疊合墻軟土深基坑明挖順作與蓋挖逆作結合應用研究

林之航

(福州市勘測院 福建福州 350001)

0 引言

隨著城市發展，用地空間日趨緊張，建筑基坑也逐步往“大、緊、深”方向發展，即基坑大而深且周邊建(構)筑物緊鄰，于是原先多用于地鐵基坑的疊合墻、逆作法等技術也開始逐步運用于建筑基坑，但建筑基坑與條帶狀地鐵基坑又有空間形狀、功能要求等諸多不同。基于此，本文擬以某項目為實例，對疊合墻[1-2]支護的明挖順作法與蓋挖逆作法的結合應用進行研究，以期為運用該方法此類基坑的設計與施工提供借鑒。

1 工程概況

福州某蓄水池項目地上5層、地下5層，地下室平面呈不規則長方形，長約130m，寬約89.8m，地下室基坑開挖深度為22.7m。擬建地下室負一層為社會停車場，地下負二層至負五層為調蓄池，總容積16萬m3，是全國單體體量最大的調蓄池。

場地東側距加氣站(1F，淺基礎)約14m，西側距幸福新村建筑(7F)約6m，南側距斗門公交宿舍(7F)約33m，北側距公交集團出租車公司建筑(3F，淺基礎)約7m。

該站勘察范圍深度內主要地層：①雜填土，松散～稍密，堆填時間大于5年，揭示厚度為0.90m～2.80m。②填石，中密，厚度為1.60m～2.70m。③粉質粘土，可塑，揭示厚度為0.50m～2.20m。④淤泥，局部為淤泥質土，流塑狀態，揭示厚度為8.90m～13.40m。④粉質粘土，可塑，揭示厚度為8.90m～13.40m。④1(含泥)礫粗砂，該層主要呈透鏡體存在，中密～密實，飽和，揭示厚度為0.70m～5.60m。⑤殘積粘性土，揭示厚度為1.70m～7.90m。⑥全風化花崗巖，揭示層厚2.80m～11.50m。⑦砂土狀強風化巖，揭示厚度為8.70m～25.50m。

勘察期間，場地穩定水位埋深為0.50m～2.60m(羅零標高3.92m～6.28m)，主要地下水為雜填土中的上層滯水、(含泥)礫中砂中承壓水(水頭標高約為3.00m)及殘積粘性土、風化巖中的基巖孔隙-裂隙水。

2 基坑支護方案確定

制約基坑支護方案的主要因素如下：①該基坑為軟土深基坑，緊鄰現狀建筑(部分建筑為淺基礎)，對變形控制要求標準高。②項目地處福州市中心，環保要求高，須盡量減少粉塵污染與噪音污染、泥漿排放。③受現狀建筑限制，場地施工空間有限。④該項目工期非常急，蓄水池要求在1年內投入使用，整個項目建設(含上部建筑)要求在2年內竣工。

基坑支護體系(圖1)為：1m厚地下連續墻[3-4](并內襯墻)+2層梁板結構(負一層的頂板、底板兼做支護結構)+3道內支撐結構(4層高的調蓄池不設中板，直接采用3道基坑支撐梁作為永久結構梁，邊緣增設一圈為250厚混凝土板)，立柱采用鋼管混凝土柱。

圖1 基坑剖面示意圖

基坑降水體系為：地下連續墻將承壓含水層完全隔斷，并在基坑內布置疏干井16口(井的直徑為400mm，管徑219mm，底板下深度6m，間距約25m)。坑外靠近對變形敏感建筑處布置8口回灌井(直徑220mm，管徑108mm，間距約6m)。

基坑頂平面(未施工負一層頂板前)如圖2所示。為了加大出土空間、縮短挖土工期，在地連墻外圍再每隔6m設置一根φ1000沖(鉆)孔灌注樁，樁頂均設置冠梁，同時用聯系梁將沖(鉆)孔灌注樁與地下連續墻相連。由于基坑西北角緊鄰建筑，雙排樁施工作業空間不足，故，西北角冠梁標高位置設置鋼筋混凝土角撐，角撐拆除對施工工期有一定影響，但僅局部設置，因此對整個工期影響小。

基坑負一層采用明挖順作法，工序如下：施工準備→圍護結構、鋼管柱、立柱樁施工→冠梁、連梁土方開挖→冠梁、連梁支撐施工(圖2)→負一層土方開挖(明挖)→墊層、負一層底板(留5個出土口用于后期蓋挖出土)施工→拆除圖2中所示的混凝土角撐、立柱(負一層以上的臨時支護結構)。

基坑負二層至負五層采用蓋挖逆作法[5-6]，工序如下：負一層墻柱施工、負一層頂板(留5個出土口用于蓋挖出土)施工→第三道支撐土方開挖(該工序及之后工序均為蓋挖)→墊層、第三道支撐施工及負二層側墻施工→第四道支撐土方開挖→墊層、第四道支撐施工及負三層側墻施工→第五道支撐土方開挖→墊層、第五道支撐施工及負四層側墻施工→地下室底板土方開挖→墊層、地下室底板施工→負五層側墻施工。

挖土面深度較淺時，采用長臂挖機取土；較深時，則采用抓斗挖掘機取土。

圖2 基坑頂平面示意圖

3 基坑支護方案分析評價

負一層地下室施工采用明挖順作法，主要原因與優勢如下：

(1)雖然周邊建筑對基坑變形控制要求高，但負一層開挖深度不大，采用雙排支護聯合局部角撐支護能將變形控制在允許范圍內，技術上安全可控。

(2)由于負一層基坑基本不設置內支撐而采用雙排樁進行支護(圖2)，挖土空間大，開挖速度快，大大縮短了工期。

(3)后排灌注樁設計間距大(中心距6m)，在滿足基坑穩定安全的基礎上充分節省了造價。

負二層至負五層地下室采用蓋挖逆作法，主要原因與優勢如下：

(1)負二層以下開挖深度大，故對支護體系要求更高，樓板剛度大直接作為水平支撐可顯著減少基坑變形，確保周邊建(構)筑的安全。

(2)將樓板、結構梁直接作為支護體系省去了臨時支撐材料，消除了臨時支撐的施工與拆除工況，縮短了工期并節省了造價。

(3)通過蓋挖逆作法，大大減少了粉塵與噪聲污染，并解決了場地空間受限的難題，頂板的提早澆筑可騰出更多的空間作為施工堆料區、鋼筋制作場等。

(4)為地下結構與地上結構平行施工創造了條件。

采用疊合墻的原因與優勢如下：

(1)復合墻由于中間設防水層故墻體間不傳遞剪力與彎矩，故兩者單獨受力。而疊合墻中的地下連續墻和內襯墻整體共同受力，墻體總厚度小，同等條件下可提供更大的地下空間。

(2)將基坑臨時支護結構體地下連續墻作為永久支護結構，節約材料避免浪費。

4 設計施工難點、關鍵點之解決對策

4.1 疊合墻設計施工

(1)地下連續墻自身容易出現滲漏開裂，尤其是在地下連續墻槽段接縫處，解決措施有：

①加強地下墻的混凝土強度和防水性能，地下連續墻混凝土設計強度等級設計為水下C35，防水混凝土施工的配合比通過試驗確定抗滲等級比設計要求至少提高一級(0.2MPa)。

②為避免地下連續墻后續出現開裂滲漏，進而影響地下結構安全與使用功能，在地下連續墻內側敷設一道400mm厚的內襯墻，疊合墻設計進行裂縫控制計算。

③地下連續墻槽壁兩側采用三軸水泥攪拌樁止水帷幕墻進行預加固(圖3)，以進一步增強地下連續墻的止水性能。

(2)地下連續墻與樓板、結構梁的接頭與反滲問題，解決措施有：

①地下連續墻與地下室底板通過鋼筋直螺紋接駁器連接；地下連續墻通過預埋插筋與地下各樓層樓板環梁和梁板連接；與頂板通過壓頂圈梁及圈梁上的預埋插筋連接；此外槽段接縫處位置與底板和地下各層樓板環梁連接處需植筋。

②地下連續墻中的臨時支撐預埋件設置止水片和膨脹止水條。

③地下連續墻與底板連接處設置膨脹止水條，固定在經清理干凈的地下連續墻結合面上。

④在地下連續墻頂圈梁施工前，必須破除地下連續墻頂松散混凝土，并在墻頂中部剔凹槽，設置膨脹止水條以防止地下連續墻與頂板交接處出現滲漏。

⑤地下連續墻進行墻底和樁底壓漿，以控制結構間的差異沉降，避免因地下連續墻的不均勻沉降引起相關接頭處的開裂滲漏。

(3)地下室的樓板、縱橫梁與地下連續墻相接處鋼筋直徑大于20mm時均預埋鋼筋接駁器。鑒于接駁器的施工質量是工程成敗的關鍵點，施工控制如下：

①接駁器安裝嚴格按施工圖進行測量定位，焊接角鋼作為接駁器的定位設備，嚴格控制焊接工藝。

②直螺紋套筒堵頭用膠帶封住，避免混凝土進入影響接駁器使用。

③做好接駁器的保護裝置，如接駁器上方增設條形大封蓋等，避免鋼筋籠吊裝時碰動接駁器。

④做好接駁器位置的夾泥控制，地下連續墻的混凝土澆筑過程控制好泥漿配比，提高泥漿粘度以減慢沉渣下沉速度。

⑤若接駁器遺漏、未預埋或不能利用(接駁器堵塞、生銹或偏角扭轉等)，則在接駁器設計標高處進行植筋處理。

(4)地下連續墻與內襯墻的連接問題解決措施如下：由于內襯墻與連續墻共同受力是通過結合面傳遞的，而新舊砼界面粘結好壞對其共同工作起著決定性的作用，結合面的好壞直接影響結構的安全性、耐久性，故施工中應對鑿除過程進行嚴格控制。在鑿除槽壁加固水泥土和地下連續墻表面松散混凝土的過程，確保鑿除的表面清潔、無油污或其它松散外皮，保證具有較好的粘結面。

另外，在地下連續墻預埋鋼筋，鑿出拉直后與內襯墻板、內襯墻壁柱連接形成疊合墻。

(5)疊合墻的計算問題解決措施如下：地下連續墻設計既要滿足單墻的臨時工況計算要求，又要滿足疊合墻的永久工況計算要求，所以地下連續墻的含鋼量比常規的臨時支護時大。另外，設計計算時后澆混凝土部分混凝土、鋼筋(內襯墻)的強度應按規范要求進行折減。

連續墻聯合灌注樁的計算，根據《建筑基坑支護技術規程》(JGJ 120-2012)第4.12條，采用平面剛架結構模型進行計算。

4.2 明挖順作法與蓋挖逆作法結合施工

(1)明挖順作階段的立柱(鋼管混凝土柱)穩定問題

由于負一層底板開挖時，立柱為懸空狀態，為保證其垂直穩定性，必須對其進行保護。故，在鋼管柱內C50混凝土澆筑過程，鋼管柱外圍采用卵石回填，回填過程，在地下室每層樓層板位置澆筑1500mm高度的C30混凝土對鋼管柱進行加固。

(2)蓋挖出土口與樓板的接縫問題

逆作法階段出土口預留鋼筋，待底板澆筑完成后復原；該項目局部地下室外擴，對于蓋挖出土口處于外擴部分時，對接縫處設置止水板。

(3)蓋挖出土難度大問題

通過加大柱距擴大挖土空間，每小格設計為南北向12m柱距×東西向14m柱距；蓋挖出土口設置5個，且出土口較大，4小格的出土口2個，2小格的出土口3個。

(4)鋼立柱的垂直度問題

由于蓋挖逆作法中鋼立柱(該工程為一樁一柱)垂直控制好壞直接決定工程成敗，也具備一定難度，故鋼立柱垂直度的控制，一方面通過嚴格控制鋼立柱加工質量，如按長度定購角鋼減少現場焊接接頭、控制進場鋼材垂直度、嚴格把關焊接工藝、鋼立柱堆放保持平直；另一方面，采用鋼立柱垂直度校正專用裝置。該工程實際施工時，立柱的垂直度誤差達到了1/500～1/700，滿足立柱垂直度容許誤差1/400的設計要求。

(5)蓋挖逆作問題

由于蓋挖逆作需在相對封閉的空間作業，因此采取一些必要的防控措施，解決施工環境中的諸如通風和照明等問題，以確保工人安全作業。

5 工程實際運用效果

該工程如期全部竣工，在基坑施工及后期地下室運營階段的各類監測數據均未超過報警值，部分監測點的周邊建筑物沉降數據如圖4所示，地下室也未出現滲漏開裂情況。實踐證明疊合墻軟土深基坑的明挖順作法與蓋挖逆作法在該工程運用效果良好。

圖4 基坑周邊建筑物沉降監測點J55-J56變化時程曲線圖

6 結語

(1)因周邊環境對變形要求高的軟土深基坑，采用明挖順作法(淺部開挖階段)聯合蓋挖順作法(深部開挖階段)，根據工況特點，充分發揮二者優勢，既能滿足安全要求，又可以縮短工期，工程實踐證明效果良好。該類基坑的水文地質情況、周邊環境在本地區尤為常見，有較強的參考作用，今后該類項目可將該作法作為設計方案之一進行比選。

(2)該作法在實際運用中存在諸多難點、關鍵點：如地下連續墻的滲漏開裂問題、各構件的接頭或施工縫問題、疊合墻的連接問題、疊合墻的計算問題；明挖順作階段的立柱懸空穩定問題；蓋挖逆作階段的立柱垂直度問題、蓋挖出土慢問題、蓋挖施工安全等等問題。本文以具體工程為實例提供了解決對策，為類似工程的設計與施工提供了借鑒。

綜上，本文以具體工程為實例，詳細梳理了疊合墻軟土深基坑支護的明挖順作法與蓋挖順作法結合運用的復雜工序，為類似工程提供了設計與施工思路。