SMW工法+大直徑鋼筋混凝土圓環桁架內支撐在深基坑圍護中的應用

浙江中成建工集團有限公司 上海 200443

1 工程概況

蘇州某大酒店場地位于蘇州市相城區，在相城大道和華元路交匯處的西北側，占地面積24 829 m2；建筑面積129 078.36 m2。由4 層裙房(商場、高24.6 m)、33 層的酒店及辦公（高152.7 m）、9 層商務酒店（高38.05 m）組成；地下1層為商場，地下2層為機動車停車庫。

工程地下室整體呈矩形，東西長約145.5 m，南北長約152.15 m，基坑開挖深度約9 m，電梯井落深處開挖深約11.7 m。基坑側壁的安全等級為二級，局部為一級，環境保護等級為二級。

以基坑圍護邊線與地下室外墻距離控制在0.8 m為依據，北側圍護邊線距用地紅線約3.4 m，距服裝城K樓最近約12.9 m，距服裝城E區最近約16.4 m；西側基坑圍護邊線距用地紅線最近約2.9 m，距瀑布大廈地下車庫邊線最近約29 m；南側基坑圍護邊線距用地紅線約6.5 m，且在距基坑圍護邊線6.2～8.6 m、深度2.5 m范圍內分別埋有污水管、光纜、通信管線等重要城市基礎設施；東側基坑圍護邊線距用地紅線約8.5 m，如圖1所示。

圖1 工程周邊環境

本工程場地地貌類型屬古澙湖堆積水網平原類。場地土層自上而下依次為：①雜填土，平均厚1.1 m，土質不均，結構性差；②1褐黃色粉質黏土，平均厚2.1 m，可塑狀態，工程性質較好；②2灰黃色粉質黏土，平均厚1.2 m，軟塑-可塑狀態，工程性質較好；③1粉土，平均厚2.7 m，松散狀態；③2粉土夾粉砂，平均厚6.4 m，稍密狀態，地下車庫底板置于該層；④褐灰色粉質黏土，平均厚5.4 m。

2 基坑圍護選型

2.1 基坑圍護選型需考慮的因素

通過對地質條件及周圍環境分析，本工程基坑圍護設計方案中必須考慮以下因素：

（a）周圍環境對基坑圍護結構抵抗土體變形的能力要求比較高；

（b）由于基坑較深，且場地狹小，西北側均有高層建筑，東南側有交通道路及地下管線，必須考慮支撐體系來抵御基坑變形和減少放坡占用場地；

（c）基坑圍護方案必須能夠對地下潛水及微承壓水進行有效的阻擋，以利于基坑降水，保證正常施工；

（d）業主工期要求比較緊，且能夠承受的基坑圍護成本有限。

2.2 圍護方案的選定

通過對現行常用圍護擋土結構及支撐體系進行分析和比較，最終采用SMW工法+1 道圓環桁架支撐輔以角撐的圍護形式。與其他圍護形式相比，該支護形式具有對周邊建筑物、管線影響小，對環境污染小，能適應絕大多數地層（特別是軟土地區），工期短、造價低的優勢。

基坑支護形式具體方案為：護壁結構采用Φ850 mm三軸水泥土攪拌樁內插700 mm×300 mm×13 mm×24 mm的H型鋼的SMW工法作為擋土止水體系。水泥攪拌樁水泥摻量為水泥摻入比20%， 水灰比1.5～2.0；型鋼布置北側建筑附近地區采用密插和插二跳一形式，西側基坑落深區域采用插二跳一，其余型鋼布置采用插一跳一形式（圖2）。內支撐為鋼筋混凝土圓環桁架支撐，圓環Φ125 m，環形支撐截面尺寸為1 400 mm×1 000 mm，頂圈梁截面尺寸為1 100 mm×800 mm，主支撐截面尺寸為1 000 mm×700 mm。立柱樁采用Φ800 mm鉆孔灌注樁，基坑開挖面以上鋼格構立柱由450 mm×450 mm組成；棧橋平臺下鋼格構立柱由450 mm×450 mm組成。集水井及電梯井等局部深坑以及圍護結構內側等區域采用3Φ850 mm@600 mm三軸水泥土攪拌樁進行加固，加固形式為格柵式，水泥摻量坑底以下20%，坑底以上10%（圖3）。

圖2 型鋼布置節點

圖3 基坑圍護支撐剖面

3 基坑（圍護）施工難點及特點

（a）業主對工期的要求比較緊，坑內土方開挖（土方量約18.5萬m3）及坑內支撐拆除可能占用有效工期較長，施工方案及施工組織是否得當將是影響總工期的關鍵因素。

（b）場內地層中存在孔隙潛水及承壓水，地下水位埋深0.60 m，其中③1、③2層為微承壓水含水層，在水頭差的作用下極易產生坍塌、流砂、管涌現象，對基坑開挖圍護極為不利。

（c）地質報告顯示坑底以下8 m處的⑥層存在承壓水，為防止承壓水水頭對坑底土體產生隆起效應，除對坑內部分基底土體進行加固外，還需結合開挖工況，進行按需減壓降水。

（d）坑內土方開挖平面要分區對稱，立面要分層，使每次土方開挖面呈水平下降，保證圓環桁架支撐受力與設計工況相符。

（e）基坑內僅設1 道水平支撐，與開挖面的最大距離達8.1 m，開挖時不但要分層還要合理安排挖土方式，充分利用時空效應使支護樁的變形趨于最小。

（f） 合理設置出土棧橋及出土坡道，為土方車進入坑內進行規模化出土創造條件，達到加快施工進程的目的。

4 主要實施方案[1-7]

4.1 基坑降水

（a）基坑降水方案：基坑內共設置52口Φ650 mm疏干管井、2口Φ800 mm降壓井。疏干井在基坑開挖前30 d開始布置，井深16 m，進入坑底以下6 m，運行10 d后開始挖土，過程中持續降水，確保坑內水位施工維持在每層開挖面下1 m以內。

（b）因⑥層存在承壓水，故除對坑內部分基底土體進行加固外，在基坑內主樓位置布置2 口減壓井，進入坑底以下6 m，結合監測結果，進行按需減壓降水，防止承壓水水頭對基坑底土體產生的隆起效應。

（c）在基坑內、外布置水位觀測井，根據地下水位監測結果指導降水運行。

4.2 土方開挖

本工程開挖總土方量約18.5 萬m3。結合基坑圍護形式與周邊環境的特點，本工程的挖土方案擬定為平面分區、豎向分層、均勻對撐開挖；圓環支撐南側設1 座棧橋，并將出土坡道引入坑內。

根據支撐布置及利用時空效應的原則，土方在平面上分3 個區、豎向分3 層進行開挖，每層開挖方法依次為島式開挖、盆式開挖、島式開挖。

（a）第一層土方采用島式開挖，一次挖至支撐底部標高即-4.65 m，先形成水平支撐減少基坑變形。平面分3 個區域開挖，如圖4所示：先開挖區域①，隨即進行區域①范圍的混凝土支撐施工；再開挖區域②，隨即進行區域②范圍的混凝土支撐施工，最后開挖區域③。

圖4 土方開挖分區平面

（b）第二層土方開挖采用盆式開挖，挖至-8.50 m，以充分利用周邊反壓土的抗力減緩支護樁向坑內變形。先開挖中部區域③，然后用WY60小挖機在支撐下（區域①、②）分區、對稱挖土，并轉移到區域③，由PC200挖機裝載到自卸汽車運出基坑。

（c）第三層土方采用島式開挖，直接開挖至基底設計標高，以便及時施工基坑四周的基礎底板，對支護樁起1 道地撐的作用，減小樁體變形。同樣分3 個區域進行開挖，先分區、對稱地開挖區域①、②，再開挖區域③，各區域當挖到基礎設計標高后立即進行墊層及基礎底板的施工。

最后土方收尾時設1 臺長臂挖機和1 臺WY40型挖機接力進行。WY40型挖機將坑內剩余土方集中在棧橋平臺邊形成土堆，由長臂挖機將剩余大部分土方運出坑外。長臂挖機能力范圍以外的少量土方，由WY40挖機配合人工裝入吊斗，用塔吊吊出基坑。最后由WY40挖機用塔吊吊出基坑。

挖土階段豎向施工順序為：支護外硬地面施工→第一層土開挖、圍護樁鑿樁、降水施工→第一道支撐圍檁、鋼筋混凝土支撐施工（包括棧橋）→第二層土開挖→第三層土開挖、墊層、大底板施工。

5 方案實施效果

本工程基坑采用SMW工法+1 道圓環桁架支撐輔以角撐的圍護形式，按計劃合理組織施工，使本工程在地下施工階段坑壁安全、對周圍環境的影響、基坑變形控制、工期控制及成本控制方面都達到了預期目標，應用非常成功。具體實施效果如下：

（a）從基坑開挖一直到圍護支撐拆除，基坑安全穩定，坑壁內側大部分壁面干燥，滲點極小。

（b）從支撐下土方開挖到基礎底板澆筑完成歷時53 d，期間監測頻率1 次/d。據監測，基坑在各種工況下，圍檁最大水平位移32 mm，小于設計要求的40 mm或突然加快＞3 mm/d；坑外地下水位最大下降0.8 m，小于設計要求的1.0 m或200 mm/24 d；水平支撐軸力隨基坑開挖波動上升，最大軸力主撐5 300 kN，小于設計要求的8 000 kN；環形撐11 600 kN，小于設計要求的15 000 kN。監測數據表明，SMW工法在本工程中應用是成功的。

（c）由于超大圓環支撐形成的敞開空間給土方開挖創造了便利條件，使得挖土階段工期比計劃縮短了6～8 d；同時采用爆破的方式進行支撐拆除，計劃從具備拆除條件至拆除完成需要10～12 d，由于組織得當，實際僅用了8 d。總體上節約工期10～12 d，為以后各節點工期達到計劃要求贏得了先機。

（d）圍護墻體采用SMW工法，就地加固原土的方式，一次成墻，故施工工藝簡單，效率高，工期短，并且無泥漿污染，同時型鋼回收，造價可大為降低。經與鉆孔樁排式地下連續墻相比，可節省費用30%～40%，整體圍護工程可節省造價20%左右。

6 結語

由于每個深基坑工程自身的地質條件、周邊環境、經濟條件及工期要求等均不相同， 因此研究如何根據項目自身特點和要求，合理地選擇基坑支護方案，制定與之配套的施工方法，做到既經濟、安全，又提升工程進度，就顯得非常迫切和實用。本工程結合業主對基坑圍護造價的控制、場地相對寬松、地質條件較好和基坑形狀比較規整等特點，通過合理選型、充分利用時空效應，科學組織施工，降低了基坑圍護工程造價、滿足了工期要求。且在±0.00 m以下施工階段，基坑安全穩定，基坑變形控制在設計要求范圍內，達到了經濟與技術的最佳組合，圍護工程設計和施工取得成功，可供類似工程的設計、施工參考和借鑒。