除

首先對圍護工法樁圍檁部位的型鋼，采用油氈沿型鋼四周進行隔離包扎，型鋼拔除前，地下室與基坑四周進行回土壓實。拔除型鋼時，現場留出一定空間，保證拔除H型鋼的履帶吊車的轉地、起拔地和空間。在型鋼拔離地面的過程中，嚴禁在吊車吊桿下端進行施工操作。

由于工法樁22 m長，內摩擦力較大，該工程采用大功率液壓千斤頂，利用砼壓頂的反力座，將型鋼全部頂松;在有條件的區域換用振動錘將已經松動的型鋼拔離地面。在無條件的區域，繼續采用液壓千斤頂，逐步將型鋼頂出地面，吊車提離現場。型鋼拔出后對樁體內部空隙壓注水泥漿填充，以控制變形量。

7 安全文明施工及應急保證措施

7.1 施工現場平面布置

現場分為生產、生活、辦公三大區塊，每個區塊道路、材料堆放、加工等均標識到位，圍欄隔開。操作人員進入基坑現場施工，均由指定通道和專門施工鋼樓梯上下。

7.2 控制棧橋堆重

嚴格控制第一層環形棧橋運輸車重，控制棧橋及基坑周邊材料堆重。

7.3 車輛進出沖洗控制

車輛進出口處設洗車池，運土車輛經沖洗干凈后方可運出大門，并由專人清除土方車攔板上及運輸途中散落的泥土。

7.4 采用擋光措施控制

采用擋光措施控制好夜間光照，以防止光線影響居民生活。做好噪聲控制。

7.5 嚴格控制基坑縱坡

嚴格控制基坑縱坡比不得大于安全坡度，杜絕基坑縱坡失穩。

7.6 制定應急措施

建立應急組織，明確職責，制定搶險預案，配備應急設備等搶險物資及到醫院、車輛及人員準備。對突發事故進行預防，現場配備發電機、降水設備和強排水泵，保證臺風暴雨時降排水到位。

8 結語

該工程超大深基坑，地鐵段重要部位采用鉆孔灌注樁及三軸攪拌樁，其他三面采用五軸攪拌樁插型鋼工法樁擋土止水，上下兩道直徑130 m的超大環形砼內支撐及環形棧橋，解決了深基坑的圍護設計和施工技術難題。加快了施工進度，為無場地施工地庫創造了條件，確保了基坑周邊的安全。在目前兩層地下室10 m～12 m深基坑支護設計施工中，采用五軸攪拌樁內插22 m超長工法樁，很難遇到和做到，使型鋼工法樁得到全部回收再利用，節省了大量資金投入，為今后同類型工程積累了經驗。如圖5、圖6所示。

參考文獻

[1]GB50497-2009，建筑基坑工程監測技術規范[S].北京：中國計劃出版社.

[3]JGJ 120-2012，建筑基坑支護技術規程[S].北京：中國建筑工業出版社，

[4]劉國寶.大直徑環形內支撐體系的優化設計與計算方法研究[J].現代交通技術， 2010（6）：69-71.

[5]裘洪明，沈濤，劉有才，等.超大直徑鋼筋砼環形支撐深基坑綜合施工技術[J].建筑技術開發，2006（10）：63-65.