深基坑中的双排PC工法组合钢管桩和型钢斜撑支护

张程宝 潘伟峰 鲍军武 华锦耀

1. 宁波冶金勘察设计研究股份有限公司 浙江 宁波 315040；

2. 大荣建设集团有限公司 浙江 宁波 315192；3. 浙江鸿晨建设有限公司 浙江 宁波 315032

软土深基坑的支护形式常用围护排桩（混凝土灌注桩或SMW工法桩）结合多道水平支撑，或多道预应力土锚杆。当基坑平面面积很大时，应用多道水平支撑（包括立柱桩）往往造价高、不经济且影响挖土效率，而预应力土锚杆往往需穿越用地红线或影响周边市政道路及管线的安全，故需研发一种既能避免上述传统基坑支护技术的缺点且围护结构能周转使用，又能保证基坑安全施工的基坑支护新方法。

针对本工程软土深基坑的实际情况，查阅了相关文献。文献[1]基坑挖深在12.8 m以上，采用双排钻孔灌注桩φ1 000 mm@1 200 mm、排距5 m的无支撑悬臂式支护结构，存在双排钻孔灌注桩无法拔出周转应用，经济性不佳的问题；文献[2]基坑挖深10.3 m，采用双排钻孔灌注桩中前排桩φ900 mm@1 200 mm、后排桩φ900 mm@3 600 mm、排距4.2 m的无支撑悬臂式支护结构，同样存在钻孔灌注桩无法拔出周转应用的问题；文献[3]基坑最大挖深6.8 m，采用单排PC工法组合钢管桩φ630 mm×14 mm结合1道前置式注浆钢管斜撑的支护结构，此基坑系单层地下室，即支护结构无法应用于2层地下室的深基坑，且坑底以下的注浆钢管无法拔出周转应用；文献[4]基坑最大挖深12.95 m，采用单排PC工法组合钢管桩φ630 mm×14 mm结合2道混凝土水平支撑的支护结构，存在混凝土水平支撑无法回收应用、造价高的问题。

在项目施工实践和调查研究的基础上，选择双排PC工法组合钢管桩和型钢斜撑支护施工技术，既避免了多道水平支撑造价高且不方便挖土的缺点，又避免了钻孔灌注桩围护造价高的缺点，且解决了周边环境包括市政道路及管线的安全问题。实践证明，本技术具有基坑施工效率高且经济效益好的优点，可供同类型基坑工程施工参考应用。

1 工程概况

浙江省余姚市某深基坑项目，总建筑面积为68 526.80 m2，建筑物主要为9幢多层和高层建筑，设2层地下室，采用预应力管桩和预应力方桩基础。基坑南北方向长175 m，东西方向长106 m，最大挖深8.5 m。项目东侧为已建市政道路，南侧为规划道路，西侧为规划中央云公园，北侧为规划三期用地。目前，除东侧为已通行的市政道路外，其余侧均为空地。

周边管线分布：基坑东侧为已建中山北路，道路下分布有雨水管线和给水管线。其中，雨水管线埋深约2.0 m，距离用地红线8.6～9.2 m，距离基坑边14.4～15.2 m；给水管线埋深约1.5 m，距离用地红线3.7～4.2 m，距离基坑边9.5～10.2 m。

2 工程地质条件

工程所处位置地基土层从上至下依次为①1杂填土、①2粉质黏土、②淤泥质粉质黏土、③粉质黏土。本区域水文地质条件简单，与本工程关系密切的地下水主要是孔隙潜水。场地孔隙潜水赋存于地表杂填土中，上部杂填土透水性较好，水量相对较大；下部黏性土层透水性较差，水量很小，是相对隔水层。

3 基坑支护结构简述

3.1 支护结构概况

本基坑东侧采用双排PC工法组合钢管桩结合1道高、低位式钢斜撑（留三角土）和被动区水泥搅拌桩加固的围护结构，内排桩为φ820 mm×14 mm钢管桩组合拉森钢板桩，外排桩为φ630 mm×14 mm@2 600 mm钢管桩，钢管桩均长24 m，拉森钢板桩长15 m。东侧紧邻市政道路边双排围护PC工法组合钢管桩压顶梁外侧采用悬臂式拉森钢板桩（长12 m）结合紧贴式混凝土挡墙支护，东侧被动区采用墩式水泥搅拌桩加固，其中，邻接内排PC工法组合钢管桩部位为连续式二排搅拌桩。双排PC工法组合钢管桩内侧设置高位、低位格构式钢斜撑（局部钢管斜撑），斜撑底端支于中心岛底板桩基承台的加强式配筋混凝土垫层上。基坑其余三侧采用大放坡并结合PC工法组合钢管桩做超前支护的围护结构，东北角和东南角采用混凝土角支撑加强。坑中坑采用重力式水泥土挡墙围护，同时基坑内外侧采用明沟排水措施。基坑东侧典型支护剖面如图1所示，典型支护桩位平面布置如图2所示。

图1 基坑支护典型剖面（工程桩未画出）

图2 基坑支护桩平面布置

3.2 支护结构施工特点

1）施工效率高。围护排桩采用PC工法钢管桩组合拉森钢板桩，沉桩速度快，在需要焊接接长钢管桩的情况下，一个台班能施工6根接长式钢管桩＋6根或12根拉森钢板桩，比钻孔灌注桩效率高很多。由于内排PC工法钢管桩与拉森钢板桩之间采用锁口式连接防水，故省略了传统式围护钻孔桩外侧作为截水帷幕的水泥搅拌桩或高压旋喷桩。中心岛部位没有水平支撑，便于多台挖机分区段分层式挖土及自卸汽车运土，仅基坑边留设三角土，且高低位式钢斜撑在底板与承台的加厚刚性配筋混凝土垫层浇筑后即可安装，无需底板承台绑扎钢筋浇筑混凝土后再安装。

2）环境保护好。双排PC工法钢管桩结合型钢斜撑与被动区水泥搅拌桩加固及坑边保留土体的支护结构整体刚度大，能有效承载水土的侧压力，没有钻孔围护桩的泥浆污染。在开槽施工双排PC工法钢管桩前，先在邻市政道路侧沉入1排连锁式拉森钢板桩，于开槽阶段即保护了市政道路及其地下管线，且采用两阶段式沉入PC工法钢管桩。在施工双排PC工法钢管桩压顶围梁的同时，在外侧连锁式拉森钢板桩内侧紧贴式施工钢筋混凝土护壁，增强基坑开挖阶段的环境保护。中心岛底板桩基承台的加强式配筋混凝土垫层施工后，立即快速安装高低位钢斜撑，缩短了钢斜撑的安装时间，充分利用基坑工程的时空效应[5]。拔除钢管桩和钢板桩前，采用素土回填肥槽且分层夯实，拔除时立即压力注入水泥浆，以进一步保护环境。

3）经济效益强。由于大幅度提高了基坑工程的施工效率，且PC工法钢管桩与拉森钢板桩及型钢斜撑均可拔（拆）除后周转使用，故深基坑支护体系的经济效益好。

4 施工工艺流程

施工准备和测量放线→施工邻市政道路侧钢板桩→开挖导向基槽→施工外排PC工法钢管桩→施工内排PC工法钢管桩和拉森钢板桩→施工压顶梁板及外侧护壁挡墙→开挖中心岛土方，施工底板承台的混凝土垫层→安装高、位低位钢斜撑→施工中心岛底板→开挖坑边三角土及施工底板→拆除低位钢斜撑→施工地下2层剪力墙及楼板→拆除高位钢斜撑→施工地下1层剪力墙及顶板→肥槽回填夯实→拔除PC工法钢管桩与拉森钢板桩

5 关键施工技术

5.1 施工邻市政道路侧拉森钢板桩

利用打拔式桩机带动高频振动锤连续式沉入邻市政道路侧的拉森钢板桩，钢板桩相互咬合止水，再开挖基槽准备沉双排PC工法钢管桩。先沉入此侧拉森钢板桩，可有效保护市政道路及地下管线，免受开挖基槽的影响。

5.2 两阶段式沉入双排PC工法钢管桩

利用打拔式桩机带动高频振动锤，先施工外排PC工法钢管桩，再施工内排PC工法钢管桩和拉森钢板桩，并按两阶段式控制外排桩不同的桩顶标高，即外排PC工法钢管桩先沉至桩顶同外侧钢板桩桩顶标高，作为钢板桩的临时支撑，待内排钢管桩沉入后，再继续沉至设计标高（图3）。对长逾18 m的钢管桩，需利用履带式吊机吊着上节钢管桩进行焊接接长，接头处除对接坡口焊外，再加4块弧形板搭接焊。分段沉PC工法钢管桩到位后，即施工混凝土垫层。

图3 施工双排桩压顶围梁的混凝土垫层

5.3 快速施工双排桩的压顶围梁及混凝土挡墙

在基槽混凝土垫层上分段快速绑扎双排桩的压顶围梁和外侧钢板桩内侧的挡墙钢筋，并分段支模后同时浇筑混凝土，以加强邻道路侧钢板桩的挡墙作用。双排PC工法钢管桩锚入压顶围梁，内排钢管桩之间的拉森钢板桩不伸入压顶围梁。

5.4 盆式分区段台阶形挖土并施工底板的混凝土垫层

沿基坑边纵向按分段长约30 m台阶形盆式开挖中心区土方，保留宽约6.7 m的坑边三角土，三角土坡脚沉入拉森钢板桩挡土。分段盆式挖土的分层厚度不大于2 m，临时边坡的坡度不大于1∶2。分段盆式开挖至底板桩基承台垫层底后，快速施工加强型C40级混凝土垫层，即将设计有钢斜撑底端支座处的承台（含侧壁）及底板的混凝土垫层加厚为500 mm且配φ16 mm@150 mm双层双向钢筋网，以连接工程桩受力，并在侧壁混凝土垫层上预埋钢板锚筋，如图4所示。

图4 安装高、低位格构式钢斜撑

5.5 安装高低位式型钢斜撑并施工底板

利用履带式吊机分段快速安装型钢斜撑，由于每组高位、低位型钢斜撑处于邻近的不同垂直面上，且下端为同一承台坑的配筋混凝土侧壁，高位钢斜撑上端焊接于压顶梁牛腿侧壁预埋件，低位钢斜撑垫钢板焊接于PC工法钢管桩上部，故先安装低位钢斜撑，后安装高位钢斜撑，再分段施工中心岛底板。高低位式钢斜撑有利于分阶段拆除的工况要求。钢斜撑下端部（底板中央处）焊止水钢板。

5.6 挖除三角土施工临边底板及换撑带、拆除低位钢斜撑

中心岛底板施工后，挖除临边的三角土，采用站位于中心区底板上的长臂挖机挖除坑边三角土，先拔除三角土坡脚的拉森钢板桩，再施工临边底板及换撑带，达到设计要求的强度后，切割低位钢斜撑上下端，拆除低位钢斜撑，利用吊机吊出低位钢斜撑。

5.7 地下2层结构施工后拆除高位钢斜撑

地下2层结构施工时，先施工竖向构件框架柱和混凝土剪力墙，后施工楼板。施工楼板时，在钢斜撑位于楼板中央位置焊接连接构造筋，待楼板绑扎钢筋浇筑混凝土并安置换撑梁后，切割钢斜撑并吊出基坑。

5.8 凿除压顶围梁及两阶段式拔除双排PC工法钢管桩

地下室侧壁和顶板混凝土全部施工后，先在肥槽处分层回填并夯实或注水回填砂土，然后凿除压顶围梁。打拔桩机及高频振动锤在顶板上作业时应垫路基箱，并在顶板下用钢管加固。先跳式拔除内排拉森钢板桩，检查并确保低位钢斜撑与内排PC工法钢管桩的连接钢件切割清除干净，然后拔除PC工法钢管桩，先拔内排钢管桩，后拔外排钢管桩。钢管桩拔至接头处进行切割，继续回填并夯实砂土接近自然地面后，再二次即第2阶段拔除下节钢管桩。随后压力注入水泥浆液，包括钢管桩和钢板桩拔出后的孔隙，注浆管由低至高随拔随喷射水泥浆液。

5.9 拆除紧邻市政道路侧护壁混凝土及拆除钢板桩

最后拆除紧邻市政道路侧的护壁混凝土并拔除钢板桩，同样由低至高随拔随喷射水泥浆液，并分层回填夯实地下室侧壁至市政道路间的砂土塘渣，直至室外设计的地面标高，以达到保护环境的要求。

6 结语

针对软土深基坑临边环境保护要求严格的特点，遵循基坑工程的时空效应，采用科学合理的支护和挖土施工技术，并关注关键的施工技术。本基坑关键施工技术包括：先行施工市政道路侧拉森钢板桩，以保护环境在开挖双排桩基槽时免受影响；双排PC工法钢管桩分2个阶段沉桩到位，进一步保护环境；设置低位、高位钢斜撑，以对应先后式拆撑工况；利用底板承台的加强式混凝土垫层作为钢斜撑的下支座，充分利用基坑工程的时空效应快速安装钢斜撑；基坑及地下结构采用分段台阶式施工方法，以满足基坑快速施工的要求。

本软土深基坑应用双排PC工法组合钢管桩和型钢斜支撑支护取得成功，最终各项监测数据均在设计的报警值之内，取得了良好的经济效益。

同时，该基坑与双排同样长度的钻孔灌注桩（前排φ800 mm@1 100 mm、后排φ650 mm@2 600 mm结合水泥搅拌桩φ700 mm@500 mm截水帷幕）组合高低位式预应力管桩斜撑支护相比，节约基坑支护费用约190万元，且有效地保护了环境，取得良好的社会效益，为今后类似工程提供了较好的参考范例。