多种围护形式在复杂环境条件深基坑工程中的综合应用

张钟文 蔡明光 汪 磊

1. 杭州市城东新城建设投资有限公司 浙江 杭州 310000；2. 中国二十冶集团有限公司 浙江 杭州 311200

在城市化进程不断推进的当下，越来越多的建筑工程项目面临周边环境复杂、可用场地紧张、交通组织困难等难题[1-3]，给其深基坑阶段的施工开展带来一定的挑战。在周边环境复杂的深基坑项目施工过程中，基坑四周面临的环境可能各不相同，单一的基坑围护设计形式逐渐难以满足多样化的需求[4-6]，若仍采用统一的围护形式，可能因过于保守的设计而导致高昂的造价成本，性价比不高；也有可能因安全系数不够而使基坑工程存在潜在安全隐患。因此，对同一基坑项目采取多种围护组合的形式已得到越来越普遍的应用。

陈俊生等[7]针对复杂环境条件下的基坑工程，为评估其施工可行性，将地层分析与三维有限元计算相结合，引入场地整体以及基坑边线附近地层的稳定性分析方法，并得到了工程实例的验证；曾进群等[8]依托工程案例，分析了多种支护形式共用的复杂条件下的基坑设计；江杰等[9]针对南宁市九州国际深基坑项目复杂的周边环境，设计采取了桩撑、桩撑锚联合等多种支护方案，监测并分析了建筑物与地表沉降、环梁支撑轴力、桩深层水平位移等相关数据，得到了相关的研究结论。

本文在既有研究成果的基础上，结合杭州天城单元R21-40地块安置房项目深基坑施工实例，介绍了“SMW工法桩＋预应力锚索”以及“搅拌式锚杆＋放坡”等多种支护体系的组合应用，并阐述了关键施工工艺的操作要点，从而安全高效地实现了基坑的顺利开挖。

1 工程概况

1.1 项目概况

天城单元R21-40地块安置房项目位于杭州市上城区，东至新风路，南至G12绿地，西至G12绿地、规划支路，北至环站南路（图1）。建设内容包括19幢高层住宅、2层地下室、配套公建、地下车库、室外绿化、区内道路等。总用地面积约51 626 m2，总建筑面积234 110.13 m2，地上建筑面积142 443.08 m2。

图1 项目效果图

1.2 地质条件

根据野外钻探，结合室内土工试验成果及原位测试，按地基土的岩性特征、成因时代、埋藏分布规律及物理力学性质等，将拟建场地勘探深度内地基土层自上而下分别为：①1杂填土、①3黏质粉土、②1砂质粉土、②2砂质粉土、③1淤泥质粉质黏土、④1黏土、④2粉质黏土夹粉砂、⑤1粉质黏土、⑤2粉质黏土夹粉砂、⑤3粉砂、⑥砾砂。其中，砂质粉土渗透性较强，易发生流砂等现象。

1.3 地下水条件

孔隙性潜水主要赋存于上部填土及粉土层中，粉土透水性较差，上部填土透水性较好，水量一般。场地内孔隙潜水主要受大气降水的竖向入渗补给和河水的侧向入渗补给，多以蒸发方式排泄。水位受季节及气候条件影响，勘察期间测得的地下水静止水位埋深介于1.4～2.7 m之间，相当于相对高程3.15～4.53 m。年变化幅度一般在1.0～2.0 m。孔隙潜水对基坑坑壁稳定性有一定的影响。

孔隙承压水赋存于下部⑤3粉砂、⑥砾砂层中，⑤3粉砂及⑥砾砂层水体具连通性，富水性好。根据地区经验，承压水水头高度约为－2.0 m（1985国家高程基准），对桩基设计及施工有一定的影响。

1.4 周边环境

本项目周边环境较为复杂，周边市政道路或在施工地环绕，尤其是西南侧邻近既有京杭大运河，对基坑开挖有不利影响，具体如图2所示。

图2 项目周边环境示意

1.5 围护设计概况

本工程±0 m相当于黄海高程6.60 m，周边自然地面标高取6.00 m，相对标高－0.60 m。地下1层底板底标高－5.60 m，地下2层底板面标高－9.10 m，地下2层底板垫层底标高－9.75 m，地下2层地库承台垫层底标高－10.00 m，主楼筏板垫层底－10.30～－9.90 m，开挖底标高考虑至地库承台垫层底、主楼筏板垫层底。基坑深度6.20～10.49 m，电梯井坑中坑深度1.50 m（底标高－12.10 m），消防集水井坑中坑深度3.00 m（底标高－13.60 m）。

基坑开挖总面积约4.5万 m2，平均开挖深度约为9.5 m，土方开挖总量约43万 m3。根据基坑围护设计，支护体系为“SMW工法桩＋预应力锚索”及“搅拌式锚杆＋放坡”，场地四周采用三轴搅拌桩止水帷幕整体封闭。

本基坑支护工程结构中SMW工法桩直径为850 mm，间距600 mm，采用P·O 42.5普通硅酸盐水泥，基坑周边止水桩水泥掺入量22%（空搅部分水泥掺入量减半），水灰比1.5；型钢采用H700 mm×300 mm×13 mm×24 mm，间距1 200 mm，隔一插一，桩长为15、18 m这2种规格。

本支护工程采用预应力锚索间距约1 200 mm，长度为18 m，与水平方向夹角15°，内置3根φ15.2 mm无黏结钢绞线。采用的φ150 mm搅拌式锚杆分为2种：一种间距1 200 mm，长度6 m，水平方向夹角15°；另一种间距1 200 mm，长度9 m，水平方向夹角20°。

2 施工重难点分析

1）基坑开挖面积较大，开挖深度大。基坑面积约45 000 m2，南北向长度约290 m，东西向宽度250 m；开挖深度9.5 m左右，基坑安全是重点。要求施工前编制专项施工方案并通过专家论证，施工时尽量缩短基坑无支撑暴露时间，土方每层开挖厚度≤1.5 m，并限时完成支撑施工。

2）场地土开挖范围内为砂质粉土，强度较高，渗透性强，容易发生流砂、管涌等工程问题。现场巡视和应急管理要求高。

3）基坑围护形式多样，多种形式结合，合理部署是重点。需进行不同围护形式间的衔接节点深化，保证施工顺利进行。

4）土方开挖阶段正值雨季施工，需合理布置现场截水沟、排水沟，做好基坑内现场排水及施工组织。

5）邻近运河施工，基坑降水是关键。需严格保证围护结构的施工质量，土方开挖前，通过坑外观测井对止水帷幕的封闭性做试验，质量满足要求后，方可开始土方开挖。同时，需加强施工期间的土体变形、京杭大运河的水位变化等监测工作。

3 施工部署策略

3.1 施工分区

1）围护分区。平面分区按照后浇带分为7个部分，分别为1—7区。围护结构分2组施工，一组从7区顺时针向1区施工，另一组由1区顺时针向7区施工，如图3所示。

图3 基坑平面分区示意

2）土方分区。本工程开挖深度约为9.5 m，混凝土支撑底位于－4.60 m，第2道锚索底标高为－7.35 m，总体分为3层土方开挖施工。第1层土方开挖按照后浇带分为7个部分，分别为1—7区。分为两部分同时施工，北侧施工顺序为7区→4区→5区→6区，从3#大门出土；南侧施工顺序为1区→3区→2区，从1#大门出土。第2层、第3层土方开挖根据施工部署，混凝土支撑施工完成后开始。分区按照后浇带分为7个部分，分别为1—7区。分为两部分同时施工，北侧施工顺序为7区→4区→5区→6区，从3#大门出土；南侧施工顺序为1区→3区→2区，从1#大门出土。

3.2 竖向分段及施工顺序

竖向总体分为3层。其中，－4.60～－0.60 m土方开挖、压顶梁施工、支撑施工、围檩施工、预应力锚索（局部）、搅拌式锚杆施工、边坡土体加固施工为第1层。－7.50～－4.60 m土方开挖、换撑带施工、预应力锚索施工（局部）、搅拌式锚杆施工、边坡土体加固施工为第2层。－10.00～－7.50 m土方开挖、底板施工为第3层。

4 施工关键工艺

4.1 基坑降水

根据设计要求，本工程坑内降水采用自流深井降水和基坑明沟排水方案。

基坑开挖范围内地基土层以填土和粉土粉砂层为主，渗透性较大，须采取降排水措施；本基坑通过设置在坑内的自流深井进行降水，如图4所示。坑外设控制性降水井。基坑正式开挖前，需提前7 d进行降水，确保坑内地下水位在开挖面以下不少于1.0 m。对于外地表水，在基坑边坡顶部四周设置截水沟，采用砖砌的300 mm×400 mm排水沟，并每隔30 m左右设置集水坑。降水停止的时间应在基坑回填后且满足结构抗浮设计要求。

图4 基坑降水井结构示意

4.2 SMW工法桩

SMW工法桩的搭接与成形、搅拌桩的垂直度补正，是依靠搅拌桩单孔重复套打来实现的，以确保搅拌桩的隔水帷幕作用。对于围护墙转角处或有施工间断的情况下，SMW工法桩搭接施工采用单侧挤压式连接方式，如图5所示。

图5 SMW工法桩单侧挤压式连接示意

4.3 预应力旋喷锚索

4.3.1 锚索制作与安放

钢绞线严格按设计尺寸下料，每股长度误差不大于50 mm。钢绞线按一定规律平直排列，杆索锚固段沿杆体轴线方向每隔1.5 m设置一个架线环，注浆管应与杆体绑扎牢固。锚索自由段用塑料管包裹，与锚固段相交处的塑料管管口用防水胶布封住。

组装好的锚索（包括注浆管）在钻孔结束后立即放入孔内。安放时，防止杆体扭压、弯曲，并插入至设计深度且确保拉杆处于钻孔中心位置。钢绞线为3根φ15.2 mm预应力钢绞线，长度为15、18 m（梁外预留1.2 m张拉使用）。

4.3.2 注浆施工

注浆管的出浆口应插入距孔底300 mm以下，浆液应自下而上连续灌注，且确保从孔内顺利排水排气，注浆后不得随意敲击或拉拔杆体，也不得在杆体上悬挂重物。灌注的水泥浆要取样做室内抗压试验，以复核其强度指标。注浆作业开始时，先用稀水泥浆循环注浆1～2 min，确保注浆时浆液畅通。

4.3.3 腰梁安装

本项目采用槽钢腰梁，腰梁背后为SMW工法桩，要求腰梁安装前进行工法桩的平整工作，保证所有腰梁安装在同一水平面，各段腰梁采用焊接将其连成一个整体。

4.3.4 锚索的张拉锁定

张拉前应对张拉设备进行标定；张拉设备可用YC-6C型穿心式千斤顶和SY-60油泵，当张拉到设计荷载时，锁紧锚索，完成锚定工作。锚索的张拉顺序应考虑邻近锚索的相互影响。大千斤顶进行整排锚索的正式张拉时，宜采用跳拉法或往复式拉法，以保证钢绞线与横梁受力均匀。

4.3.5 锚索回收

地下室外墙与围护桩间预留一定距离用于锚索回收，地下1层水平结构楼板对应位置处外墙与围护桩间设置素混凝土传力带，传力带混凝土养护达到强度后即可进行锚索回收。在地下室回填过程中回收锚索，边回填边回收，应确保100%回收。

本项目的预应力旋喷锚索典型施工剖面如图6所示。

图6 预应力旋喷锚索典型剖面示意

4.4 搅拌式锚杆

1）锚杆定位和钻进角度应准确，可制作相应模具辅助定位。阳角区搅拌水泥土锚杆有交叉处，施工锚杆时上下错位5°～10°。各类设备应就近安装固定管线，不宜过长，以防压力和流量消耗。

2）浆体应经过搅拌机充分搅拌均匀后才能开始压注，并应在注浆过程中不停缓慢搅拌，搅拌时间应小于浆液的初凝时间。浆液在泵送前应经筛网过滤。当钻机停钻时，应停止注浆，以免浆液堵塞注浆孔。

3）应注意检测注浆泵的流量和钻进速度是否匹配，通过核准每根锚杆的水泥用量，检查是否达到了设计的注浆量。注意观察注浆机的压力表，防止注浆管路堵塞导致发生爆裂。

4）若锚杆位置与三轴搅拌桩止水帷幕相冲突，可通过与设计方确认，采取锚杆长度缩减、增加锚杆根数的方式进行处理。

本项目的搅拌式锚杆典型施工剖面如图7所示。

图7 搅拌式锚杆典型剖面示意

5 结语

杭州天城单元R21-40地块安置房项目周边环境复杂，基坑支护设计时采取了多种围护形式组合的方法，即“SMW工法桩＋预应力锚索”和“搅拌式锚杆＋放坡”，施工中面临地质条件差、邻近运河、雨季施工、工序衔接要求高等难题。本文通过总结复杂环境下的深基坑施工技术，使近10 m的深基坑工程比原定工期提前半个月完成，缩短了施工周期，降低了施工成本，保证了基坑安全，取得了良好的综合效益，为类似工程积累了成功经验。