上海戲劇學院4#樓基坑重力壩施工關鍵技術

車少華

（上海朝興建設有限公司，上海 200232）

1 項目概況

1.1 工程概況

上海戲劇學院新建浦江校區項目4#樓學生教工公寓建筑性質為公共建筑；地上10層，地下1層，建筑高度39.95m，消防建筑高度38.86m。

本子項總建筑面積30039.77m2，其中計容積率面積25677.42m2，不計容積率面積4362.35m2，地上建筑面積25870m2，地下建筑面積4169.77m2。工程采用樁+筏基礎，墊層厚度為100mm，基礎底板厚度為1000mm，樁采用PHC-600（110）ABC80-14、15管樁，樁長29m，總數量為468根。

1.2 基坑簡介

本工程4#樓相對標高±0.000=絕對標高+5.650，自然場地標高按絕對標高+4.70m，即相對標高-0.950m。具體基坑開挖面積約4860m2，主要開挖深度在5.25m，電梯井、集水井等深坑在底板的基礎上落深1.4～2.9m。開挖以黏土-淤泥土為主，整個基坑東西向長約136m，南北向長約36.5m，基坑周長為345m，地下室基坑外包線基本呈規則四邊形。

整體設計參數如表1所示。

表1 基坑支護設計參數

2 基坑施工重難點及對策

2.1 施工場地狹小

本工程基坑西側圍墻至基坑最近距離僅9.3m左右。圍護施工前無法在基坑西側設置施工道路，對本工程的基礎施工帶來困難。

針對本工程施工場地較緊湊的特點，根據地下車庫的劃分，將基坑施工分為1區、2區、3區、4區，四個區域分區施工。基坑工程自西向東從1區流水段連續施工至4區。并充分利用飽和軟粘土地區的“時空效應”，合理安排施工流程，分塊開挖，隨挖隨支護（澆筑墊層、底板）。

2.2 周邊管線保護

本項目施工用電、用水埋地管線，離基坑邊線較近，故在圍護施工全過程對周邊管線進行重點保護。

針對措施：根據現有的地下管線資料，在離基坑較近的管線處開設樣溝，對實際的管線情況確認和標記，采用不同的顏色進行區分，并制定專項管線監測方案進行布點和監測。同樣在圍護樁施工建設時，連續樁的間隔要大于5d，增加泥漿的比例，同時還需要注意的是避免因塌孔引起孔外土體沉降而對周圍地下管線造成影響，必須在泥漿中混入膨潤土或直接使用人工泥漿，防止外部泥土的沉降。

2.3 周邊建筑保護

場地北側為規劃學亭路與上師大附中閔行校區教學樓，為了確保做到萬無一失，不影響周圍居民和學生的生活，對基坑施工階段進行重點監測。

根據監測方案，密切關注監測點的變化與趨勢，以此作為施工進度的參考依據，合理安排搭接施工工藝流程，確保基坑及周邊建筑安全；同時，在施工過程中，根據實際情況適當加快施工進度，減少基坑暴露時間。

3 圍護方案選擇

考慮本次基坑施工場地比較緊湊，而開挖面積大、深度深，是無法采用放坡和土釘墻等進行支護與防水的，同樣若采用鉆孔灌注樁擋土，雙軸攪拌樁止水的圍護結構，擠土效應大，成本也會比較高；若采用SMW工法在沒有支撐情況下基坑將很容易失穩，且成本也非常大。

為保護周邊建筑安全，降低施工影響，且方便施工，節省成本，確保萬無一失，組織專家進行施工方案的論證時，最終決定本工程4#樓采用圍護形式為“水泥土攪拌樁重力壩圍護結構”，并針對不同土質、不同區域采用不同規格的圍護結構布局。

3.1 一般區域

（1）在3-4軸為一般區域采用圍護壩體寬度為4.7m，樁長12.0m，壩體采用雙軸水泥土攪拌樁2φ700@1000mm，樁間搭接200mm，水泥摻量13%；壩體壓頂采用200厚C20混凝土，標高為-1.450m，內配φ8.0@200×200鋼筋網片；壩體上部內插φ12@1000鋼筋、L=1500mm，壩體內外側內插鋼管φ48×3.0@1000、L=9000mm。

（2）在2軸暗浜處圍護壩體采用寬度為5.2m，樁長12.0m，壩體采用雙軸水泥土攪拌樁2φ700@1000mm，樁間搭接200mm，水泥摻量13%；壩體壓頂采用200厚C20混凝土，標高為-1.450m，內配φ8.0@200×200鋼筋網片；壩體上部內插φ12@1000鋼筋、L=1500mm，壩體內外側內插鋼管φ48×3.0@1000、L=9000mm。

3.2 局部貼邊深坑區域

對電梯井、集水井等深坑區域采用圍護壩體寬度為5.7m，樁長16.0m，壩體采用雙軸水泥土攪拌樁2φ700@1000mm，樁間搭接200mm，水泥摻量13%；壩體壓頂采用300厚C20混凝土，標高為-1.450m，內配φ16@200×200鋼筋網片；壩體上部內插φ12@1000鋼筋、L=1500mm，壩體內外側內插型鋼、鋼管間隔布置，鋼管φ48×3.0@2000、L=9000mm；H型鋼500×300@2000、L=15000mm。

3.3 加固體系

坑內局部深坑的加固：具體采用的是水泥含量為13%的2φ700@1000mm的雙軸攪拌樁。長度為坑底以下4.0m、6.5m，同時深坑內采用雙軸攪拌樁2φ700@1000進行封底，長度為大底板底以下6.5m，水泥摻量13%。

4 設計驗算

基坑開挖深度在5.25m，電梯井、集水井等深坑在底板的基礎上落深1.4～2.9m；樁長29m，內插aφ700@1000mm灌注樁，計算時地面荷載20kPa。

4.1 抗傾覆計算

一般而言，對于重力式基坑圍護結構，其抗傾覆的安全系數一般要求大于1.0。

水土計算（分算/合算）方法：分算；

主動側土壓力分布模式：三角形；

水壓力計算方法：靜止，如圖1所示。

圖1 抗傾覆驗算

綜上所述，本基坑抗傾覆安全系數要求K=1.200，實際抗滑移安全系數K=1.23，滿足要求。

4.2 整體穩定性驗算

一般情況下不需要進行整體穩定驗算，但是如果基底下受力范圍為軟土層時，則需要注意，具體可采用圓弧滑動法驗算其整體穩定性，此時安全系數采用總應力計算。

如圖2所示，本基坑實際計算整體穩定性安全系數為1.68，大于規范安全系數K值1.25，滿足要求。

圖2 整體穩定性驗算

4.3 墻底抗隆起驗算

根據上海市《基坑工程技術規范》，具體重力式圍護基坑按墻底地基承載力采用Prandtl（普朗特）公式計算，考慮放坡影響寬深比：1.0；考慮隆起土層不均勻性厚深比：0.0。

如圖3所示。該基坑墻底按黏土土層驗算，具體采用公式計算，最終安全系數為2.18，大于要求安全系數1.5，滿足要求。

圖3 墻底抗隆起驗算

綜上所述，經過各參數的驗證計算，本次工程設計的圍護結構的安全系數都符合要求。

5 雙軸攪拌樁重力壩施工

本工程開挖面積約4860m2，整個基坑東西向長約136m，南北向長約36.5m，基坑周長為345m。圍護結構施工階段將投入4臺雙軸攪拌樁機，具體工藝流程如圖4所示。

圖4 雙軸攪拌樁施工工藝

（1）場面地平整和開挖槽溝：施工前，對施工區域進行徹底平整，保證機臺行走時平穩，施工前在攪拌樁樁位區域開挖槽溝，清除障礙物，槽溝深度為1.0m左右，若開挖過深，需用軟土填實。

（2）樁機就位：雙軸攪拌樁機就位后，進行平臺水平度測試。具體要安排機架垂直度測試、攪拌頭中心與樁位置中心重疊檢查，同時還需要注意只有現場監理驗收合格后，才能進行施工。

（3）預拌下沉：啟動攪拌電機，等待攪拌機正常運行后，將提升鋼絲繩放松，此時攪拌機的動力頭和鉆桿會沿著導向架方向向內旋轉，攪拌的同時并切土下沉。并由電機電流監測儀控制下沉速度，注意其工作電流不應超過10A。關注下沉效率，如果下沉速度太慢，可提供少量水泥漿，以方便鉆井。

（4）水泥漿的配制：按要求，水泥漿水灰比嚴格控制在0.5～0.6。施工前在每只攪拌桶上做好標記，放入一定量的水泥和水，攪拌均勻后，漿液體達到相應的位置，在施工過程中隨時測試水泥漿液的比重，以判斷其水灰比是否達到設計要求。安裝泥漿流量計，以控制泥漿流量。對于配制好的漿液要放入儲漿桶中以防止漿液離析，對超過2h的泥漿應進行廢漿處理。

（5）第一次噴漿提升攪拌：鉆進到設計深度后開啟壓漿泵，其出口壓力保持在0.4～0.6MPa，旋轉攪拌提升鉆頭的同時通過高壓管和中心桿向土中噴射灌漿，需要注意的是攪拌頭提升速度控制在0.5m/min以內，可以使砂漿與攪拌后的原土充分混合，第一次噴漿水泥用量為總量70%。

（6）重復攪拌下沉：將攪拌機再次邊旋轉邊沉入設計要求深度，可使已噴入土中的水泥漿與土攪拌均勻。

（7）重復攪拌提升：將攪拌機邊旋轉邊提升，再次回至設計標高，將30%水泥漿用完。

（8）三次下沉：將攪拌機鉆頭直接沉到樁底位置。

（9）三次攪拌提升：將攪拌機邊旋轉邊提升，回至設計標高，使水泥漿與土充分攪拌均勻。

（10）清洗：在空回收時，澆上適量的清水，打開砂漿泵，清除管道上殘留的水泥漿，直到基本清潔，同時清除攪拌頭上的泥。

5.1 施工參數及技術措施

本工程雙軸攪拌樁水泥摻量為13%，施工工藝采用采用“二噴三攪”，其技術要求如下：

（1）制備好的漿液水泥漿液水灰比為0.5～0.6，必須連續泵送，不得離析。

（2）攪拌樁采用樁徑700mm雙頭攪拌樁，樁體搭接長度為200mm。

（3）攪拌樁樁位偏差需控制在50mm以內，同樣要關注的是樁身垂直度誤差需控制在1/150以內，同時注意，樁底標高不大于+100～-100mm，樁頂標高不大于+100～-50mm。

（4）鉆頭每轉一圈的下沉或量提升盡量控制在10～15mm，具體鉆頭攪拌下沉速度盡量不要超過1.0m/min，而鉆頭噴漿提升速度為盡量不要超過0.5m/min。

（5）水泥摻入量13%，采用P.O 42.5級普通硅酸鹽水泥，要求新鮮、干燥、無結塊現象。

（6）采取可靠的定位措施，同時內插型鋼、鋼筋需要在水泥土攪拌樁1.0h內完成。

（7）相鄰樁的施工間歇時間不得超過16h，否則按冷縫處理，施工冷縫外再包兩根樁。

（8）每機臺每天做一組試塊，標養28d無側限抗壓強度不小于0.8MPa。

建筑物距離基坑較近區域，壩體攪拌樁先進行最外排攪拌樁施工，速率適當降低，樁機日工程量控制在70m3以內，以減小由攪拌樁施工對土體擠壓作用和周邊環境的影響。

5.2 施工質量保證措施

施工過程中參照樁架垂直度指示針，注意隨時調整樁架垂直度，并用線錘進行校核。

嚴格按照設計圖紙施工、嚴禁發生定位型鋼移位，一旦發現挖掘機與定位型鋼發生碰撞，在移動的同時除去溝道土時，立即重新放線。

綜合考慮各方面因素布置場地，避免機器的多次重新布置和移動，縮短混合和型鋼插入的間隔，確保建設施工的連續性。

詳細記錄各樁的建設時間、樁的位置、建設參數、以及工程意外情況等。

6 結論

雙軸攪拌樁重力壩在本項目中應用，充分體現其優點。在施工區域受限情況下還能快速高效完成圍護工作，同時使土體應力受控狀態良好，合理控制總費用，創造良好社會效益和經濟效益，可為后續同類型項目施工提供寶貴經驗。