鄭先元，張 志

（昆山開發(fā)區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督站，江蘇昆山215300）

0 引 言

近年來，隨著施工技術(shù)的發(fā)展，不同結(jié)構(gòu)型式的圍護(hù)體系不斷涌現(xiàn)，且各有其特點(diǎn)和局限性，因而，根據(jù)工程的實(shí)際情況對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行合理選型優(yōu)化設(shè)計(jì)可取得最佳效益。注漿鋼管斜撐支撐體系是一種新型的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)類型。該技術(shù)使用鋼構(gòu)件代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼筋混凝土支撐，更有別于傳統(tǒng)拋撐概念與工藝，可廣泛適用于挖深12m以內(nèi)的基坑［1］，該技術(shù)在上海某住宅小區(qū)項(xiàng)目已得到了成功應(yīng)用［2］。該支護(hù)型式有如下優(yōu)點(diǎn)：①鋼管注漿樁可提供支撐反力，類似于斜拋撐的作用；②可實(shí)現(xiàn)直立式開挖，支撐干擾范圍小，挖土方便，施工速度快；③鋼管注漿樁施工便捷，成本較低；④注漿鋼管樁作為斜向內(nèi)拋支撐不出紅線；⑤必要時(shí)可考慮二次回收。

由于目前該體系知識(shí)產(chǎn)權(quán)為某巖土工程公司獨(dú)立擁有，因此本文主要結(jié)合該支撐體系在蘇南某地深基坑項(xiàng)目中的具體應(yīng)用，簡(jiǎn)要介紹工程有關(guān)情況，并從安全性、施工便利性、經(jīng)濟(jì)性及工期等多角度比較該體系與傳統(tǒng)支撐體系的差別，為工程建設(shè)人員提供一種參考視角（實(shí)際應(yīng)用涉及知識(shí)產(chǎn)權(quán)的有關(guān)事宜，請(qǐng)咨詢產(chǎn)權(quán)擁有者）。

1 工程概況

蘇南地區(qū)某住宅三期項(xiàng)目由5棟34層超高層住宅、2棟23～26層高層住宅、1棟7層住宅、1棟2～4層辦公配套商業(yè)、1棟4層幼兒園及一層地下室和二層純地下車庫(kù)組成。建筑物采用樁筏基礎(chǔ)。地下車庫(kù)基坑開挖面積約為18000m2，基坑周長(zhǎng)約為632.4m，基坑開挖深度5.35～8.15m。

本工程基坑?xùn)|側(cè)為已建成小區(qū)，地下室基坑邊線距離用地紅線最近距離約6.08m?；幽蟼?cè)為已建成小區(qū)，基坑邊線距離小區(qū)約75.6m，基坑邊線距離用地紅線最近距離約28.98m?；游鱾?cè)為太湖路，圍墻即為用地紅線，距離基坑邊線最近距離約10.22m?；颖眰?cè)是千島湖路。紅線內(nèi)分布有市政管線，即雨水井，供水管，污水井，距離基坑邊線最近距離分別為6.87～14.96m?；又苓叚h(huán)境如圖1所示。

圖1 基坑周邊環(huán)境圖

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

根據(jù)勘察報(bào)告，擬建場(chǎng)地屬?zèng)_、湖積平原地層組合，場(chǎng)地地勢(shì)較為平坦。對(duì)本工程基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)、施工影響較大的土層情況如表1所示。擬建場(chǎng)地基坑開挖影響深度范圍內(nèi)以黏性土為主。

表1 基坑影響范圍內(nèi)土層情況

基坑開挖過程中需考慮的地下水類型主要為潛水和微承壓水。本場(chǎng)地的潛水主要賦存于淺部的填土層、②層及③層土中；潛水常年平均地下水埋深一般為0.5～0.7m。⑤1-1層和⑥層及粉土、砂層賦存有承壓水，此類土層在場(chǎng)地分布不穩(wěn)定，局部缺失，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)得⑤1-1層微承壓水頭埋深為2.59m（絕對(duì)標(biāo)高-0.29），經(jīng)驗(yàn)算局部深坑承壓水安全系數(shù)不滿足要求，需減壓降水。

3 基坑圍護(hù)方案的選型比較

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)工程，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不僅關(guān)系到基坑開挖及周邊建（構(gòu)）筑物的安全，而且直接影響著土方開挖以及地下室結(jié)構(gòu)施工等成本，即要做到受力合理、施工方便、節(jié)省工期。

本基坑工程分為一層和二層地下室區(qū)域，開挖深度不一，基坑周邊環(huán)境條件多變。根據(jù)基坑特點(diǎn)結(jié)合建設(shè)開發(fā)順序，基坑圍護(hù)方案設(shè)計(jì)思路基本可分為兩種。第一種方案，將地下一層區(qū)域與地下二層區(qū)域分割后獨(dú)立考慮，先深后淺，地下二層深坑區(qū)域采用內(nèi)支撐模式，地下一層淺坑區(qū)域采用重力壩或放坡等支護(hù)方式。第二種方案，充分考慮基坑各部位挖深及基坑周邊空間條件，采取互不干擾、靈活多變的多種支護(hù)方式，從而盡可能規(guī)避采用對(duì)撐這一對(duì)施工影響較大的支護(hù)型式。

3.1 可行方案一

第一種方案為地下二層區(qū)域采用鉆孔灌注樁結(jié)合三軸深攪樁止水帷幕+兩層鋼筋混凝土支撐，地下一層區(qū)域采用重力式水泥土擋墻，如圖2所示。兩層地下室區(qū)域方案具體參數(shù)如下：圍護(hù)樁采用φ800@1000鉆孔灌注樁，有效樁長(zhǎng)18.5m，采用φ850@1200三軸攪拌樁止水，有效樁長(zhǎng)15.5m，坑內(nèi)被動(dòng)區(qū)采用水泥土暗墩加固。立柱樁采用φ800鉆孔灌注樁有效樁長(zhǎng)20.00m。鋼筋混凝土圈梁截面尺寸為1200mm×800mm，鋼筋混凝土圍檁截面尺寸為1300mm×800mm。采用角撐加對(duì)撐形式，第一、二層鋼筋混凝土支撐截面尺寸分別為800mm×800mm，900mm×800mm。

3.2 可行方案二

第二種方案為地下一層區(qū)域仍采用重力式水泥土擋墻，北側(cè)及南側(cè)地下一層區(qū)域可考慮先行卸土至開挖深度，其與地下二層區(qū)域之間高差顯著減少，采用重力式水泥土擋墻處理；東西兩側(cè)純兩層地下室挖深約8.0m，且東側(cè)距離紅線較近，需采用支撐方式。方案二采用SMW工法門架+前撐式注漿鋼管斜撐的圍護(hù)形式，如圖3所示，方案具體參數(shù)如下：

圖2 基坑支護(hù)方案 1

基坑?xùn)|西兩側(cè)（挖深8.05m）圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用雙排SMW工法樁門架，φ850@1200三軸攪拌樁內(nèi)插700×300H型鋼，門架前后排距6.0m/4.0m，有效樁長(zhǎng)均為19.2m，前排為型鋼隔一插一，后排型鋼隔二插一，前后排樁壓頂梁截面尺寸分別為1400mm×800mm，1200mm×800mm，通過400mm厚鋼筋混凝土面板使前后排圍護(hù)樁連成整體。支撐結(jié)構(gòu)前撐式注漿鋼管樁采用φ377×10mm規(guī)格，有效樁長(zhǎng)為27m，確保樁端進(jìn)入坑底以下不少于5m，水平傾角為45°；單根水泥用量不少于6t，最終注漿壓力不小于1.5～2.0MPa，注漿完成后鋼管內(nèi)填滿20～40mm級(jí)配的碎石，并用水泥漿液灌滿，水泥強(qiáng)度等級(jí)P.O42.5。

圖3 基坑支護(hù)方案 2 及監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

3.3 方案比選

通過從安全性、施工便利性、經(jīng)濟(jì)性及工期等多角度比較上述兩種圍護(hù)方式。

3.3.1 安全性

兩種方案都能確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系安全可靠。

3.3.2 施工便利性及節(jié)材降耗方面

方案一中，灌注樁施工過程中會(huì)產(chǎn)生大量泥漿，泥漿需要外運(yùn)并特殊處置，混凝土支撐系統(tǒng)需要較長(zhǎng)時(shí)間養(yǎng)護(hù)方可進(jìn)行下一層土方開挖，流水作業(yè)較難實(shí)現(xiàn)，且內(nèi)支撐交錯(cuò)縱橫嚴(yán)重影響挖土效率。方案二中前撐式注漿鋼管支撐的使用可使基坑各邊相互獨(dú)立，支護(hù)形式的選擇更為靈活，使整體方案大為優(yōu)化。注漿鋼管支撐與圍護(hù)樁一起施工，基本同步施工完成，后續(xù)土方施工可實(shí)現(xiàn)坑內(nèi)大面積土方整體開挖，且其拆撐速度快并可穿插進(jìn)行。

從綠色施工角度看，方案一灌注樁施工過程中的泥漿如處置不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染，此外，后期必須耗費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間和精力進(jìn)行內(nèi)部支撐梁的破解拆除工作，同時(shí)產(chǎn)生大量的建筑垃圾并需外運(yùn)處理，鋼材僅作為廢品處理，材料基本無可回收部分；方案二則沒有上述問題，不僅SMW工法樁中H型鋼可回收，鋼管斜撐亦可部分回收，節(jié)材且環(huán)保。

3.3.3 造價(jià)

造價(jià)測(cè)算結(jié)果詳見表2。由測(cè)算結(jié)果可見，方案二造價(jià)比方案一造價(jià)節(jié)省約100萬元（造價(jià)節(jié)省約6.2%），造價(jià)上面略勝一籌。

表2 兩種支護(hù)方案經(jīng)濟(jì)性比較

3.3.4 工期

工期測(cè)算結(jié)果詳見表2。方案一由于內(nèi)部支撐梁施工及養(yǎng)護(hù)周期較長(zhǎng)，后續(xù)土方開挖作業(yè)的難度相對(duì)較大，加之后期的支撐梁拆除作業(yè)等，工期總體不占優(yōu)勢(shì)；而方案二則由于上述施工的便捷性，拆撐作業(yè)工作量少，工期優(yōu)勢(shì)突出，總工期節(jié)省顯著，較方案一可縮短工期約45天。

在確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)和施工安全的前提下，工期得到合理壓縮，對(duì)于降低施工單位的綜合成本、加速開發(fā)企業(yè)的資金回籠進(jìn)而減少銀行貸款利息壓力，綜合效益巨大。

綜合上述因素，經(jīng)比選，本工程圍護(hù)體系最終選擇方案二。該支護(hù)方案已成功實(shí)踐，方案二中主要圍護(hù)體系SMW工法門架+前撐式注漿鋼管斜撐典型剖面及現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)體如圖4～圖5所示。

圖4 前撐式注漿鋼管支撐典型剖面圖

圖5 前撐式注漿鋼管支撐

4 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)

基坑工程問題具有綜合性和復(fù)雜性，理論計(jì)算結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果存在一定差異；此外前撐式注漿鋼管支護(hù)體系為新穎支護(hù)技術(shù)，在該地區(qū)為首次使用。綜上為確保工程安全，對(duì)基坑實(shí)施監(jiān)測(cè)是必需的［3］。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖3所示。本文以基坑西側(cè)中部最具有代表性的W53沉降位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)和CX13深層位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)為例進(jìn)行解讀，監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖6～圖8所示。具體分析如下：施工工況為，2017年11月2日C8號(hào)樓（緊鄰上述兩監(jiān)測(cè)點(diǎn)）開始開挖，11月26～27日C8號(hào)樓南北兩側(cè)地庫(kù)相繼開始挖土，12月10日墊層相繼施工，12月25日地庫(kù)及C8號(hào)樓底板相繼完成。施工期間，最大沉降變形速率出現(xiàn)在12月6日，如圖6、圖7所示，沉降速率為6.21mm/d，水平變形速率為2.8mm/d，沉降速率超過4mm/d，但持續(xù)時(shí)間僅為1d，未觸及報(bào)警線；12月25日以后基坑變形即已穩(wěn)定，累計(jì)沉降量15.6mm，坑頂水平位移累計(jì)值為28.54mm，均小于報(bào)警值30mm?；邮┕すr與圖6～圖7監(jiān)測(cè)結(jié)果吻合度很高，即在大面積開挖至坑底時(shí)變形速率達(dá)到峰值，后由于支護(hù)體系發(fā)揮作用，變形速率顯著變小，但變形持續(xù)發(fā)展，直至底板及底板換撐構(gòu)件施工完成，變形趨于穩(wěn)定，累計(jì)變形達(dá)到峰值，所以基坑開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高為基坑工程高風(fēng)險(xiǎn)工況之一，此時(shí)應(yīng)做好統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，及時(shí)封閉底板。

圖6 W 53 地面沉降變形觀測(cè)結(jié)果曲線圖

圖7 W53 地表水平位移觀測(cè)結(jié)果曲線圖

根據(jù)CX13深層位移監(jiān)測(cè)結(jié)果，如圖8所示，基坑開挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)（2017年12月中下旬）累計(jì)最大水平位移值為14.74mm，測(cè)點(diǎn)深度為4m，小于報(bào)警值30mm。但由于本案處于厚軟土地層，淤泥質(zhì)土具有蠕變特性，如圖8中2018年以后監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示深層位移并未收斂，因此在基坑開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后支撐點(diǎn)以下深層水平變形仍會(huì)繼續(xù)發(fā)展，應(yīng)引起重視。

圖8 CX13 深層水平位移觀測(cè)結(jié)果曲線圖

5 結(jié) 論

本工程施工過程中各監(jiān)測(cè)指標(biāo)均在設(shè)計(jì)控制范圍內(nèi)，未出現(xiàn)險(xiǎn)情，實(shí)踐證明SMW工法門架+前撐式注漿鋼管支撐應(yīng)用于本工程是成功的。從本工程的實(shí)踐可得出以下幾點(diǎn)結(jié)論。

1）建設(shè)工程為一系統(tǒng)工程，建設(shè)開發(fā)的順序?qū)χёo(hù)方案的選型有重大影響，統(tǒng)籌考慮，多角度多方案的優(yōu)化比選有利于提高工程經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益。

2）前撐式注漿鋼管支撐體系較常規(guī)內(nèi)撐方案在節(jié)約工程造價(jià)、節(jié)省工期、施工便捷性方面有明顯的優(yōu)勢(shì)。此項(xiàng)技術(shù)為專利技術(shù)，后續(xù)如大規(guī)模推廣運(yùn)用相信會(huì)有一定的議價(jià)空間，節(jié)約工程造價(jià)方面優(yōu)勢(shì)會(huì)更明顯。

3）基坑挖土的順序和方法對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和安全有重要影響。必須根據(jù)設(shè)計(jì)工況及實(shí)際情況完善施工方案并切實(shí)落實(shí)，如有變化應(yīng)及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

4）信息化施工是地下工程重要一環(huán)，基坑工程的復(fù)雜性和理論依據(jù)的經(jīng)驗(yàn)性決定了監(jiān)測(cè)是必須的，這是修正設(shè)計(jì)、指導(dǎo)施工、確保基坑工程安全與穩(wěn)定的關(guān)鍵措施之一。基坑工程更好的開展離不開理論計(jì)算結(jié)果的指導(dǎo)，同時(shí)，實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的合理性，也可作為對(duì)理論設(shè)計(jì)的結(jié)果補(bǔ)充。

5）淤泥、淤泥質(zhì)軟土具有蠕變特性，底板完成后深層水平位移仍會(huì)繼續(xù)發(fā)展，應(yīng)引起重視注意監(jiān)測(cè)，具備條件后盡快完成坑壁回填。