水泥搅拌桩支护条件下的深基坑土方开挖关键施工技术

中建四局第一建筑工程有限公司 广州 510656

1 工程概况

广州南沙滨海花园五期住宅项目西邻蓝湾路，距焦门河约50 m；北面紧邻丰润路，距轨道交通4号线不足15 m；南面则邻近金州涌河道，距河涌边不足8 m，且水位及河床常年较高，东面邻近环市大道中路。项目地处南沙未来金融中心，焦门河公园、焦门绿道、焦门生态园风景线尽收眼底。如图1所示。

图1 项目鸟瞰图

本工程为商业住宅配套建筑，是集商业、住宅于一体的大型综合性建设工程小区，总建筑面积约271 838 m2，占地面积约65 000 m2，基坑开挖面积52 000 m2、坑底面积45 000 m2；基坑为不规则三角形，东西边长约320 m，南北方向长约180 m，基坑开挖深度7.30 m（含深1 m砖渣换填层，不含基坑边处承台开挖深度1.40 m），是目前广州南沙已建成的项目中基础最深的工程，土方开挖量共计360 000 m3。

本项目地质工况比较复杂，有机质含量较高，原为鱼塘与河涌汇流处，后经人工回填整平。地下室土方开挖主要是淤泥质土和淤泥土层，施工难度大，对基坑变形影响大。

2 既建基坑支护体系存在的险情

2.1 基坑支护体系设计不合理

工程建设之初，建设单位为节省基坑支护费用，多次要求设计方优化基坑支护设计，最终本基坑支护体系采用“二级放坡+重力式水泥土挡墙”：支护桩采用4排φ1 000 mm@800 mm水泥搅拌桩，排距800 mm，支护桩桩长约12 m，最内排进入砂层不小于1 m，最内及最外排每根搅拌桩再插入1根φ114 mm钢管（L=12.00 m、t=3.50 mm）；坑内被动土区域采用4排φ1 000 mm@900 mm搅拌桩加固，强化被动土区域的强度，加固桩桩长4 m。

该基坑支护设计未充分考虑到水泥搅拌桩强度达不到0.80 MPa的现实情况，有一定的不合理性，为后面发生险情留下了隐患。

2.2 基坑支护发生的险情

在按原设计基坑支护施工后，对基坑进行试开挖施工，试开挖施工期间基坑支护发生位移及沉降，一次性最大位移达280 mm、沉降达130 mm，同时产生“踢脚”（基坑边隆起）、深层滑移等险情。

3 引起基坑支护结构大变形量原因分析

1）本工程地下水位较高，同时坐落于淤泥及淤泥质土层上，淤泥及淤泥质土层稳定性差、流动性较高，其有机质含量较高，对水泥搅拌桩的发育起抑制作用。

2）本工程基坑开挖深度较深，平均深约7.30 m，局部达到8 m以上，且基础施工均需开挖至淤泥或淤泥质土层上，且淤泥质土层的含水率达到78.70%，其塑性指数也较高，这是造成基坑水泥搅拌桩支护结构大变形量的主要原因之一。

3）搅拌桩28 d后抽芯发现单轴机搅拌桩抽芯芯样松散、强度平均值为0.20 MPa左右，出现水泥浆“结核”；三轴机搅拌桩抽芯芯样不连续、强度平均值为0.50 MPa左右，达不到设计要求0.80 MPa，如图7所示。这是造成基坑水泥搅拌桩支护结构大变形量的又一个主要原因。

4）基坑支护搅拌桩北段采用单轴搅拌桩机施工，单轴搅拌桩机采用6叶片、叶片喷浆（喷浆孔距叶片边缘约35 cm），采用“四搅四喷”方式，淤泥质土块与水泥浆没有充分地融合反应，造成大量的翻浆。

5）工程桩紧贴基坑边（距基坑边最近为0.80 m），给基坑支护桩带来一定的安全风险（PHC管桩施工时，由于土体的挤压，极易造成坑内边桩下部的断裂），同时极易造成坑底隆起、结构底板上浮[1,2]。

4 后期施工关键技术

在基坑支护设计安全系数小，基坑开挖过程中基坑支护出现滑移、变形量大等不利条件下，经多方专家咨询和论证，最终应用分块、抽条、间隔浇筑、底板及承台分离施工、堆沙包、核心筒处挖土后置等施工关键技术，成功解决了基坑支护设计安全系数小、支护结构变形量大等技术难题。

4.1 分块方法施工技术

依据承台不同宽度，在基坑周边预留反压土，将稳定带分成宽5～8 m的反压土层。

4.2 抽条法施工技术

依据基坑的空间效应，先从基坑的角部开始试验性抽条开挖；由于基坑支护的时间效应，抽条完成后须立即浇筑承台（浇筑至比底板底高出30 mm处）进行反压抗隆起及防止位移等工作。从实践效果来看，采取承台与底板分离式施工，可有效抑制基坑的隆起及位移。

底板完成36 h后上堆沙包，平均质量为1.80 t/m2。在基坑分块施工区域基坑支护变形仍较大情况下，采用堆沙包反压技术，可抑制基坑支护滑移，抵抗基坑的隆起。

同时采取底板与支护结构无缝接触的处理措施，亦有效解决了后期支护结构隆起及滑移现象[3,4]。

4.3 间隔浇筑施工技术

抽条开挖时采取“隔三抽一”（开挖块相距15～18 m)的方式跳挖，即将基坑周边分割成若干个小的基坑块，增强了每个基坑块的坑角效应，降低了基坑施工的风险。

条块底板与相邻条块底板完成合拢时间控制在7～9 d，此时间段混凝土底板的应力得到有效的释放，降低了底板开裂的风险。

4.4 承台与底板分离施工技术

采取承台浇筑与底板分离的形式施工，其做法是承台混凝土浇筑至比底板底高出30 mm处，以利用承台的钢筋混凝土自重对基坑底板进行反压抗隆起（图2）。

图2 底板、承台分离施工

4.5 核心筒处挖土后置施工技术

5#塔楼核心筒距基坑边不足12 m，且核心筒处还须向坑底面下挖约3.50 m，基坑采用长15 m拉伸钢板桩作临时支护及18#工字钢作内撑。

施工时，先做核心筒基坑支护，塔楼其余底板施工至距核心筒位置周边1.20 m范围，施工完成3 d后再采用小型挖机开挖核心筒基坑的土方，开挖不到位处采取人工开挖加塔吊吊运。

由于核心筒处基坑采取后置挖土技术，核心筒基坑的周边底板有效抑制了基坑变形位移、坍塌、隆起。

5 结语

1）在高流塑性淤泥质土、含水率较大、有机质含量高的地段，采取水泥搅拌桩作基坑支护时务必要慎重；当有机质含量超过3.50%时，对水泥搅拌桩的强度增长会有抑制作用，且影响很大。

2）在有机质含量高的淤泥质土中采取水泥搅拌桩支护体系，其管桩施工不宜采用锤击式管桩施工，因锤击式管桩施工时产生的动能较大，施工时对基坑土体及支护结构扰动较大，极易造成坑底隆起、结构底板上浮。若不得已而运用，应采取相应的隔振措施。

3）当基坑支护效果不理想或整体变形较大时，基坑开挖要注意速度，若基坑土体挖除较快，其变形值增加也较快，会造成土体与支护脱离，支护边的土体极易滑移，造成围护结构整体或局部被破坏。因此，施工中应适当减缓坑边降土速率，预留反压土或换填沙包以抵抗基坑变形。

4）本工程通过应用分块、抽条施工技术控制基坑的位移量，提高了土方开挖过程中基坑的安全性和可靠性；利用间隔浇筑法施工技术解决了底板开裂的风险，同时取消了局部后浇带；采用底板及承台分离施工技术控制了基坑的隆起，缩短底板施工工期，有效抑制基坑的时间效应变形；应用核心筒处基坑后置施工技术，核心筒周边已施工的底板对深挖附近的基坑变形起到了有效抑制作用。工程实践说明，这些关键技术的应用是合理、有效的[5]。