大型地下一層建筑基坑支護方案分析
——以前撐式注漿鋼管斜撐施工為例

上海古胤置業有限公司，上海 201111

隨著我國經濟的不斷發展，城市化建設規模不斷擴大，人們越來越重視地下空間的利用，基坑開挖的深度不斷增加，因而對基坑工程提出的技術要求也越來越高。基坑支護作為基坑工程中的一個重要環節，其整體施工質量至關重要。基坑支護一般均是臨時性結構，投資太大容易造成不必要的浪費，一旦支護結構不安全，則易引發工程事故，導致人員傷亡，鄰近建筑物損壞，危害極大。因此，選擇安全、合理且經濟的基坑支護方案十分必要。

1 工程概況

1.1 建筑概況

新建設馬橋鎮06地塊、07地塊商業及辦公項目，其場地位于上海閔行區馬橋鎮，北至蘇家港、西至沙溪河、南至馬橋中心河、東至中青路，為長方形地塊，長230m、寬130m，總用地面積為95785m2，總建筑面積為124346m2。其中，地上建筑面積為47893m2，地下建筑面積為76543m2；容積率為0.5，綠化率為20%。

建筑規劃設計理念：地上僅布置少量的低層建筑（三層），用于建設風景優美、園林式的辦公商業區，而將大量的辦公、商業、停車位布置在地下。設計規劃又將此地塊分成06地塊與07地塊，06地塊地上建筑面積為19452m2，地下建筑面積為34523m2；07地塊地上建筑面積為24090m2，地下建筑面積為39623m2。施工也分兩期施工，兩塊地下建筑均為一層，局部設夾層，地下層高為6.3m，結構形式為現澆鋼筋混凝土框架結構，基礎為樁基基礎，底板為400mm。

1.2 工程地質概況

擬建場地位于長江三角洲入海口東南前緣，屬于濱海平原地貌類型。該場地地勢平坦，自然地面以下45.75m深度范圍內各土層沉積年代為全新世—晚更新世，由黏性土、砂性土組成，基坑開挖影響范圍內土層設計參數如表1所示。淺部地下水屬于潛水類型，主要存于淺部地層中，潛水水位埋深一般為0.3～1.5m，水位受降水、潮汛、地表水及地面蒸發的影響。

表1 基坑開挖影響范圍內土層設計參數

1.3 基坑概況

07地塊基坑面積為33230m2，基坑總長為877m，基坑開挖深度為5.95～6.35m。06地塊基坑面積為30973m2，基坑總長為728m，基坑開挖深度為5.45～6.95m。

1.4 基坑周邊條件

基坑東側為規劃道路，目前為擬建場地臨時道路，道路下已埋有管線；南側為馬橋中心河（無駁岸），河岸寬度為15m，河道峰時水位為相對標高-2.9m；西側為沙溪河（無駁岸），河道距基坑較遠；北側為蘇家港。

綜合該基坑開挖深度、地質條件、水文條件及基坑周邊環境，根據《基坑工程技術標準》（DG/TJ 08-61—2018），該基坑安全等級為三級，環境保護為三級。

2 基坑支護設計與施工實施

2.1 07地塊基坑支護設計與施工

目前，基坑工程中已存在各種成熟的支護結構形式，每種支護形式都有其適用范圍，在確定支護方案時，相關工作人員應綜合考慮基坑的工程規模（面積、深度）、周邊環境、工程水文地質條件、施工工序、工藝流程、工程經濟、工期長短等因素。

該項目的基坑特點如下：面積大，深度為5～12m，周邊有河道及道路，基坑距離建筑紅線較近。經設計、施工方詳細研究，認為采用有支撐的板墻支護方式較為合適。由于深度在12m以下，只在頂端設一道支撐即可，考慮土質情況，支撐形式只適合做內撐（受壓支撐），采用φ609mm斜拋鋼管撐。

（1）基坑支護設計。①圍護墻。采用五軸水泥土攪拌樁內插型鋼（SMW工法），攪拌樁型號為φ650mm@450mm，水泥摻量為20%，樁長為18m。型鋼規格為H500mm×300mm×11mm×18mm，間距為0.9m、長15m。坑內局部采用雙軸水泥土攪拌樁加固。②支撐系統。考慮到基坑平面規則，坑周邊設鋼筋混凝土冠梁（尺寸為700mm×1100mm），坑四角布置鋼管水平支撐，其余均設置斜拋鋼管撐（φ609mm×16mm），兩端支承在冠梁及中心島上的鋼筋混凝土底板上。

（2）基坑支護施工。先進行圍護結構施工，五軸攪拌樁基施工，并插入型鋼，同時在坑內進行雙軸攪拌樁及壓密注漿局部加固，坑四角施工水平支撐所用的鋼立柱。在攪拌樁頂部挖溝槽，施工混凝土冠梁，待混凝土強度達到設計要求后，安裝角部水平支撐。然后開挖中心島土方，澆筑斜拋撐留土范圍外基礎底板（含換撐支座），待底板混凝土達到設計強度后，安裝斜拋撐，并施加預應力為1000kN（分三級施壓），隨后可施工斜拋撐下基礎底板。待地下室底板及傳立帶區混凝土強度達到100%后方可拆除部分斜拋撐。在07地塊地下工程施工過程中，曾遭遇多次暴雨，因斜拋撐下留土不足及邊坡放坡較陡，曾多次出現變形較大等險情，不得不采取應急措施，保證施工安全。經統計，07地塊地下工程從圍護樁施工開始到地下建筑完工，最后到回填完成，施工實際用時438d。

2.2 06地塊基坑支護設計與施工

經總結07地塊基坑圍護、土方開挖、地下建筑的施工經驗教訓，并與設計、施工方共同協商研究，對于06地塊地下工程基坑支護，應對支撐方案做適當調整，采用內支撐，將斜拋撐鋼支撐改為前撐式注漿鋼管斜撐。

（1）基坑支護設計。①圍護墻。采用三軸水泥攪拌樁，內插H型鋼SMW工法，攪拌樁型號為φ850mm@600mm，水泥摻量為20%（在浜區水泥摻量提高3%），樁長15m。H型鋼規格為H700mm×300mm×13mm×24mm，長15m。坑內用雙軸攪拌樁φ700mm@500mm加固。②支撐系統。由于坑內平面形狀規則，支撐仍采用鋼筋混凝土冠梁（尺寸為1200mm×900mm），四角設φ609mm×16mm鋼管水平支撐，其余采用前置注漿鋼管φ325mm×10mm，長21m，在坑深-8.20m區采用φ377mm×10mm鋼管。鋼管斜撐與水平面夾角為45°，鋼管注漿水灰比值為0.55。注漿要求：單根水泥用量不小于5t，最終注漿壓力不小于1.5～2MPa，注漿完成后，鋼管內填滿級配砂石及水泥漿。設計要求：注漿鋼管需進行荷載試驗，數量為3根，φ325mm×10mm極限承載力為810kN，φ377mm×10mm極限承載力為925kN。

（2）基坑支護施工。①圍護墻。采用三軸攪拌樁插入規格為H700mm×300mm×13mm×24mm的型鋼（SMW工法）施工，攪拌樁水泥摻量為20%，暗浜區域水泥摻量為23%，同時對坑內局部采用φ700mm@500mm雙軸攪拌樁加固。按基坑支護設計施工圖進行前撐式注漿鋼管的施工，具體施工流程如下：孔位放線→機械手打入鋼管→填碎石插入注漿管→注漿。②鋼管加工與安裝。鋼管可采用兩、三節鋼管連接，其連接可采用焊接方式。鋼管端部設置注漿段，管底部用樁尖封閉，端部每隔300mm按梅花形布置出漿孔，孔徑為6～8mm，出漿孔外側設置角鐵倒刺。鋼管頂部可與冠梁連接，端部連接區焊φ25mm鋼筋，梅花形布置。③成孔與灌漿。鉆機斜向（與水平面所成角度為45°）預先成孔，孔徑大于鋼管直徑40～60mm，其深度可根據場地土層情況決定，引孔到其深度后就可將鋼管沉放到位，然后采用機械手將其振入至設計樁深度，隨后應立即跟蹤灌漿。灌漿采用三次注漿工藝，第一次注漿量為設計注漿量的60%，第二、第三次注漿量均為設計注漿量的20%，每次注漿間隔時間為1.5～2.5h，注漿流量控制在20～40L/min，注漿最終完成的標準以單根樁水泥用量和最終注漿壓力控制，單根樁水泥用量不少于5t，最終注漿壓力不小于1.5～2.5MPa。注漿完成后，鋼管填滿粒徑為20～40mm的級配碎石，并用純水泥漿液灌滿。配筋墊層采用雙向環抱箍筋與前撐注漿鋼管滿焊連接。鋼管樁施工精度要求：定位誤差應小于50mm，傾角誤差應小于5°，長度誤差應小于100mm，標高誤差應小于50mm，注漿速度不超過50L/min。④鋼筋混凝土冠梁澆筑。在四角部冠梁上安裝φ609mm鋼管水平支撐，待混凝土強度達到設計要求后，就可分層分塊開挖土方，再施工基礎底板，只有底板與傳力帶混凝土強度達到100%設計強度后，方可拆除支撐。經統計，06地塊地下工程從前置注漿鋼管施工到地下建筑完工，最后到回填完成，實際施工用時為360d。

3 基坑支護形式比較

該工程分06地塊與07地塊，兩個地塊的地下建筑均為一層，面積相近，層高相似，基坑大小、深度基本相同，基坑周邊環境及土質情況也相同。基坑支護也是采用相同方案，只是07地塊采用的是傳統鋼管斜拋撐，而06地塊采用的是前置注漿鋼管支撐，對比這兩種形式的施工，其結果有以下區別。

3.1 安全性

07地塊采用傳統斜拋撐支撐，施工中由于斜撐下留土高度及放坡現場施工未完全按圖紙施工，且遇到雨季施工，雨布鋪蓋難以完全到位，導致鋼支撐安裝前，容易出現水土流失現象，土體出現滑坡，圍護板墻變形較大（圍護墻頂水平位移監測達到126mm），雖然采取了應急措施，避免了事故的發生，但是一旦現場管理不到位，則該支撐體系極易存在安全隱患。

3.2 施工工期

由于傳統的斜拋撐支護方案必須等中心島土方開挖、地下室底板施工完成，并待其混凝土強度達設計強度的80%后，方可安裝斜拋撐，開挖拋撐下方土方，這對整個地下工程施工工期影響較大。兩個地塊基坑大小、深度相差很小，但斜拋撐下方底板施工要等支撐下端部底板強度達到設計強度后才能開始施工，導致施工工期顯著延長，兩個地塊施工用時相差超60d。

3.3 施工管理

在基坑支護施工階段，由于傳統斜支撐需要先施工中心島，再施工拋撐下底板，導致兩個底板增加了一條施工縫，如果現場質量管理不到位，新增施工縫極易引發底板漏水，導致出現質量問題；而前置鋼管施工斜撐下底板是一次性施工，不存在此質量安全隱患。

3.4 綜合經濟效益

從施工方提出的工程報價來看，同一基坑采用兩種支撐基坑支護時，工程費用方面，斜拋撐支護成本為425.87萬元，前置鋼管支護成本為500.69萬元。雖然傳統斜拋撐工程造價較低，但是斜拋撐由于工序較多，鋼管撐必須待中心島底板混凝土達到設計強度后方可安裝，造成工期大幅度延長。該工程前后相差2個月的工期，從財務成本、管理成本和提前竣工的經濟效益及優勢上來看，前置鋼管支護能顯著彌補其前期報價略貴的不足。

4 改進建議

總結該項目的施工經驗發現，在安放前置注漿鋼管時，時常發生前置鋼管與基礎樁基相碰或與集水井相碰的情況，為此建議支護設計不要均勻布置前置鋼管，應該根據樁基圖紙適當調整間距，避開工程樁和集水井。另外，建議根據地質條件適當加長前置鋼管，這樣可以提高每根前置鋼管的承載力，減少前置注漿鋼管總數，既可盡量減少與工程樁相碰的情況，也對地下室防水有利。雖然鋼管與地下室底板、外墻相接觸處均設置止水鋼板，但是仍存在薄弱點，即存在滲漏隱患，而減少鋼管根數對其則是有利的。當然，前置鋼管布置改變或根數減少時，基坑周邊的冠梁尺寸與配筋也應隨之調整。對于大型地下工程施工，建議采用BIM技術管理，這樣可以實現全面、立體化管理，既可避免前置鋼管與工程樁相碰，又可分區進行施工，有利于確保施工質量，加快施工進度。

5 結論

（1）優化基坑支護方式。作為建設方，在進行地下工程施工時要認真與地質勘查單位、地下結構設計及基坑支護設計人員、施工方共同商討研究。目前國內成熟的基坑支護形式不少，但每種支護形式都有其特殊的適用范圍，故應充分了解項目的地下建筑結構形式、地質水文條件、基坑周邊環境情況，再根據以下依據選擇最佳方案：①支護技術可靠性、先進性的評定；②對周邊環境影響程度的評價；③支護施工工期的長短；④綜合經濟效益。

（2）對于大型地下一層建筑工程，前置注漿鋼管基坑支護形式是較佳的基坑支護方案。根據該項目地下工程施工積累的經驗，從安全性、施工工期、施工技術及綜合經濟效益等方面看，前置注漿鋼管支撐的基坑支護形式適用于軟土地基且地下水位高、周邊環境復雜、臨近有建筑物、周邊有道路且埋有管線的區域。采用這種支護方案的優點是安全性高，施工工藝簡單且靈活，工期短，經濟效益顯著，比采用深層水泥土攪拌樁重力壩、灌注樁的基坑支護工程造價低得多，通常可降低造價25%。另外，采用SMW工法樁加前置注漿鋼管在施工后又可進行回收，不僅能降低成本，而且低碳環保。