斜拋撐與型鋼水泥土攪拌墻在深基坑中的應用

顧 彬

上海市浦東新區建設（集團）有限公司 上海 201206

隨著城市化建設的深入發展，地下結構施工工藝得到了長足發展。圍護結構的設計，不僅關系到基坑自身及周邊保護建（構）筑物的安全，而且直接影響著土方開挖以及地下室結構等施工成本。因此，基坑支護結構是個系統工程，圍護結構設計不僅要保證圍護結構受力合理，而且要節省工期、降低造價、方便施工。鉆孔灌注樁剛度大，可用于深大基坑，同時需止水措施配合使用，其造價相對較高；水泥土攪拌樁擋墻止水性好，造價低，但墻體難以提供足夠的剛度，圍護結構變位大；型鋼水泥土攪拌墻＋斜拋撐組合技術適用于施工作業面空間狹隘的情況，其型鋼可重復利用，造價相對較低，且能提供足夠的剛度滿足基坑變形要求，具有縮短工期、節約造價、方便施工等特點。該圍護形式在安全、工程造價和工期之間達到一個最優平衡點，兼具經濟性、安全性與適用性[1-3]。

1 工程概況

本工程為住房項目，工程基坑為地下1層車庫，基坑面積較大，約43 800 m2，開挖深度較統一，為5.3 m左右，屬于深基坑工程。地下室輪廓較為規整，局部小陽角處較多?；游鞅苯菫橐呀ㄎ赐度胧褂玫挠變簣@，幼兒園為樁基礎?；悠渌吘壘鶠槌鞘写胃陕?，如圖1所示。基坑西北角為東西走向、南北走向2條邊，基坑開挖2條邊線距離幼兒園圍墻均為2.8 m；鄰近幼兒園圍墻南北走向開挖邊線距幼兒園建筑最近處為9.4 m，鄰近幼兒園圍墻東西走向開挖邊線距幼兒園建筑最近處為29.4 m。

圖1 基坑總平面

根據工程勘察報告，擬建場地在勘察深度（最大深度為55.3 m）范圍內揭露的地基土為第四紀全新世沉積層，屬于正常沉積區域，主要由填土、淤泥質土、黏性土、粉性土及砂土組成，場地內情況較為簡單；在西北側基坑附近部分有多處暗浜，土質較差，主要分布于幼兒園南側的東西向基坑邊緣上，浜底分布有浜土，土層厚度1.0～2.2 m，暗浜含有機質、腐殖物、碎石，狀態差，需采取相應措施進行處理。

根據上海市標準DG/T J08-61—2018《基坑工程技術規范》，本工程基坑西北角2條邊環境保護等級均可定為三級；基坑開挖深度小于7 m時，屬三級安全等級基坑工程，基坑開挖主要保護對象為幼兒園圍墻。

型鋼水泥土攪拌墻，即在水泥土攪拌樁中插入H型鋼構成的復合擋土止水圍護體。該工法具有對周圍環境影響小、防滲性能好、環保節能、適應土層范圍廣、工期短以及投資省等優點。

2 設計方案

2.1 設計方案簡介

基坑北側、西北角2條邊及西側局部區域開挖邊線距圍墻較近，設置重力式擋墻的空間不足。因此本基坑北側、西北角2條邊、西側部分區域及東南角近管線處采用型鋼水泥土攪拌墻＋1道支撐的圍護形式。其中支撐采用混凝土角撐＋鋼管斜拋撐的形式（圖2）。

圖2 基坑斜拋撐現場

2.2 設計方案要點

根據驗算，圍護結構最大正彎矩為298.9 kN·m/m，最大負彎矩為－158.8 kN·m/m，最大正剪力109 kN/m，最大負剪力115.8 kN/m，第1道支撐力為131.9kN/m，設計采用φ850 mm@600 mm三軸水泥土攪拌樁內插H700 mm×300 mm×13 mm×24 mm型鋼，型鋼長度15 m，插二跳一。經驗算，結構強度均滿足規范要求。最大位移23.9 mm，小于三級基坑圍護結構最大側移37 mm的規范要求；整體穩定安全系數1.70，大于規范要求的1.25；抗傾覆安全系數經驗算為1.12，大于規范設計要求的1.05；坑底抗隆起安全系數2.11，大于規范設計要求的1.70。

攪拌樁水泥摻量20%，局部暗浜區域水泥摻量提高至23%；坑內設置16.3 m長的鋼管斜拋撐，相鄰斜拋撐間隔約6 m，坑內局部設置φ700 mm@1 000 mm雙軸水泥土攪拌樁暗墩加固，水泥摻量13%，并于暗墩上部設置低摻量加固。

斜拋撐區域的土方進行2級放坡開挖，并按1∶1.5放坡。為了保持土方開挖邊坡的穩定性，坡面鋪設φ6.5 mm@200 mm的雙向配筋，并噴射60 mm厚C20混凝土進行護坡。位于地庫底板上的混凝土牛腿必須達到設計強度后，方可施工鋼管斜拋撐（圖3）。

圖3 圍護結構剖面

3 施工方案

3.1 施工方案總體思路

本工程斜拋撐區域周邊底板及換撐達到設計強度后，方可架設鋼管斜拋撐，并對留土區域進行開挖施工。車庫全部底板及換撐達到設計強度后，方可拆除支撐，并對車庫結構主體進行施工。

3.2 施工要點

斜拋撐施工區域場地狹隘，土方清運慢，但工期較為緊張；斜拋撐區域基坑變形控制要求高。工程西北側緊鄰已建幼兒園，由于基坑開挖邊緣緊鄰幼兒園圍墻，故在實際施工中必須嚴控基坑變形。在工程施工組織中，合理安排土方開挖順序和嚴控基坑變形成為工程質量控制的重點與難點。

考慮到需嚴控基坑變形，對斜拋撐區域土方采用一次安裝1根、2根及3根斜拋撐等3種方案，并對相應斜拋撐下方的土方進行清運開挖。土方開挖的同時，加強對基坑變形的監測（表1）。

表1 基坑監測變形量統計

由監測數據可知，土方開挖施工時，基坑最大變形主要位于基坑深度中部范圍內，橫向對比來看，同時開挖3根斜拋撐的土方對基坑的變形影響最大，位移為45.6 mm，大于規范要求。單根開挖基坑變形量最小，基坑最大變形量為12.9 mm。當開挖范圍為2根斜拋撐區域時，基坑最大變形量為32.8 mm，大于設計驗算值，但依然小于規范要求的37 mm。因此，本工程斜拋撐區域基坑施工開挖選擇一次施工2根，在確保基坑變形滿足設計要求的同時，兼顧土方的外運效率，加快施工進度。

根據地勘報告，基坑西北側斜拋撐區域施工時，部分暗浜區域基坑變形量較大，據現場監測，部分變形量一度超過基坑報警值，累計變形達到41 mm左右。雖然前期地基處理時已對暗浜進行加固，但實際斜拋撐開挖區域較大，暗浜區域土質差，對圍護結構難以提供足夠剛度，使圍護結構形成剛度薄弱區，導致基坑變形較大，因此暗浜區域斜拋撐調整為單根施工。當施工方案調整為一次施工1根斜拋撐時，基坑變形量明顯變小，此時基坑最大位移變形量為13.2 mm。

4 結語

根據本工程斜拋撐的施工經驗，為在基坑開挖變形量符合設計要求的前提下，兼顧施工效率，斜拋撐施工時宜采用一次安裝2根并進行土方開挖的方法，一次施工量沿基坑邊緣方向長度不宜超12 m。這樣既可滿足變形要求，又能兼顧土方清運效率。對于土質較差的部分，尤其涉及一些暗浜區域或軟弱土層，圍護結構難以獲得足夠的剛度。為嚴控基坑變形量，斜拋撐開挖宜縮小工作面，一次施工量沿基坑邊緣方向長度不超過6 m，同時應提高基坑變形監測頻率，防止基坑超挖引起變形過大而造成安全事故。