叠合墙软土深基坑明挖顺作与盖挖逆作结合应用研究

林之航

(福州市勘测院 福建福州 350001)

0 引言

随着城市发展，用地空间日趋紧张，建筑基坑也逐步往“大、紧、深”方向发展，即基坑大而深且周边建(构)筑物紧邻，于是原先多用于地铁基坑的叠合墙、逆作法等技术也开始逐步运用于建筑基坑，但建筑基坑与条带状地铁基坑又有空间形状、功能要求等诸多不同。基于此，本文拟以某项目为实例，对叠合墙[1-2]支护的明挖顺作法与盖挖逆作法的结合应用进行研究，以期为运用该方法此类基坑的设计与施工提供借鉴。

1 工程概况

福州某蓄水池项目地上5层、地下5层，地下室平面呈不规则长方形，长约130m，宽约89.8m，地下室基坑开挖深度为22.7m。拟建地下室负一层为社会停车场，地下负二层至负五层为调蓄池，总容积16万m3，是全国单体体量最大的调蓄池。

场地东侧距加气站(1F，浅基础)约14m，西侧距幸福新村建筑(7F)约6m，南侧距斗门公交宿舍(7F)约33m，北侧距公交集团出租车公司建筑(3F，浅基础)约7m。

该站勘察范围深度内主要地层：①杂填土，松散～稍密，堆填时间大于5年，揭示厚度为0.90m～2.80m。②填石，中密，厚度为1.60m～2.70m。③粉质粘土，可塑，揭示厚度为0.50m～2.20m。④淤泥，局部为淤泥质土，流塑状态，揭示厚度为8.90m～13.40m。④粉质粘土，可塑，揭示厚度为8.90m～13.40m。④1(含泥)砾粗砂，该层主要呈透镜体存在，中密～密实，饱和，揭示厚度为0.70m～5.60m。⑤残积粘性土，揭示厚度为1.70m～7.90m。⑥全风化花岗岩，揭示层厚2.80m～11.50m。⑦砂土状强风化岩，揭示厚度为8.70m～25.50m。

勘察期间，场地稳定水位埋深为0.50m～2.60m(罗零标高3.92m～6.28m)，主要地下水为杂填土中的上层滞水、(含泥)砾中砂中承压水(水头标高约为3.00m)及残积粘性土、风化岩中的基岩孔隙-裂隙水。

2 基坑支护方案确定

制约基坑支护方案的主要因素如下：①该基坑为软土深基坑，紧邻现状建筑(部分建筑为浅基础)，对变形控制要求标准高。②项目地处福州市中心，环保要求高，须尽量减少粉尘污染与噪音污染、泥浆排放。③受现状建筑限制，场地施工空间有限。④该项目工期非常急，蓄水池要求在1年内投入使用，整个项目建设(含上部建筑)要求在2年内竣工。

基坑支护体系(图1)为：1m厚地下连续墙[3-4](并内衬墙)+2层梁板结构(负一层的顶板、底板兼做支护结构)+3道内支撑结构(4层高的调蓄池不设中板，直接采用3道基坑支撑梁作为永久结构梁，边缘增设一圈为250厚混凝土板)，立柱采用钢管混凝土柱。

图1 基坑剖面示意图

基坑降水体系为：地下连续墙将承压含水层完全隔断，并在基坑内布置疏干井16口(井的直径为400mm，管径219mm，底板下深度6m，间距约25m)。坑外靠近对变形敏感建筑处布置8口回灌井(直径220mm，管径108mm，间距约6m)。

基坑顶平面(未施工负一层顶板前)如图2所示。为了加大出土空间、缩短挖土工期，在地连墙外围再每隔6m设置一根φ1000冲(钻)孔灌注桩，桩顶均设置冠梁，同时用联系梁将冲(钻)孔灌注桩与地下连续墙相连。由于基坑西北角紧邻建筑，双排桩施工作业空间不足，故，西北角冠梁标高位置设置钢筋混凝土角撑，角撑拆除对施工工期有一定影响，但仅局部设置，因此对整个工期影响小。

基坑负一层采用明挖顺作法，工序如下：施工准备→围护结构、钢管柱、立柱桩施工→冠梁、连梁土方开挖→冠梁、连梁支撑施工(图2)→负一层土方开挖(明挖)→垫层、负一层底板(留5个出土口用于后期盖挖出土)施工→拆除图2中所示的混凝土角撑、立柱(负一层以上的临时支护结构)。

基坑负二层至负五层采用盖挖逆作法[5-6]，工序如下：负一层墙柱施工、负一层顶板(留5个出土口用于盖挖出土)施工→第三道支撑土方开挖(该工序及之后工序均为盖挖)→垫层、第三道支撑施工及负二层侧墙施工→第四道支撑土方开挖→垫层、第四道支撑施工及负三层侧墙施工→第五道支撑土方开挖→垫层、第五道支撑施工及负四层侧墙施工→地下室底板土方开挖→垫层、地下室底板施工→负五层侧墙施工。

挖土面深度较浅时，采用长臂挖机取土；较深时，则采用抓斗挖掘机取土。

图2 基坑顶平面示意图

3 基坑支护方案分析评价

负一层地下室施工采用明挖顺作法，主要原因与优势如下：

(1)虽然周边建筑对基坑变形控制要求高，但负一层开挖深度不大，采用双排支护联合局部角撑支护能将变形控制在允许范围内，技术上安全可控。

(2)由于负一层基坑基本不设置内支撑而采用双排桩进行支护(图2)，挖土空间大，开挖速度快，大大缩短了工期。

(3)后排灌注桩设计间距大(中心距6m)，在满足基坑稳定安全的基础上充分节省了造价。

负二层至负五层地下室采用盖挖逆作法，主要原因与优势如下：

(1)负二层以下开挖深度大，故对支护体系要求更高，楼板刚度大直接作为水平支撑可显著减少基坑变形，确保周边建(构)筑的安全。

(2)将楼板、结构梁直接作为支护体系省去了临时支撑材料，消除了临时支撑的施工与拆除工况，缩短了工期并节省了造价。

(3)通过盖挖逆作法，大大减少了粉尘与噪声污染，并解决了场地空间受限的难题，顶板的提早浇筑可腾出更多的空间作为施工堆料区、钢筋制作场等。

(4)为地下结构与地上结构平行施工创造了条件。

采用叠合墙的原因与优势如下：

(1)复合墙由于中间设防水层故墙体间不传递剪力与弯矩，故两者单独受力。而叠合墙中的地下连续墙和内衬墙整体共同受力，墙体总厚度小，同等条件下可提供更大的地下空间。

(2)将基坑临时支护结构体地下连续墙作为永久支护结构，节约材料避免浪费。

4 设计施工难点、关键点之解决对策

4.1 叠合墙设计施工

(1)地下连续墙自身容易出现渗漏开裂，尤其是在地下连续墙槽段接缝处，解决措施有：

①加强地下墙的混凝土强度和防水性能，地下连续墙混凝土设计强度等级设计为水下C35，防水混凝土施工的配合比通过试验确定抗渗等级比设计要求至少提高一级(0.2MPa)。

②为避免地下连续墙后续出现开裂渗漏，进而影响地下结构安全与使用功能，在地下连续墙内侧敷设一道400mm厚的内衬墙，叠合墙设计进行裂缝控制计算。

③地下连续墙槽壁两侧采用三轴水泥搅拌桩止水帷幕墙进行预加固(图3)，以进一步增强地下连续墙的止水性能。

(2)地下连续墙与楼板、结构梁的接头与反渗问题，解决措施有：

①地下连续墙与地下室底板通过钢筋直螺纹接驳器连接；地下连续墙通过预埋插筋与地下各楼层楼板环梁和梁板连接；与顶板通过压顶圈梁及圈梁上的预埋插筋连接；此外槽段接缝处位置与底板和地下各层楼板环梁连接处需植筋。

②地下连续墙中的临时支撑预埋件设置止水片和膨胀止水条。

③地下连续墙与底板连接处设置膨胀止水条，固定在经清理干净的地下连续墙结合面上。

④在地下连续墙顶圈梁施工前，必须破除地下连续墙顶松散混凝土，并在墙顶中部剔凹槽，设置膨胀止水条以防止地下连续墙与顶板交接处出现渗漏。

⑤地下连续墙进行墙底和桩底压浆，以控制结构间的差异沉降，避免因地下连续墙的不均匀沉降引起相关接头处的开裂渗漏。

(3)地下室的楼板、纵横梁与地下连续墙相接处钢筋直径大于20mm时均预埋钢筋接驳器。鉴于接驳器的施工质量是工程成败的关键点，施工控制如下：

①接驳器安装严格按施工图进行测量定位，焊接角钢作为接驳器的定位设备，严格控制焊接工艺。

②直螺纹套筒堵头用胶带封住，避免混凝土进入影响接驳器使用。

③做好接驳器的保护装置，如接驳器上方增设条形大封盖等，避免钢筋笼吊装时碰动接驳器。

④做好接驳器位置的夹泥控制，地下连续墙的混凝土浇筑过程控制好泥浆配比，提高泥浆粘度以减慢沉渣下沉速度。

⑤若接驳器遗漏、未预埋或不能利用(接驳器堵塞、生锈或偏角扭转等)，则在接驳器设计标高处进行植筋处理。

(4)地下连续墙与内衬墙的连接问题解决措施如下：由于内衬墙与连续墙共同受力是通过结合面传递的，而新旧砼界面粘结好坏对其共同工作起着决定性的作用，结合面的好坏直接影响结构的安全性、耐久性，故施工中应对凿除过程进行严格控制。在凿除槽壁加固水泥土和地下连续墙表面松散混凝土的过程，确保凿除的表面清洁、无油污或其它松散外皮，保证具有较好的粘结面。

另外，在地下连续墙预埋钢筋，凿出拉直后与内衬墙板、内衬墙壁柱连接形成叠合墙。

(5)叠合墙的计算问题解决措施如下：地下连续墙设计既要满足单墙的临时工况计算要求，又要满足叠合墙的永久工况计算要求，所以地下连续墙的含钢量比常规的临时支护时大。另外，设计计算时后浇混凝土部分混凝土、钢筋(内衬墙)的强度应按规范要求进行折减。

连续墙联合灌注桩的计算，根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120-2012)第4.12条，采用平面刚架结构模型进行计算。

4.2 明挖顺作法与盖挖逆作法结合施工

(1)明挖顺作阶段的立柱(钢管混凝土柱)稳定问题

由于负一层底板开挖时，立柱为悬空状态，为保证其垂直稳定性，必须对其进行保护。故，在钢管柱内C50混凝土浇筑过程，钢管柱外围采用卵石回填，回填过程，在地下室每层楼层板位置浇筑1500mm高度的C30混凝土对钢管柱进行加固。

(2)盖挖出土口与楼板的接缝问题

逆作法阶段出土口预留钢筋，待底板浇筑完成后复原；该项目局部地下室外扩，对于盖挖出土口处于外扩部分时，对接缝处设置止水板。

(3)盖挖出土难度大问题

通过加大柱距扩大挖土空间，每小格设计为南北向12m柱距×东西向14m柱距；盖挖出土口设置5个，且出土口较大，4小格的出土口2个，2小格的出土口3个。

(4)钢立柱的垂直度问题

由于盖挖逆作法中钢立柱(该工程为一桩一柱)垂直控制好坏直接决定工程成败，也具备一定难度，故钢立柱垂直度的控制，一方面通过严格控制钢立柱加工质量，如按长度定购角钢减少现场焊接接头、控制进场钢材垂直度、严格把关焊接工艺、钢立柱堆放保持平直；另一方面，采用钢立柱垂直度校正专用装置。该工程实际施工时，立柱的垂直度误差达到了1/500～1/700，满足立柱垂直度容许误差1/400的设计要求。

(5)盖挖逆作问题

由于盖挖逆作需在相对封闭的空间作业，因此采取一些必要的防控措施，解决施工环境中的诸如通风和照明等问题，以确保工人安全作业。

5 工程实际运用效果

该工程如期全部竣工，在基坑施工及后期地下室运营阶段的各类监测数据均未超过报警值，部分监测点的周边建筑物沉降数据如图4所示，地下室也未出现渗漏开裂情况。实践证明叠合墙软土深基坑的明挖顺作法与盖挖逆作法在该工程运用效果良好。

图4 基坑周边建筑物沉降监测点J55-J56变化时程曲线图

6 结语

(1)因周边环境对变形要求高的软土深基坑，采用明挖顺作法(浅部开挖阶段)联合盖挖顺作法(深部开挖阶段)，根据工况特点，充分发挥二者优势，既能满足安全要求，又可以缩短工期，工程实践证明效果良好。该类基坑的水文地质情况、周边环境在本地区尤为常见，有较强的参考作用，今后该类项目可将该作法作为设计方案之一进行比选。

(2)该作法在实际运用中存在诸多难点、关键点：如地下连续墙的渗漏开裂问题、各构件的接头或施工缝问题、叠合墙的连接问题、叠合墙的计算问题；明挖顺作阶段的立柱悬空稳定问题；盖挖逆作阶段的立柱垂直度问题、盖挖出土慢问题、盖挖施工安全等等问题。本文以具体工程为实例提供了解决对策，为类似工程的设计与施工提供了借鉴。

综上，本文以具体工程为实例，详细梳理了叠合墙软土深基坑支护的明挖顺作法与盖挖顺作法结合运用的复杂工序，为类似工程提供了设计与施工思路。