深基坑中的雙排PC工法組合鋼管樁和型鋼斜撐支護(hù)

張程寶 潘偉峰 鮑軍武 華錦耀

1. 寧波冶金勘察設(shè)計研究股份有限公司 浙江 寧波 315040；

2. 大榮建設(shè)集團(tuán)有限公司 浙江 寧波 315192；3. 浙江鴻晨建設(shè)有限公司 浙江 寧波 315032

軟土深基坑的支護(hù)形式常用圍護(hù)排樁（混凝土灌注樁或SMW工法樁）結(jié)合多道水平支撐，或多道預(yù)應(yīng)力土錨桿。當(dāng)基坑平面面積很大時，應(yīng)用多道水平支撐（包括立柱樁）往往造價高、不經(jīng)濟(jì)且影響挖土效率，而預(yù)應(yīng)力土錨桿往往需穿越用地紅線或影響周邊市政道路及管線的安全，故需研發(fā)一種既能避免上述傳統(tǒng)基坑支護(hù)技術(shù)的缺點且圍護(hù)結(jié)構(gòu)能周轉(zhuǎn)使用，又能保證基坑安全施工的基坑支護(hù)新方法。

針對本工程軟土深基坑的實際情況，查閱了相關(guān)文獻(xiàn)。文獻(xiàn)[1]基坑挖深在12.8 m以上，采用雙排鉆孔灌注樁φ1 000 mm@1 200 mm、排距5 m的無支撐懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)，存在雙排鉆孔灌注樁無法拔出周轉(zhuǎn)應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)性不佳的問題；文獻(xiàn)[2]基坑挖深10.3 m，采用雙排鉆孔灌注樁中前排樁φ900 mm@1 200 mm、后排樁φ900 mm@3 600 mm、排距4.2 m的無支撐懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)，同樣存在鉆孔灌注樁無法拔出周轉(zhuǎn)應(yīng)用的問題；文獻(xiàn)[3]基坑最大挖深6.8 m，采用單排PC工法組合鋼管樁φ630 mm×14 mm結(jié)合1道前置式注漿鋼管斜撐的支護(hù)結(jié)構(gòu)，此基坑系單層地下室，即支護(hù)結(jié)構(gòu)無法應(yīng)用于2層地下室的深基坑，且坑底以下的注漿鋼管無法拔出周轉(zhuǎn)應(yīng)用；文獻(xiàn)[4]基坑最大挖深12.95 m，采用單排PC工法組合鋼管樁φ630 mm×14 mm結(jié)合2道混凝土水平支撐的支護(hù)結(jié)構(gòu)，存在混凝土水平支撐無法回收應(yīng)用、造價高的問題。

在項目施工實踐和調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，選擇雙排PC工法組合鋼管樁和型鋼斜撐支護(hù)施工技術(shù)，既避免了多道水平支撐造價高且不方便挖土的缺點，又避免了鉆孔灌注樁圍護(hù)造價高的缺點，且解決了周邊環(huán)境包括市政道路及管線的安全問題。實踐證明，本技術(shù)具有基坑施工效率高且經(jīng)濟(jì)效益好的優(yōu)點，可供同類型基坑工程施工參考應(yīng)用。

1 工程概況

浙江省余姚市某深基坑項目，總建筑面積為68 526.80 m2，建筑物主要為9幢多層和高層建筑，設(shè)2層地下室，采用預(yù)應(yīng)力管樁和預(yù)應(yīng)力方樁基礎(chǔ)。基坑南北方向長175 m，東西方向長106 m，最大挖深8.5 m。項目東側(cè)為已建市政道路，南側(cè)為規(guī)劃道路，西側(cè)為規(guī)劃中央云公園，北側(cè)為規(guī)劃三期用地。目前，除東側(cè)為已通行的市政道路外，其余側(cè)均為空地。

周邊管線分布：基坑?xùn)|側(cè)為已建中山北路，道路下分布有雨水管線和給水管線。其中，雨水管線埋深約2.0 m，距離用地紅線8.6～9.2 m，距離基坑邊14.4～15.2 m；給水管線埋深約1.5 m，距離用地紅線3.7～4.2 m，距離基坑邊9.5～10.2 m。

2 工程地質(zhì)條件

工程所處位置地基土層從上至下依次為①1雜填土、①2粉質(zhì)黏土、②淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、③粉質(zhì)黏土。本區(qū)域水文地質(zhì)條件簡單，與本工程關(guān)系密切的地下水主要是孔隙潛水。場地孔隙潛水賦存于地表雜填土中，上部雜填土透水性較好，水量相對較大；下部黏性土層透水性較差，水量很小，是相對隔水層。

3 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)簡述

3.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)概況

本基坑?xùn)|側(cè)采用雙排PC工法組合鋼管樁結(jié)合1道高、低位式鋼斜撐（留三角土）和被動區(qū)水泥攪拌樁加固的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，內(nèi)排樁為φ820 mm×14 mm鋼管樁組合拉森鋼板樁，外排樁為φ630 mm×14 mm@2 600 mm鋼管樁，鋼管樁均長24 m，拉森鋼板樁長15 m。東側(cè)緊鄰市政道路邊雙排圍護(hù)PC工法組合鋼管樁壓頂梁外側(cè)采用懸臂式拉森鋼板樁（長12 m）結(jié)合緊貼式混凝土擋墻支護(hù)，東側(cè)被動區(qū)采用墩式水泥攪拌樁加固，其中，鄰接內(nèi)排PC工法組合鋼管樁部位為連續(xù)式二排攪拌樁。雙排PC工法組合鋼管樁內(nèi)側(cè)設(shè)置高位、低位格構(gòu)式鋼斜撐（局部鋼管斜撐），斜撐底端支于中心島底板樁基承臺的加強(qiáng)式配筋混凝土墊層上。基坑其余三側(cè)采用大放坡并結(jié)合PC工法組合鋼管樁做超前支護(hù)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，東北角和東南角采用混凝土角支撐加強(qiáng)。坑中坑采用重力式水泥土擋墻圍護(hù)，同時基坑內(nèi)外側(cè)采用明溝排水措施?；?xùn)|側(cè)典型支護(hù)剖面如圖1所示，典型支護(hù)樁位平面布置如圖2所示。

圖1 基坑支護(hù)典型剖面（工程樁未畫出）

圖2 基坑支護(hù)樁平面布置

3.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)施工特點

1）施工效率高。圍護(hù)排樁采用PC工法鋼管樁組合拉森鋼板樁，沉樁速度快，在需要焊接接長鋼管樁的情況下，一個臺班能施工6根接長式鋼管樁＋6根或12根拉森鋼板樁，比鉆孔灌注樁效率高很多。由于內(nèi)排PC工法鋼管樁與拉森鋼板樁之間采用鎖口式連接防水，故省略了傳統(tǒng)式圍護(hù)鉆孔樁外側(cè)作為截水帷幕的水泥攪拌樁或高壓旋噴樁。中心島部位沒有水平支撐，便于多臺挖機(jī)分區(qū)段分層式挖土及自卸汽車運土，僅基坑邊留設(shè)三角土，且高低位式鋼斜撐在底板與承臺的加厚剛性配筋混凝土墊層澆筑后即可安裝，無需底板承臺綁扎鋼筋澆筑混凝土后再安裝。

2）環(huán)境保護(hù)好。雙排PC工法鋼管樁結(jié)合型鋼斜撐與被動區(qū)水泥攪拌樁加固及坑邊保留土體的支護(hù)結(jié)構(gòu)整體剛度大，能有效承載水土的側(cè)壓力，沒有鉆孔圍護(hù)樁的泥漿污染。在開槽施工雙排PC工法鋼管樁前，先在鄰市政道路側(cè)沉入1排連鎖式拉森鋼板樁，于開槽階段即保護(hù)了市政道路及其地下管線，且采用兩階段式沉入PC工法鋼管樁。在施工雙排PC工法鋼管樁壓頂圍梁的同時，在外側(cè)連鎖式拉森鋼板樁內(nèi)側(cè)緊貼式施工鋼筋混凝土護(hù)壁，增強(qiáng)基坑開挖階段的環(huán)境保護(hù)。中心島底板樁基承臺的加強(qiáng)式配筋混凝土墊層施工后，立即快速安裝高低位鋼斜撐，縮短了鋼斜撐的安裝時間，充分利用基坑工程的時空效應(yīng)[5]。拔除鋼管樁和鋼板樁前，采用素土回填肥槽且分層夯實，拔除時立即壓力注入水泥漿，以進(jìn)一步保護(hù)環(huán)境。

3）經(jīng)濟(jì)效益強(qiáng)。由于大幅度提高了基坑工程的施工效率，且PC工法鋼管樁與拉森鋼板樁及型鋼斜撐均可拔（拆）除后周轉(zhuǎn)使用，故深基坑支護(hù)體系的經(jīng)濟(jì)效益好。

4 施工工藝流程

施工準(zhǔn)備和測量放線→施工鄰市政道路側(cè)鋼板樁→開挖導(dǎo)向基槽→施工外排PC工法鋼管樁→施工內(nèi)排PC工法鋼管樁和拉森鋼板樁→施工壓頂梁板及外側(cè)護(hù)壁擋墻→開挖中心島土方，施工底板承臺的混凝土墊層→安裝高、位低位鋼斜撐→施工中心島底板→開挖坑邊三角土及施工底板→拆除低位鋼斜撐→施工地下2層剪力墻及樓板→拆除高位鋼斜撐→施工地下1層剪力墻及頂板→肥槽回填夯實→拔除PC工法鋼管樁與拉森鋼板樁

5 關(guān)鍵施工技術(shù)

5.1 施工鄰市政道路側(cè)拉森鋼板樁

利用打拔式樁機(jī)帶動高頻振動錘連續(xù)式沉入鄰市政道路側(cè)的拉森鋼板樁，鋼板樁相互咬合止水，再開挖基槽準(zhǔn)備沉雙排PC工法鋼管樁。先沉入此側(cè)拉森鋼板樁，可有效保護(hù)市政道路及地下管線，免受開挖基槽的影響。

5.2 兩階段式沉入雙排PC工法鋼管樁

利用打拔式樁機(jī)帶動高頻振動錘，先施工外排PC工法鋼管樁，再施工內(nèi)排PC工法鋼管樁和拉森鋼板樁，并按兩階段式控制外排樁不同的樁頂標(biāo)高，即外排PC工法鋼管樁先沉至樁頂同外側(cè)鋼板樁樁頂標(biāo)高，作為鋼板樁的臨時支撐，待內(nèi)排鋼管樁沉入后，再繼續(xù)沉至設(shè)計標(biāo)高（圖3）。對長逾18 m的鋼管樁，需利用履帶式吊機(jī)吊著上節(jié)鋼管樁進(jìn)行焊接接長，接頭處除對接坡口焊外，再加4塊弧形板搭接焊。分段沉PC工法鋼管樁到位后，即施工混凝土墊層。

圖3 施工雙排樁壓頂圍梁的混凝土墊層

5.3 快速施工雙排樁的壓頂圍梁及混凝土擋墻

在基槽混凝土墊層上分段快速綁扎雙排樁的壓頂圍梁和外側(cè)鋼板樁內(nèi)側(cè)的擋墻鋼筋，并分段支模后同時澆筑混凝土，以加強(qiáng)鄰道路側(cè)鋼板樁的擋墻作用。雙排PC工法鋼管樁錨入壓頂圍梁，內(nèi)排鋼管樁之間的拉森鋼板樁不伸入壓頂圍梁。

5.4 盆式分區(qū)段臺階形挖土并施工底板的混凝土墊層

沿基坑邊縱向按分段長約30 m臺階形盆式開挖中心區(qū)土方，保留寬約6.7 m的坑邊三角土，三角土坡腳沉入拉森鋼板樁擋土。分段盆式挖土的分層厚度不大于2 m，臨時邊坡的坡度不大于1∶2。分段盆式開挖至底板樁基承臺墊層底后，快速施工加強(qiáng)型C40級混凝土墊層，即將設(shè)計有鋼斜撐底端支座處的承臺（含側(cè)壁）及底板的混凝土墊層加厚為500 mm且配φ16 mm@150 mm雙層雙向鋼筋網(wǎng)，以連接工程樁受力，并在側(cè)壁混凝土墊層上預(yù)埋鋼板錨筋，如圖4所示。

圖4 安裝高、低位格構(gòu)式鋼斜撐

5.5 安裝高低位式型鋼斜撐并施工底板

利用履帶式吊機(jī)分段快速安裝型鋼斜撐，由于每組高位、低位型鋼斜撐處于鄰近的不同垂直面上，且下端為同一承臺坑的配筋混凝土側(cè)壁，高位鋼斜撐上端焊接于壓頂梁牛腿側(cè)壁預(yù)埋件，低位鋼斜撐墊鋼板焊接于PC工法鋼管樁上部，故先安裝低位鋼斜撐，后安裝高位鋼斜撐，再分段施工中心島底板。高低位式鋼斜撐有利于分階段拆除的工況要求。鋼斜撐下端部（底板中央處）焊止水鋼板。

5.6 挖除三角土施工臨邊底板及換撐帶、拆除低位鋼斜撐

中心島底板施工后，挖除臨邊的三角土，采用站位于中心區(qū)底板上的長臂挖機(jī)挖除坑邊三角土，先拔除三角土坡腳的拉森鋼板樁，再施工臨邊底板及換撐帶，達(dá)到設(shè)計要求的強(qiáng)度后，切割低位鋼斜撐上下端，拆除低位鋼斜撐，利用吊機(jī)吊出低位鋼斜撐。

5.7 地下2層結(jié)構(gòu)施工后拆除高位鋼斜撐

地下2層結(jié)構(gòu)施工時，先施工豎向構(gòu)件框架柱和混凝土剪力墻，后施工樓板。施工樓板時，在鋼斜撐位于樓板中央位置焊接連接構(gòu)造筋，待樓板綁扎鋼筋澆筑混凝土并安置換撐梁后，切割鋼斜撐并吊出基坑。

5.8 鑿除壓頂圍梁及兩階段式拔除雙排PC工法鋼管樁

地下室側(cè)壁和頂板混凝土全部施工后，先在肥槽處分層回填并夯實或注水回填砂土，然后鑿除壓頂圍梁。打拔樁機(jī)及高頻振動錘在頂板上作業(yè)時應(yīng)墊路基箱，并在頂板下用鋼管加固。先跳式拔除內(nèi)排拉森鋼板樁，檢查并確保低位鋼斜撐與內(nèi)排PC工法鋼管樁的連接鋼件切割清除干凈，然后拔除PC工法鋼管樁，先拔內(nèi)排鋼管樁，后拔外排鋼管樁。鋼管樁拔至接頭處進(jìn)行切割，繼續(xù)回填并夯實砂土接近自然地面后，再二次即第2階段拔除下節(jié)鋼管樁。隨后壓力注入水泥漿液，包括鋼管樁和鋼板樁拔出后的孔隙，注漿管由低至高隨拔隨噴射水泥漿液。

5.9 拆除緊鄰市政道路側(cè)護(hù)壁混凝土及拆除鋼板樁

最后拆除緊鄰市政道路側(cè)的護(hù)壁混凝土并拔除鋼板樁，同樣由低至高隨拔隨噴射水泥漿液，并分層回填夯實地下室側(cè)壁至市政道路間的砂土塘渣，直至室外設(shè)計的地面標(biāo)高，以達(dá)到保護(hù)環(huán)境的要求。

6 結(jié)語

針對軟土深基坑臨邊環(huán)境保護(hù)要求嚴(yán)格的特點，遵循基坑工程的時空效應(yīng)，采用科學(xué)合理的支護(hù)和挖土施工技術(shù)，并關(guān)注關(guān)鍵的施工技術(shù)。本基坑關(guān)鍵施工技術(shù)包括：先行施工市政道路側(cè)拉森鋼板樁，以保護(hù)環(huán)境在開挖雙排樁基槽時免受影響；雙排PC工法鋼管樁分2個階段沉樁到位，進(jìn)一步保護(hù)環(huán)境；設(shè)置低位、高位鋼斜撐，以對應(yīng)先后式拆撐工況；利用底板承臺的加強(qiáng)式混凝土墊層作為鋼斜撐的下支座，充分利用基坑工程的時空效應(yīng)快速安裝鋼斜撐；基坑及地下結(jié)構(gòu)采用分段臺階式施工方法，以滿足基坑快速施工的要求。

本軟土深基坑應(yīng)用雙排PC工法組合鋼管樁和型鋼斜支撐支護(hù)取得成功，最終各項監(jiān)測數(shù)據(jù)均在設(shè)計的報警值之內(nèi)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

同時，該基坑與雙排同樣長度的鉆孔灌注樁（前排φ800 mm@1 100 mm、后排φ650 mm@2 600 mm結(jié)合水泥攪拌樁φ700 mm@500 mm截水帷幕）組合高低位式預(yù)應(yīng)力管樁斜撐支護(hù)相比，節(jié)約基坑支護(hù)費用約190萬元，且有效地保護(hù)了環(huán)境，取得良好的社會效益，為今后類似工程提供了較好的參考范例。