基坑支护施工技术创新

周法献 崔鹏飞 温 禾

(亚太建设科技信息研究院有限公司，北京 100120)

0 引言

我国地域辽阔，土层变化大，各地地理环境不同，基坑支护型式多样，常用的支护方式有数十种，如：放坡、排桩、土钉墙、地下连续墙、水泥土墙、锚杆、内支撑支护等单一基坑支护方法和双排桩、排桩—土钉墙组合支护、PHC管桩—锚杆组合支护、土钉墙—锚杆组合支护、混凝土芯水泥土搅拌桩、双排桩—锚杆组合支护等复合支护方法。随着城市建设的不断发展，基坑向深、大、复杂的方向发展，使得基坑支护难度变大。复杂的施工环境，促使基坑支护技术不断的丰富和完善，以确保基坑以及周边的建(构)筑物、管线、道路等的安全和缩短施工工期、节约成本。本文就近年来基坑支护技术的创新和改进进行介绍，供相关人员参考。

1 内支撑

内支撑体系包括水平支撑和竖向支撑，主要构成包括：围檩、水平支撑、钢立柱以及立柱桩。按照材料将内支撑分为钢筋混凝土支撑和钢支撑等形式。

1.1 支撑布置

1.1.1钢支撑与灌注桩成三角关系

中国建筑二局第三建筑工程有限公司施工的西部国际金融中心项目，基坑深度达25 m，红布正街横穿基坑工程，将基坑分为2.1与2.2两期。2.1期跨度96 m，宽度30 m，采用钢管支撑体系将土的侧压力传至灌注桩，保证基坑的安全。方案设计上采用三个三角支撑的方式，将基坑内的96 m跨度分成了3个区域，最大区域最外侧的钢支撑跨度仅为45 m，并在基坑内形成大面积无支撑的空旷区域，空旷区域面积可达到整个基坑面积的50%～65%，可形成开阔的工作面，满足挖土机械回转半径的要求，有利于多台大型挖土机械自如运转作业。但分成三角区域后，对灌注桩将会产生剪力，方案设计上考虑在灌注桩之间增加剪力块(卡尺)，将巨大的剪力由多个灌注桩共同承担。

1.1.2边坡错位支撑技术

中建一局第五建筑有限公司施工的杭政储出[2004]69号地块项目位于杭州主城区钱江新城区块，主要为一栋高28层的主楼(3层地下室)。工程基坑平面形状为不规则三角形，基坑设计开挖深度为-16.60 m，局部深度约为-19.60 m。基坑西侧为已建江干区体育场，基坑南侧紧邻水岸帝景住宅楼，基坑东侧为钱塘江，东北为京杭大运河，水力补给丰富。项目周边环境多变，工程地质条件复杂。基坑围护结构采用地连墙+三道水平支撑的形式，地连墙与外墙两墙不合一，且仅距离100 mm。

基坑南侧紧邻水岸帝景住宅楼,其底板面标高-6.92 m，采用钻孔灌注桩基础，原基坑围护采用大放坡，回填土超过8 m，回填土不密实，一方面极易引起不均匀沉降，对降水更加敏感，同时大厚度的填土也对受力计算有较高的要求。由于规划中要求建筑地下室边线与红线距离不得小于0.7h(h为基坑深度)，甲方为最大限度利用土地，地下1层较地下2层、3层外扩7 m，针对此情况，普通的围护方式已无法满足要求，经设计计算，确定采用双层围护体错位支撑施工技术，即与一般围护体系不同，该方位采用两层围护体，地下1层部位外围护体采用钻孔灌注桩，地下2层、3层内围护体采用地连墙，第一道支撑梁支撑在围护桩上，第二道支撑梁支撑于地连墙上，形成错位支撑，这样支撑体系整体的稳定性及刚度均处在不利状态。因此地连墙与灌注桩必须形成整体受力构件，充分考虑挠度、刚度等方面的计算，设计选用300 mm厚配筋混凝土板作为两层围护体的传力板带,形成一种新型的换撑体系。

1.2 内支撑与结构构件交叉部位分步施工

中国新兴保信建设总公司研究总结出基坑内支撑与结构构件交叉部位分步施工工法，该施工方法针对两种不同情况，采取了两种不同的施工方式来解决两种内支撑钢管与土建结构交叉施工的问题，可以不等水平支撑拆除，提前进行施工，减少工期，施工质量提高。对于地下室外墙与内支撑钢管交叉，采取将水平支撑钢管留在主体结构内，墙体被截断钢筋按设计要求进行洞口加筋予以解决；连墙柱与内支撑钢管交叉，采取在柱两侧留置施工缝，部分钢筋同步施工，预留一部分结构后浇筑混凝土，后连接被截断钢筋的方式，采取局部补施工的方式进行施工。同时，对于地下结构防水，地下室外墙与内支撑钢管冲突部位，采取加设止水环、封堵钢板予以解决；对于连墙柱处防水，采取在后浇部位两侧增设止水钢板予以解决。

1.3 局部加强型整体换撑技术

中建一局第五建筑有限公司施工的杭政储出[2004]69号地块项目，由于基坑外土质为粉砂质土，距钱塘江近，土质渗透性高，水量丰富，同时西侧体育场基础采用预应力管桩，桩长约14 m～15 m，悬于坑底以上，且距坑底很近，基坑开挖后桩基扰动大，需确保其安全。南侧土体为回填土质，受力及计算均不易掌控。根据工程特点，地连墙与外墙两墙不合一，且仅距离100 mm的情况，为减少无支撑高度，改变普通换撑构件点、线的形式为面的形式，经过周密计算，在地连墙与结构外墙直接采用100 mm厚素混凝土填实作为工程的整体换撑，对于汽车坡道、局部洞口等薄弱部位，采取增加临时梁板构件作为加强处理，形成局部加强型整体换撑技术，通过变形监测等数据显示，基坑及相邻建筑的变形均在可控范围之内。

1.4 内支撑拆除

1.4.1拆撑加强构件

中国建筑二局第三建筑工程有限公司施工的天津金融街(南开)中心项目分为南北区，北区基坑总面积约39 709 m2，车库坑深12.2 m～13.4 m，基坑边线距离周边居民楼最近距离为6.37 m，周边居民楼建造时间较早，抗变形能力弱，需要降低其在拆撑过程中所受影响。为降低影响，项目部在拆撑过程中设置了基坑内支撑的拆撑加强构件，包括设置在预拆除内支撑底下的型钢斜撑(可为钢管、工字钢等)、单边支模的混凝土外墙、基坑支护结构、与底板相连的混凝土墩等。临时斜撑采用型钢材料，加快施工时间并能周转使用。

1.4.2内支撑分段拆除

基坑支护支撑梁的拆除是影响基坑施工进度的关键因素之一，设计一般要求整个基坑支撑梁同时进行拆除，但同时拆除支撑梁对大面积基坑施工进度影响很大。因此，合理划分施工段，在满足基坑受力平衡的情况下，分区施工结构层和拆除支撑，既能保证基坑内正常作业安全，又可防止基坑及坑外土体变形，保证基坑附近建筑物、道路、管线的正常运行，加快施工进度。

1)北京建工集团有限责任公司总承包部在天津于家堡金融区起步区03-15地块工程中研究应用了内支撑转换技术，研究了一个超大规模深基坑中有多个单体工程的情况下，由于各个单体工程施工进度不一致，无法实现统一拆撑，从而运用内支撑转换技术进行分阶段拆除。内支撑拆除采用了爆破和机械拆除两种方法，以机械拆除法为主。

2)伟基建设集团有限公司施工的野风现代中心项目由1幢高层写字楼和1幢高层商务办公楼组成。根据地下室基坑围护设计方案中的支撑梁轴力和弯矩图及结构施工图中后浇带的设置可将整个基坑支撑分成五个受力体系。同时利用这五个受力体系的划分将基坑分成五个施工段组织施工。在完成支撑梁下底板或楼板的混凝土浇捣,该施工段的换撑体系达到传力平衡的前提条件下,提早拆除部分基坑支撑梁,从而加快了施工进度,满足了工期要求,也有利于稳定基坑外土体的变形,保证基坑安全。

2 预应力锚杆(索)

2.1 一桩多锚支护体系

泛华建设集团有限公司为解决邻近地下建(构)筑物或地下管线造成的预应力锚杆无法实施的问题，确保基坑开挖后支护体系的稳定和基坑变形控制要求，提出了一桩多锚支护体系并在多个工程中成功进行了应用。一桩多锚支护是在相邻2根护坡桩之间，第一排腰梁之上布置2根或2根以上(桩间距较大时)短预应力锚杆，各排锚杆通过腰梁与护坡桩的连接，形成稳定的支护体系。为避免产生群锚效应，两根护坡桩之间的相邻锚杆设置为不同倾角，使锚杆的锚固体在土层深部张开；采用不同的锚杆长度，使锚杆的锚固段在土层深部前后错开。配合各排预应力锚杆及护坡桩，能够达到控制边坡稳定及变形的目的。该技术具有如下特点：

1)受周边环境影响小，应用空间广阔；

2)在受限空间内充分发挥桩锚支护体系优点，能够确保支护结构稳定；

3)工艺成熟、操作简便，施工效率高，工程造价低；

4)占用施工工作面小，不影响其他工序；

5)环保效果好。

2.2 锚索注浆材料采用早强灌浆料

预应力锚索已经广泛应用于地铁深基坑围护结构中，其注浆材料主要使用普通水泥浆液或水泥砂浆，在正常施工条件下锚索浆液强度达到张拉要求一般需要7 d～10 d,很难满足基坑土方开挖施工工期要求。北京城乡建设集团有限责任公司施工的北京地铁十号线二期西局站换乘节点部位基坑和丰台站基坑，围护结构采用钻孔灌注桩+4道预应力锚索(局部钢支撑)支护形式，锚索注浆材料采用ZYG早强灌浆料，平均每道锚索施工工期由7 d～10 d缩短到1 d～2 d，使深基坑施工中锚索施工工序和土方开挖施工工序合理衔接，提高了施工效率，确保了工期目标的实现，实现了盾构超早接收，缩短了基坑暴露时间，提高了基坑的安全性，为车站主体结构施工提供了条件。

中国铁道科学研究院铁道建筑研究所张勇等研制出一种自密实早强灌浆材料，并成功应用于北京地铁15号线宋家庄站。该车站主体结构采用地下双层多跨框架结构，钻孔灌注桩+预应力锚索作为围护结构，明挖顺作法施工。现场对1 000余根预应力锚索进行了灌注施工，1 d强度达到42 MPa，有效的保证了施工进度和工程质量。

2.3 承压水以下预应力锚杆施工

通常情况下，深基坑的支护体系多为地下连续墙(咬合桩)+预应力锚杆，如基坑底标高位于承压水头以下，在承压水的作用下锚杆无法施工，则需加设混凝土水平内支撑。然而水平内支撑会影响相应位置的土方开挖、后期结构施工的施工进度，并为后期施工过程带来一定安全隐患，对结构主体及底板防水造成一定质量隐患。中建三局集团有限公司在北京市CBD核心区Z14地块商业金融项目中，通过创新施工工艺，克服承压水对锚杆施工的影响，实现孔口涌水顺利封堵并使锚杆形成有效注浆体，其拉拔力满足基坑支护要求，进而采用承压水下锚杆取代混凝土水平内支撑，节约了工期，保证了施工质量、安全等。该技术主要创新点:1)通过在外套管拔出过程中增加一次微压(0.5 MPa～0.8 MPa)劈裂注浆，避免锚固段注浆体因被承压水、土挤压而不饱满的现象发生，保证注浆体与周围土体有足够的接触面积，进而保证锚杆拉拔力满足基坑支护要求；2)通过在孔口封堵时插入PVC管，伸入支护体背后长1 m～2 m进行微压(0.5 MPa～0.8 MPa)劈裂封口注浆，在不影响钢绞线自由段在多次张拉下自由滑动的前提下实现孔口密封无渗漏水，并在锚杆张拉前于锚头处加设橡胶密封板，避免锚杆因张拉导致孔口封堵产生裂隙而出现渗水的情况。

3 复合支护

多年来，基坑支护先后产生多种复合支护，如地下连续墙、灌注桩、搅拌桩、内支撑等，许多支护先支后拆，劳动强度大，工程造价大。在工程实践中，对于那些岩层较浅，岩土稳定性较好区域，工程基础持力层一般在强风化岩、中风化岩或微风化岩上，土层不透水性好，基础地下水较深，一般无需进行特殊的地下水降水方式，针对这环境，江苏弘盛建设工程集团有限公司研究出了一种新型的支护形式，无降水基坑钢管芯桩附工字钢梁复合支护，它采用微型钢管外注浆成桩，并用双工字钢锁口的方法解决了深基坑的支护难题，且经济实用。该复合支护技术基坑开挖同常见土方开挖不同，开挖过程中不用放坡，减少了开挖量；施工过程中各个工作面错开，边挖边喷射混凝土，能够有效节约工期。

4 袖阀管注浆

袖阀管注浆工法在注浆加固工程中得到较广泛应用，深圳、广州及北京地铁施工中曾多次采用袖阀管注浆技术加固地层，取得了良好的效果。该工法在应用中取得了新的进展：

1)30 m以上超深建筑基坑采用袖阀管注浆止水帷幕技术。深圳平安国际金融中心基坑工程基坑深度达33.8 m，为了保护地铁周边结构以及基坑周边管线,采用了大量的袖阀管注浆施工技术。基坑开挖过程中，基坑侧壁止水效果较好，基坑北侧地铁隧道及其配套设施变形在允许范围以内。

2)花管注浆和袖阀管注浆结合加固地基。采用钢花管和袖阀管相结合是一种取长补短的综合注浆方法，主要是取袖阀管注浆的可控性、均匀性和提高可灌注性的优点，取钢花管的加筋作用，提高竖向承载力和侧向承载力的优点。如：a.新台高速公路某路段属软基路段，通车后，地基持续沉降，路面出现裂缝，局部边坡小面积侧向位移等。广东能达高等级公路维护有限公司采用钢花管和袖阀管相结合注浆加固方案，取得了很好的效果；b.中建一局集团建设发展有限公司在深圳平安国际金融中心基坑工程中，采用水平花管注浆和袖阀管注浆相结合的施工方法，控制地铁周边结构以及基坑周边管线沉降变形，取得了理想的效果。

5 地连墙成槽

目前国内地下连续墙成槽施工专用的国产和进口成槽机，其抓斗只能完成对强风化的初步抓取，对中风化和微风化的抓取几乎是无能为力，无法满足复杂岩层地下连续墙成槽入岩的施工要求，如地连墙底部需穿越强、中风化岩层，进入微风化岩层，局部进入微风化层厚7 m～8 m。江苏弘盛建设工程集团有限公司研发了一种由液压抓斗和传统的冲锤冲岩法技术特点相结合的新型施工设备和工艺——复杂岩层高频振冲抓斗成槽机及其施工工艺，能保证复杂岩层地下连续墙成槽施工进度和质量。

该技术利用液压动力源驱动安装在抓斗上部框架内的高频振动冲击体，外框架保持垂直度稳定，通过蓄能加力，快速冲击破碎岩层，同时通过液压动力驱动抓斗开闭，对破碎体进行抓合切削，然后用悬挂抓斗的履带起重机将土、砂、破碎的岩层混合体吊起排出。在挖槽同时采用静态泥浆护壁，防止壁面土体坍落。在成槽结束后，通过扫孔清孔工序，清除槽底浮土，提高墙体承载力。最后放入钢筋笼，进行水底混凝土浇筑。主要技术参数：1)成槽垂直度偏差控制在1‰以内；2)能够穿透强度在20 MPa～30 MPa及以上的岩石层。

基坑支护技术创新和改进还有很多，如：特殊形状基坑支护，可回收预应力锚索施工技术，工字钢微型桩支护技术，复杂条件下多种支护技术组合施工技术等，这些技术可节约成本，保护环境，保证施工安全，加快施工进度等，限于篇幅，不再赘述。