谈大型地下一层建筑基坑支护方案

摘要：前撑式注浆钢管斜撑施工工艺是基坑支护方案中常用的一种支撑工艺，文章结合新建设马桥镇商业及办公项目，对此工艺进行了系统的总结，将其与常规基坑支护及前撑钢管斜抛撑工艺进行比较，并指出了该工艺的优点与存在的不足，最后提出了具体的改进措施，以供相关工作人员参考。

关键词：基坑支护；传统斜抛撑钢管支撑；前置注浆钢管斜撑；SMW工法

随着我国经济的不断发展，城市化建设规模不断扩大，人们越来越重视地下空间的利用，基坑开挖的深度不断增加，因而对基坑工程提出的技术要求也越来越高。基坑支护作为基坑工程中的一个重要环节，其整体施工质量至关重要。基坑支护一般均是临时性结构，投资太大容易造成不必要的浪费，一旦支护结构不安全，则易引发工程事故，导致人员伤亡，邻近建筑物损坏，危害极大。因此，选择安全、合理且经济的基坑支护方案十分必要。

1工程概况

1.1建筑概况

新建设马桥镇06地块、07地块商业及办公项目，其场地位于上海闵行区马桥镇，北至苏家港、西至沙溪河、南至马桥中心河、东至中青路，为长方形地块，长230m、宽130m，总用地面积为95785m2，总建筑面积为124346m2。其中，地上建筑面积为47893m2，地下建筑面积为76543m2；容积率为0.5，绿化率为20%。建筑规划设计理念：地上仅布置少量的低层建筑（三层），用于建设风景优美、园林式的办公商业区，而将大量的办公、商业、停车位布置在地下。设计规划又将此地块分成06地块与07地块，06地块地上建筑面积为19452m2，地下建筑面积为34523m2；07地块地上建筑面积为24090m2，地下建筑面积为39623m2。施工也分两期施工，两块地下建筑均为一层，局部设夹层，地下层高为6.3m，结构形式为现浇钢筋混凝土框架结构，基础为桩基基础，底板为400mm。

1.2工程地质概况

拟建场地位于长江三角洲入海口东南前缘，属于滨海平原地貌类型。该场地地势平坦，自然地面以下45.75m深度范围内各土层沉积年代为全新世—晚更新世，由黏性土、砂性土组成，基坑开挖影响范围内土层设计参数如表1所示。浅部地下水属于潜水类型，主要存于浅部地层中，潜水水位埋深一般为0.3～1.5m，水位受降水、潮汛、地表水及地面蒸发的影响。

1.3基坑概况

07地块基坑面积为33230m2，基坑总长为877m，基坑开挖深度为5.95～6.35m。06地块基坑面积为30973m2，基坑总长为728m，基坑开挖深度为5.45～6.95m。

1.4基坑周边条件

基坑东侧为规划道路，目前为拟建场地临时道路，道路下已埋有管线；南侧为马桥中心河（无驳岸），河岸宽度为15m，河道峰时水位为相对标高-2.9m；西侧为沙溪河（无驳岸），河道距基坑较远；北侧为苏家港。综合该基坑开挖深度、地质条件、水文条件及基坑周边环境，根据《基坑工程技术标准》（DG/TJ08-61—2018），该基坑安全等级为三级，环境保护为三级。

2基坑支护设计与施工实施

2.107地块基坑支护设计与施工

目前，基坑工程中已存在各种成熟的支护结构形式，每种支护形式都有其适用范围，在确定支护方案时，相关工作人员应综合考虑基坑的工程规模（面积、深度）、周边环境、工程水文地质条件、施工工序、工艺流程、工程经济、工期长短等因素。该项目的基坑特点如下：面积大，深度为5～12m，周边有河道及道路，基坑距离建筑红线较近。经设计、施工方详细研究，认为采用有支撑的板墙支护方式较为合适。由于深度在12m以下，只在顶端设一道支撑即可，考虑土质情况，支撑形式只适合做内撑（受压支撑），采用φ609mm斜抛钢管撑。（1）基坑支护设计。①围护墙。采用五轴水泥土搅拌桩内插型钢（SMW工法），搅拌桩型号为，水泥掺量为20%，桩长为18m。型钢规格为H500mm×300mm×11mm×18mm，间距为0.9m、长15m。坑内局部采用双轴水泥土搅拌桩加固。②支撑系统。考虑到基坑平面规则，坑周边设钢筋混凝土冠梁（尺寸为700mm×1100mm），坑四角布置钢管水平支撑，其余均设置斜抛钢管撑（φ609mm×16mm），两端支承在冠梁及中心岛上的钢筋混凝土底板上。（2）基坑支护施工。先进行围护结构施工，五轴搅拌桩基施工，并插入型钢，同时在坑内进行双轴搅拌桩及压密注浆局部加固，坑四角施工水平支撑所用的钢立柱。在搅拌桩顶部挖沟槽，施工混凝土冠梁，待混凝土强度达到设计要求后，安装角部水平支撑。然后开挖中心岛土方，浇筑斜抛撑留土范围外基础底板（含换撑支座），待底板混凝土达到设计强度后，安装斜抛撑，并施加预应力为1000kN（分三级施压），随后可施工斜抛撑下基础底板。待地下室底板及传立带区混凝土强度达到100%后方可拆除部分斜抛撑。在07地块地下工程施工过程中，曾遭遇多次暴雨，因斜抛撑下留土不足及边坡放坡较陡，曾多次出现变形较大等险情，不得不采取应急措施，保证施工安全。经统计，07地块地下工程从围护桩施工开始到地下建筑完工，最后到回填完成，施工实际用时438d。

2.206地块基坑支护设计与施工

经总结07地块基坑围护、土方开挖、地下建筑的施工经验教训，并与设计、施工方共同协商研究，对于06地块地下工程基坑支护，应对支撑方案做适当调整，采用内支撑，将斜抛撑钢支撑改为前撑式注浆钢管斜撑。（1）基坑支护设计。①围护墙。采用三轴水泥搅拌桩，内插H型钢SMW工法，搅拌桩型号为，水泥掺量为20%（在浜区水泥掺量提高3%），桩长15m。H型钢规格为H700mm×300mm×13mm×24mm，长15m。坑内用双轴搅拌桩加固。②支撑系统。由于坑内平面形状规则，支撑仍采用钢筋混凝土冠梁（尺寸为1200mm×900mm），四角设φ609mm×16mm钢管水平支撑，其余采用前置注浆钢管φ325mm×10mm，长21m，在坑深-8.20m区采用φ377mm×10mm钢管。钢管斜撑与水平面夹角为45°，钢管注浆水灰比值为0.55。注浆要求：单根水泥用量不小于5t，最终注浆压力不小于1.5～2MPa，注浆完成后，钢管内填满级配砂石及水泥浆。设计要求：注浆钢管需进行荷载试验，数量为3根，φ325mm×10mm极限承载力为810kN，φ377mm×10mm极限承载力为925kN。（2）基坑支护施工。①围护墙。采用三轴搅拌桩插入规格为H700mm×300mm×13mm×24mm的型钢（SMW工法）施工，搅拌桩水泥掺量为20%，暗浜区域水泥掺量为23%，同时对坑内局部采用双轴搅拌桩加固。按基坑支护设计施工图进行前撑式注浆钢管的施工，具体施工流程如下：孔位放线→机械手打入钢管→填碎石插入注浆管→注浆。②钢管加工与安装。钢管可采用两、三节钢管连接，其连接可采用焊接方式。钢管端部设置注浆段，管底部用桩尖封闭，端部每隔300mm按梅花形布置出浆孔，孔径为6～8mm，出浆孔外侧设置角铁倒刺。钢管顶部可与冠梁连接，端部连接区焊φ25mm钢筋，梅花形布置。③成孔与灌浆。钻机斜向（与水平面所成角度为45°）预先成孔，孔径大于钢管直径40～60mm，其深度可根据场地土层情况决定，引孔到其深度后就可将钢管沉放到位，然后采用机械手将其振入至设计桩深度，随后应立即跟踪灌浆。灌浆采用三次注浆工艺，第一次注浆量为设计注浆量的60%，第二、第三次注浆量均为设计注浆量的20%，每次注浆间隔时间为1.5～2.5h，注浆流量控制在20～40L/min，注浆最终完成的标准以单根桩水泥用量和最终注浆压力控制，单根桩水泥用量不少于5t，最终注浆压力不小于1.5～2.5MPa。注浆完成后，钢管填满粒径为20～40mm的级配碎石，并用纯水泥浆液灌满。配筋垫层采用双向环抱箍筋与前撑注浆钢管满焊连接。钢管桩施工精度要求：定位误差应小于50mm，倾角误差应小于5°，长度误差应小于100mm，标高误差应小于50mm，注浆速度不超过50L/min。④钢筋混凝土冠梁浇筑。在四角部冠梁上安装φ609mm钢管水平支撑，待混凝土强度达到设计要求后，就可分层分块开挖土方，再施工基础底板，只有底板与传力带混凝土强度达到100%设计强度后，方可拆除支撑。经统计，06地块地下工程从前置注浆钢管施工到地下建筑完工，最后到回填完成，实际施工用时为360d。

3基坑支护形式比较

该工程分06地块与07地块，两个地块的地下建筑均为一层，面积相近，层高相似，基坑大小、深度基本相同，基坑周边环境及土质情况也相同。基坑支护也是采用相同方案，只是07地块采用的是传统钢管斜抛撑，而06地块采用的是前置注浆钢管支撑，对比这两种形式的施工，其结果有以下区别。

3.1安全性

07地块采用传统斜抛撑支撑，施工中由于斜撑下留土高度及放坡现场施工未完全按图纸施工，且遇到雨季施工，雨布铺盖难以完全到位，导致钢支撑安装前，容易出现水土流失现象，土体出现滑坡，围护板墙变形较大（围护墙顶水平位移监测达到126mm），虽然采取了应急措施，避免了事故的发生，但是一旦现场管理不到位，则该支撑体系极易存在安全隐患。

3.2施工工期

由于传统的斜抛撑支护方案必须等中心岛土方开挖、地下室底板施工完成，并待其混凝土强度达设计强度的80%后，方可安装斜抛撑，开挖抛撑下方土方，这对整个地下工程施工工期影响较大。两个地块基坑大小、深度相差很小，但斜抛撑下方底板施工要等支撑下端部底板强度达到设计强度后才能开始施工，导致施工工期显著延长，两个地块施工用时相差超60d。

3.3施工管理

在基坑支护施工阶段，由于传统斜支撑需要先施工中心岛，再施工抛撑下底板，导致两个底板增加了一条施工缝，如果现场质量管理不到位，新增施工缝极易引发底板漏水，导致出现质量问题；而前置钢管施工斜撑下底板是一次性施工，不存在此质量安全隐患。

3.4综合经济效益

从施工方提出的工程报价来看，同一基坑采用两种支撑基坑支护时，工程费用方面，斜抛撑支护成本为425.87万元，前置钢管支护成本为500.69万元。虽然传统斜抛撑工程造价较低，但是斜抛撑由于工序较多，钢管撑必须待中心岛底板混凝土达到设计强度后方可安装，造成工期大幅度延长。该工程前后相差2个月的工期，从财务成本、管理成本和提前竣工的经济效益及优势上来看，前置钢管支护能显著弥补其前期报价略贵的不足。

4改进建议

总结该项目的施工经验发现，在安放前置注浆钢管时，时常发生前置钢管与基础桩基相碰或与集水井相碰的情况，为此建议支护设计不要均匀布置前置钢管，应该根据桩基图纸适当调整间距，避开工程桩和集水井。另外，建议根据地质条件适当加长前置钢管，这样可以提高每根前置钢管的承载力，减少前置注浆钢管总数，既可尽量减少与工程桩相碰的情况，也对地下室防水有利。虽然钢管与地下室底板、外墙相接触处均设置止水钢板，但是仍存在薄弱点，即存在渗漏隐患，而减少钢管根数对其则是有利的。当然，前置钢管布置改变或根数减少时，基坑周边的冠梁尺寸与配筋也应随之调整。对于大型地下工程施工，建议采用BIM技术管理，这样可以实现全面、立体化管理，既可避免前置钢管与工程桩相碰，又可分区进行施工，有利于确保施工质量，加快施工进度。

5结论

（1）优化基坑支护方式。作为建设方，在进行地下工程施工时要认真与地质勘查单位、地下结构设计及基坑支护设计人员、施工方共同商讨研究。目前国内成熟的基坑支护形式不少，但每种支护形式都有其特殊的适用范围，故应充分了解项目的地下建筑结构形式、地质水文条件、基坑周边环境情况，再根据以下依据选择最佳方案：①支护技术可靠性、先进性的评定；②对周边环境影响程度的评价；③支护施工工期的长短；④综合经济效益。（2）对于大型地下一层建筑工程，前置注浆钢管基坑支护形式是较佳的基坑支护方案。根据该项目地下工程施工积累的经验，从安全性、施工工期、施工技术及综合经济效益等方面看，前置注浆钢管支撑的基坑支护形式适用于软土地基且地下水位高、周边环境复杂、临近有建筑物、周边有道路且埋有管线的区域。采用这种支护方案的优点是安全性高，施工工艺简单且灵活，工期短，经济效益显著，比采用深层水泥土搅拌桩重力坝、灌注桩的基坑支护工程造价低得多，通常可降低造价25%。另外，采用SMW工法桩加前置注浆钢管在施工后又可进行回收，不仅能降低成本，而且低碳环保。

参考文献：

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作者：胡天翼 单位：上海古胤置业有限公司