基坑支護施工技術創新

周法獻 崔鵬飛 溫 禾

(亞太建設科技信息研究院有限公司，北京 100120)

0 引言

我國地域遼闊，土層變化大，各地地理環境不同，基坑支護型式多樣，常用的支護方式有數十種，如：放坡、排樁、土釘墻、地下連續墻、水泥土墻、錨桿、內支撐支護等單一基坑支護方法和雙排樁、排樁—土釘墻組合支護、PHC管樁—錨桿組合支護、土釘墻—錨桿組合支護、混凝土芯水泥土攪拌樁、雙排樁—錨桿組合支護等復合支護方法。隨著城市建設的不斷發展，基坑向深、大、復雜的方向發展，使得基坑支護難度變大。復雜的施工環境，促使基坑支護技術不斷的豐富和完善，以確保基坑以及周邊的建(構)筑物、管線、道路等的安全和縮短施工工期、節約成本。本文就近年來基坑支護技術的創新和改進進行介紹，供相關人員參考。

1 內支撐

內支撐體系包括水平支撐和豎向支撐，主要構成包括：圍檁、水平支撐、鋼立柱以及立柱樁。按照材料將內支撐分為鋼筋混凝土支撐和鋼支撐等形式。

1.1 支撐布置

1.1.1鋼支撐與灌注樁成三角關系

中國建筑二局第三建筑工程有限公司施工的西部國際金融中心項目，基坑深度達25 m，紅布正街橫穿基坑工程，將基坑分為2.1與2.2兩期。2.1期跨度96 m，寬度30 m，采用鋼管支撐體系將土的側壓力傳至灌注樁，保證基坑的安全。方案設計上采用三個三角支撐的方式，將基坑內的96 m跨度分成了3個區域，最大區域最外側的鋼支撐跨度僅為45 m，并在基坑內形成大面積無支撐的空曠區域，空曠區域面積可達到整個基坑面積的50%～65%，可形成開闊的工作面，滿足挖土機械回轉半徑的要求，有利于多臺大型挖土機械自如運轉作業。但分成三角區域后，對灌注樁將會產生剪力，方案設計上考慮在灌注樁之間增加剪力塊(卡尺)，將巨大的剪力由多個灌注樁共同承擔。

1.1.2邊坡錯位支撐技術

中建一局第五建筑有限公司施工的杭政儲出[2004]69號地塊項目位于杭州主城區錢江新城區塊，主要為一棟高28層的主樓(3層地下室)。工程基坑平面形狀為不規則三角形，基坑設計開挖深度為-16.60 m，局部深度約為-19.60 m。基坑西側為已建江干區體育場，基坑南側緊鄰水岸帝景住宅樓，基坑東側為錢塘江，東北為京杭大運河，水力補給豐富。項目周邊環境多變，工程地質條件復雜。基坑圍護結構采用地連墻+三道水平支撐的形式，地連墻與外墻兩墻不合一，且僅距離100 mm。

基坑南側緊鄰水岸帝景住宅樓,其底板面標高-6.92 m，采用鉆孔灌注樁基礎，原基坑圍護采用大放坡，回填土超過8 m，回填土不密實，一方面極易引起不均勻沉降，對降水更加敏感，同時大厚度的填土也對受力計算有較高的要求。由于規劃中要求建筑地下室邊線與紅線距離不得小于0.7h(h為基坑深度)，甲方為最大限度利用土地，地下1層較地下2層、3層外擴7 m，針對此情況，普通的圍護方式已無法滿足要求，經設計計算，確定采用雙層圍護體錯位支撐施工技術，即與一般圍護體系不同，該方位采用兩層圍護體，地下1層部位外圍護體采用鉆孔灌注樁，地下2層、3層內圍護體采用地連墻，第一道支撐梁支撐在圍護樁上，第二道支撐梁支撐于地連墻上，形成錯位支撐，這樣支撐體系整體的穩定性及剛度均處在不利狀態。因此地連墻與灌注樁必須形成整體受力構件，充分考慮撓度、剛度等方面的計算，設計選用300 mm厚配筋混凝土板作為兩層圍護體的傳力板帶,形成一種新型的換撐體系。

1.2 內支撐與結構構件交叉部位分步施工

中國新興保信建設總公司研究總結出基坑內支撐與結構構件交叉部位分步施工工法，該施工方法針對兩種不同情況，采取了兩種不同的施工方式來解決兩種內支撐鋼管與土建結構交叉施工的問題，可以不等水平支撐拆除，提前進行施工，減少工期，施工質量提高。對于地下室外墻與內支撐鋼管交叉，采取將水平支撐鋼管留在主體結構內，墻體被截斷鋼筋按設計要求進行洞口加筋予以解決；連墻柱與內支撐鋼管交叉，采取在柱兩側留置施工縫，部分鋼筋同步施工，預留一部分結構后澆筑混凝土，后連接被截斷鋼筋的方式，采取局部補施工的方式進行施工。同時，對于地下結構防水，地下室外墻與內支撐鋼管沖突部位，采取加設止水環、封堵鋼板予以解決；對于連墻柱處防水，采取在后澆部位兩側增設止水鋼板予以解決。

1.3 局部加強型整體換撐技術

中建一局第五建筑有限公司施工的杭政儲出[2004]69號地塊項目，由于基坑外土質為粉砂質土，距錢塘江近，土質滲透性高，水量豐富，同時西側體育場基礎采用預應力管樁，樁長約14 m～15 m，懸于坑底以上，且距坑底很近，基坑開挖后樁基擾動大，需確保其安全。南側土體為回填土質，受力及計算均不易掌控。根據工程特點，地連墻與外墻兩墻不合一，且僅距離100 mm的情況，為減少無支撐高度，改變普通換撐構件點、線的形式為面的形式，經過周密計算，在地連墻與結構外墻直接采用100 mm厚素混凝土填實作為工程的整體換撐，對于汽車坡道、局部洞口等薄弱部位，采取增加臨時梁板構件作為加強處理，形成局部加強型整體換撐技術，通過變形監測等數據顯示，基坑及相鄰建筑的變形均在可控范圍之內。

1.4 內支撐拆除

1.4.1拆撐加強構件

中國建筑二局第三建筑工程有限公司施工的天津金融街(南開)中心項目分為南北區，北區基坑總面積約39 709 m2，車庫坑深12.2 m～13.4 m，基坑邊線距離周邊居民樓最近距離為6.37 m，周邊居民樓建造時間較早，抗變形能力弱，需要降低其在拆撐過程中所受影響。為降低影響，項目部在拆撐過程中設置了基坑內支撐的拆撐加強構件，包括設置在預拆除內支撐底下的型鋼斜撐(可為鋼管、工字鋼等)、單邊支模的混凝土外墻、基坑支護結構、與底板相連的混凝土墩等。臨時斜撐采用型鋼材料，加快施工時間并能周轉使用。

1.4.2內支撐分段拆除

基坑支護支撐梁的拆除是影響基坑施工進度的關鍵因素之一，設計一般要求整個基坑支撐梁同時進行拆除，但同時拆除支撐梁對大面積基坑施工進度影響很大。因此，合理劃分施工段，在滿足基坑受力平衡的情況下，分區施工結構層和拆除支撐，既能保證基坑內正常作業安全，又可防止基坑及坑外土體變形，保證基坑附近建筑物、道路、管線的正常運行，加快施工進度。

1)北京建工集團有限責任公司總承包部在天津于家堡金融區起步區03-15地塊工程中研究應用了內支撐轉換技術，研究了一個超大規模深基坑中有多個單體工程的情況下，由于各個單體工程施工進度不一致，無法實現統一拆撐，從而運用內支撐轉換技術進行分階段拆除。內支撐拆除采用了爆破和機械拆除兩種方法，以機械拆除法為主。

2)偉基建設集團有限公司施工的野風現代中心項目由1幢高層寫字樓和1幢高層商務辦公樓組成。根據地下室基坑圍護設計方案中的支撐梁軸力和彎矩圖及結構施工圖中后澆帶的設置可將整個基坑支撐分成五個受力體系。同時利用這五個受力體系的劃分將基坑分成五個施工段組織施工。在完成支撐梁下底板或樓板的混凝土澆搗,該施工段的換撐體系達到傳力平衡的前提條件下,提早拆除部分基坑支撐梁,從而加快了施工進度,滿足了工期要求,也有利于穩定基坑外土體的變形,保證基坑安全。

2 預應力錨桿(索)

2.1 一樁多錨支護體系

泛華建設集團有限公司為解決鄰近地下建(構)筑物或地下管線造成的預應力錨桿無法實施的問題，確保基坑開挖后支護體系的穩定和基坑變形控制要求，提出了一樁多錨支護體系并在多個工程中成功進行了應用。一樁多錨支護是在相鄰2根護坡樁之間，第一排腰梁之上布置2根或2根以上(樁間距較大時)短預應力錨桿，各排錨桿通過腰梁與護坡樁的連接，形成穩定的支護體系。為避免產生群錨效應，兩根護坡樁之間的相鄰錨桿設置為不同傾角，使錨桿的錨固體在土層深部張開；采用不同的錨桿長度，使錨桿的錨固段在土層深部前后錯開。配合各排預應力錨桿及護坡樁，能夠達到控制邊坡穩定及變形的目的。該技術具有如下特點：

1)受周邊環境影響小，應用空間廣闊；

2)在受限空間內充分發揮樁錨支護體系優點，能夠確保支護結構穩定；

3)工藝成熟、操作簡便，施工效率高，工程造價低；

4)占用施工工作面小，不影響其他工序；

5)環保效果好。

2.2 錨索注漿材料采用早強灌漿料

預應力錨索已經廣泛應用于地鐵深基坑圍護結構中，其注漿材料主要使用普通水泥漿液或水泥砂漿，在正常施工條件下錨索漿液強度達到張拉要求一般需要7 d～10 d,很難滿足基坑土方開挖施工工期要求。北京城鄉建設集團有限責任公司施工的北京地鐵十號線二期西局站換乘節點部位基坑和豐臺站基坑，圍護結構采用鉆孔灌注樁+4道預應力錨索(局部鋼支撐)支護形式，錨索注漿材料采用ZYG早強灌漿料，平均每道錨索施工工期由7 d～10 d縮短到1 d～2 d，使深基坑施工中錨索施工工序和土方開挖施工工序合理銜接，提高了施工效率，確保了工期目標的實現，實現了盾構超早接收，縮短了基坑暴露時間，提高了基坑的安全性，為車站主體結構施工提供了條件。

中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所張勇等研制出一種自密實早強灌漿材料，并成功應用于北京地鐵15號線宋家莊站。該車站主體結構采用地下雙層多跨框架結構，鉆孔灌注樁+預應力錨索作為圍護結構，明挖順作法施工。現場對1 000余根預應力錨索進行了灌注施工，1 d強度達到42 MPa，有效的保證了施工進度和工程質量。

2.3 承壓水以下預應力錨桿施工

通常情況下，深基坑的支護體系多為地下連續墻(咬合樁)+預應力錨桿，如基坑底標高位于承壓水頭以下，在承壓水的作用下錨桿無法施工，則需加設混凝土水平內支撐。然而水平內支撐會影響相應位置的土方開挖、后期結構施工的施工進度，并為后期施工過程帶來一定安全隱患，對結構主體及底板防水造成一定質量隱患。中建三局集團有限公司在北京市CBD核心區Z14地塊商業金融項目中，通過創新施工工藝，克服承壓水對錨桿施工的影響，實現孔口涌水順利封堵并使錨桿形成有效注漿體，其拉拔力滿足基坑支護要求，進而采用承壓水下錨桿取代混凝土水平內支撐，節約了工期，保證了施工質量、安全等。該技術主要創新點:1)通過在外套管拔出過程中增加一次微壓(0.5 MPa～0.8 MPa)劈裂注漿，避免錨固段注漿體因被承壓水、土擠壓而不飽滿的現象發生，保證注漿體與周圍土體有足夠的接觸面積，進而保證錨桿拉拔力滿足基坑支護要求；2)通過在孔口封堵時插入PVC管，伸入支護體背后長1 m～2 m進行微壓(0.5 MPa～0.8 MPa)劈裂封口注漿，在不影響鋼絞線自由段在多次張拉下自由滑動的前提下實現孔口密封無滲漏水，并在錨桿張拉前于錨頭處加設橡膠密封板，避免錨桿因張拉導致孔口封堵產生裂隙而出現滲水的情況。

3 復合支護

多年來，基坑支護先后產生多種復合支護，如地下連續墻、灌注樁、攪拌樁、內支撐等，許多支護先支后拆，勞動強度大，工程造價大。在工程實踐中，對于那些巖層較淺，巖土穩定性較好區域，工程基礎持力層一般在強風化巖、中風化巖或微風化巖上，土層不透水性好，基礎地下水較深，一般無需進行特殊的地下水降水方式，針對這環境，江蘇弘盛建設工程集團有限公司研究出了一種新型的支護形式，無降水基坑鋼管芯樁附工字鋼梁復合支護，它采用微型鋼管外注漿成樁，并用雙工字鋼鎖口的方法解決了深基坑的支護難題，且經濟實用。該復合支護技術基坑開挖同常見土方開挖不同，開挖過程中不用放坡，減少了開挖量；施工過程中各個工作面錯開，邊挖邊噴射混凝土，能夠有效節約工期。

4 袖閥管注漿

袖閥管注漿工法在注漿加固工程中得到較廣泛應用，深圳、廣州及北京地鐵施工中曾多次采用袖閥管注漿技術加固地層，取得了良好的效果。該工法在應用中取得了新的進展：

1)30 m以上超深建筑基坑采用袖閥管注漿止水帷幕技術。深圳平安國際金融中心基坑工程基坑深度達33.8 m，為了保護地鐵周邊結構以及基坑周邊管線,采用了大量的袖閥管注漿施工技術。基坑開挖過程中，基坑側壁止水效果較好，基坑北側地鐵隧道及其配套設施變形在允許范圍以內。

2)花管注漿和袖閥管注漿結合加固地基。采用鋼花管和袖閥管相結合是一種取長補短的綜合注漿方法，主要是取袖閥管注漿的可控性、均勻性和提高可灌注性的優點，取鋼花管的加筋作用，提高豎向承載力和側向承載力的優點。如：a.新臺高速公路某路段屬軟基路段，通車后，地基持續沉降，路面出現裂縫，局部邊坡小面積側向位移等。廣東能達高等級公路維護有限公司采用鋼花管和袖閥管相結合注漿加固方案，取得了很好的效果；b.中建一局集團建設發展有限公司在深圳平安國際金融中心基坑工程中，采用水平花管注漿和袖閥管注漿相結合的施工方法，控制地鐵周邊結構以及基坑周邊管線沉降變形，取得了理想的效果。

5 地連墻成槽

目前國內地下連續墻成槽施工專用的國產和進口成槽機，其抓斗只能完成對強風化的初步抓取，對中風化和微風化的抓取幾乎是無能為力，無法滿足復雜巖層地下連續墻成槽入巖的施工要求，如地連墻底部需穿越強、中風化巖層，進入微風化巖層，局部進入微風化層厚7 m～8 m。江蘇弘盛建設工程集團有限公司研發了一種由液壓抓斗和傳統的沖錘沖巖法技術特點相結合的新型施工設備和工藝——復雜巖層高頻振沖抓斗成槽機及其施工工藝，能保證復雜巖層地下連續墻成槽施工進度和質量。

該技術利用液壓動力源驅動安裝在抓斗上部框架內的高頻振動沖擊體，外框架保持垂直度穩定，通過蓄能加力，快速沖擊破碎巖層，同時通過液壓動力驅動抓斗開閉，對破碎體進行抓合切削，然后用懸掛抓斗的履帶起重機將土、砂、破碎的巖層混合體吊起排出。在挖槽同時采用靜態泥漿護壁，防止壁面土體坍落。在成槽結束后，通過掃孔清孔工序，清除槽底浮土，提高墻體承載力。最后放入鋼筋籠，進行水底混凝土澆筑。主要技術參數：1)成槽垂直度偏差控制在1‰以內；2)能夠穿透強度在20 MPa～30 MPa及以上的巖石層。

基坑支護技術創新和改進還有很多，如：特殊形狀基坑支護，可回收預應力錨索施工技術，工字鋼微型樁支護技術，復雜條件下多種支護技術組合施工技術等，這些技術可節約成本，保護環境，保證施工安全，加快施工進度等，限于篇幅，不再贅述。