超深基坑支護選型及地下連續墻施工技術應用

白志廣

【摘要】廣東省白鵝潭國際金融中心項目處于廣州市荔灣區芳村大道與花地大道交叉路口西北角，針對廣州市荔灣區白鵝潭項目選址處地質條件和周邊環境，緊鄰兩條市政道路，旁邊有地鐵施工。綜合考慮基坑支護的安全性、經濟性等因素，深基坑支護設計使用地下連續墻和墻內支撐的方式為基坑外側作支護，出土坡道采用放坡+土釘+掛網噴錨的支護形式。

【關鍵詞】超深基坑；地下連續墻；基坑支護

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021. 26.060

1、工程概況及場地地質條件

本項目地下五層，地上64層，高度286米，建筑面積267461平方米，基礎開挖深度25.3米。25.3米深度內主要為填土、淤泥質土、細砂、粉質粘土、全風化中風化微分化泥質粉砂巖，本工程巖面較淺地下8米見巖。

2、周邊道路及建筑物

場地北側：紅線外為老舊民房建構筑物群，天然基礎，包含一棟文物保護房，年代久遠。該側含生活供水管，距離本地下室邊線最近約7m。

場地東側：該側含現狀地鐵1號線芳村站和規劃地鐵22號線終點站，其中現狀地鐵1號線芳村站距離本地下室邊線約60m，規劃地鐵22號線終點站邊線距離本地下室邊線4m。

場地南側：該側含在建管廊盾構及工作井、規劃地鐵11號線盾構段、規劃地鐵28號線站臺、規劃地鐵22號線客流出入口，其中在建管廊盾構距離本地下室邊線約6.8m，在建管廊工作井采用地下連續墻加內支撐方式進行支護，距離本地下室邊線約4m，規劃地鐵11號線盾構段距離本地下室邊線約26m，規劃地鐵28號線距離本地下室邊線約59m，規劃地鐵22號線客流出入口后期與本項目地下室連通場地西側：為現狀空地、停車場。

3、基坑支護的常用類型、特點和適用范圍

3.1 放坡開挖

放坡適用范圍：周圍場地不受限制，工程造價最便宜，回填土方較大。

3.2 深層攪拌樁圍護墻

深層攪拌樁圍護墻是采用深層攪拌機就地將土和水泥漿強行攪拌，形成連續搭接的水泥土柱狀擋墻。

水泥土圍護墻優點：坑內一般無支撐，便于使用機械化進行快速挖土；具有止水、擋土的雙重功能；一般情況下較經濟；施工中振動小、噪音小、污染少、擠土輕微，適合在鬧市區內及夜間施工。

水泥土圍護墻的缺點：位移相對較大，特別是在基坑長度大時，為此可采取中間加墩、起拱等措施以限制過大的位移；其次是厚度較大。

3.3 高壓旋噴樁

高壓旋噴樁所用材料為水泥漿，是利用經過旋轉的高壓噴嘴將水泥漿噴入土體與土體混合形成水泥土加固體，相互搭接咬合形成排樁，用來止水和擋土。高壓旋噴樁的造價要高于深層攪拌水泥土圍護樁。

高壓旋噴樁優點：施工設備結構緊湊、機動性強、體積小、占地少，并且施工機具的振動很小，噪音較低，對周圍建筑物不會帶來振動影響和產生噪音等環境公害，空間較小處也可使用。

缺點：施工中需要排出大量泥漿，容易引起污染。地下水流速過大的地層、無填充物的巖溶地段永凍土、對水泥有嚴重腐蝕的土質、噴射的漿液無法在注漿管周圍凝固，均不宜采用高壓旋噴樁施工。

3.4 槽鋼鋼板樁

鋼板樁圍護墻，由槽鋼正反扣搭接并排組成的圍護墻。槽鋼長一般6～8m，具體型號計算確定。

優點：有良好的耐久性，基坑回填土后可將槽鋼拔出再次使用；工期短，施工方便。

缺點：由于槽鋼正反搭接不能擋水和土中的細小顆粒，在地下水位高的地區需采取降水措施；抗彎能力較弱，一般用于深度不大于4m的較淺基坑及溝槽，頂部一般設置一道支撐或拉錨；支護剛度小，變形較大。

3.5 鉆孔灌注樁

鉆孔灌注樁圍護墻是較深基坑支護中最常用的一種。深度一般在坑深7m～15m的深基坑工程，樁與樁之間主要通過樁頂冠梁和圍檁形成整體。

優點：施工時無振動、無噪音等公害，無擠土現象，對周圍環境影響較小；墻身強度高，剛度大，變形小，支護穩定性好。

缺點：整體性差，需要冠梁和圍檁連成整體。樁間縫隙易造成水土流失，在高水位軟粘土質地區更容易造成水土流失，需根據工程實際條件采取注漿、水泥攪拌樁、旋噴樁等方式解決擋水問題；鉆孔灌注樁適用于軟粘土質和砂土地區，但在砂礫層和卵石中由于施工困難要慎用；在重要地區，特殊工程及開挖深度很大的基坑中應用時需要特別慎重。

3.6 地下連續墻

通常連續墻的厚度為600mm-1000mm，也有厚達1200mm-1500mm的，以前較少使用，現在逐步增多。

優點：剛度大很少產生水平位移，止水效果好，最強的支護型式，適用于地質條件差、地質復雜，基坑深，周邊環境要求較高的基坑。

缺點：需要專用設備施工，造價較高。

3.7 土釘墻

土釘墻是被加固土體中埋入土釘附著在破面土體的砼面形成的墻體。其作用與上述圍護墻不同，是一個類似重力式擋土墻，土釘墻是起主動嵌固作用，增加穩定性，土釘鉆孔植入或直接打入，土釘多數為鋼筋也有型鋼。北方土質較好，北方常用，一般用于10m以下的深基坑。

優點：穩定可靠、操作方便、施工速度快、成本低、效果好廣為推廣。

4、方案選擇

經過方案比對和支護類型的分析，本工程采用深基坑支護設計使用地下連續墻和墻內支撐的方式。基坑支護作用確保周邊環境和施工環境的安全。如圖1。

5、基坑支護設計

5.1 地連墻設計概況

本項目五層地下室，挖深約25.3m，支護周長約460m，地連墻79副，共計地連墻14668.72m3，入巖量達8850.14m3，入巖比例達60%；立柱樁64根，旋挖立柱樁1577.13立方米，水泥攪拌樁19223m。三道內支撐，錨桿2520m。本工程立柱樁采用360型號旋挖樁機成孔，成孔樁徑1200mm平均成孔深度30m，入巖量999.82立方米，入巖比例達63%。

地下連續墻延建筑物周邊設置按永久結構設計，地下連續墻厚度1.0m，成槽采用液壓銑槽機，墻身深度約32m，單元槽段的長度最大為4～6m，入巖率為60%，地下連續墻的抗滲等級為p10，采用雙面對稱配筋。地下連續墻的防水等級為二級。地下連續墻和壓頂梁均為C30砼，導墻為C25砼。

5.2 攪拌樁設計概況

攪拌樁直徑為600mm，攪拌樁采用四噴四攪的施工方法。

5.3 立柱樁設計概況

采用鋼立柱和直徑1.2m的混凝土澆灌制成，其中鋼立柱采用560×150×12的鋼板4塊為一組，每隔600mm放置一組，L160×14的角鋼4塊長度為每根鋼立柱所需長度，焊接成650mm的正方形；立柱樁采用鉆孔灌注樁，樁身混凝土采用C30。支撐立柱樁共計64根，平均樁長為30m。

5.4 插筋、土釘墻、噴錨設計概況

本工程出土車道采用放坡+土釘墻+掛網噴錨支護形式。放坡（1：0.5）插筋采用}16mm鋼筋打入式施工，并與通長的加強筋焊接連接，單面焊10d，鋼筋網與加強筋采用綁扎連接；放坡（1：1.5）采用打入式Φ48鋼花管錨桿。采用等級C20砼，厚100mm，掛網φ8.0@250×250，砼面層及鋼筋網須向上翻過基坑頂1米，以形成護坡。

5.5 內支撐設計概況

本工程的壓頂梁、立柱基礎混凝土、腰梁、支撐梁混凝土強度等級均為C30，保護層厚度35mm。

6、總體施工順序

根據本工程的工期目標、基坑支護施工圖紙的內容及現場施工條件等因素，制訂出本工程各階段的主要施工順序，具體施工程序如下圖2所示。

7、施工標段劃分及施工流向

基坑超前支護施工階段：

由于本工程場地較大，基坑東側緊鄰規劃地鐵22號線，東側地連墻外側除需采用格柵式攪拌樁加固，為了加快本工程施工進度，我司在基坑超前支護階段擬將地連墻施工劃分為1區地連墻、2-1區地連墻（外側為雙排攪拌樁）、2-2區地連墻（外側為格柵式攪拌樁）三個區域，具體劃分情況及工程量如下表1、下圖3所示：

8、總體施工方法

各分項工程施工方法：

（1）采用液壓抓斗機施工地下連續墻上部土層段，刷壁器平整墻壁，巖層段施工采用雙輪銑槽機成槽，吊車吊放下入鋼筋籠，墻身采用商品砼灌注，水下導管回頂法灌注墻身砼。

（2）立柱樁采用旋挖樁機成孔、鉆筒清渣、吊車吊放下入鋼筋籠、格構柱，樁身采用商品砼灌注，水下導管回頂法灌注樁身砼。

（3）水泥攪拌樁采用攪拌樁機成樁，施工工藝為“四噴四攪”。

（4）內支撐采用人工挖槽、綁扎鋼筋、支模板、澆筑砼，并及時養護。

（5）掛網噴射砼采用噴射混凝土機噴射面層混凝土。

（6）鋼花管采用錨桿鉆機成孔，高壓注漿泵注漿。

（7）內支撐拆除采用靜爆方式施工。

9、地下連續墻施工

9.1 概述

地下連續墻延建筑物周邊設置按永久結構設計，使用年限50年。地下連續墻厚度1.0m，墻身深度約32m，單元槽段的長度最大為4～6m，入巖率為60%，共計79幅，地下連續墻的抗滲等級為p10，采用液壓抓斗成槽和雙輪銑配合施工。

9.2 施工順序與施工流向

施工順序：本項目劃地連墻分為一區和二區，2個區段獨立作業，其中二區又劃分為2-1區和2-2區，先施工2-1區再施工2-2區。

施工流向：一區、二區均按照按由北向南推進施工。

施工流程：

（1）施工格柵式攪拌樁加固，再施工地下連續墻、立柱。（與地鐵22號線協調施工）。

（2）土方開挖至冠梁底下施工冠梁、蓋板。（與地鐵22號線協調施工）。

（3）分層開挖土方至下一道支撐梁底，施工腰梁和支撐梁。

（4）待腰梁和支撐梁混凝土強度達到設計強度的75%后，分層開挖土方至第二道支撐梁底，施工腰梁和支撐梁。

（5）待腰梁和支撐梁混凝土強度達到設計強度的75%后，分層開挖土方至第三道支撐梁底，施工腰梁和支撐梁。

（6）待腰梁和支撐梁混凝土強度達到設計強度的75%后，施工底板。

9.3 施工工期安排

本工程地連墻施工階段總工期為80日歷天，其中導墻澆注工期為30日歷天，地連墻施工在導墻澆注5天后即可開始施工，安排75日歷天；泥渣外運與地連墻施工同時進行，安排75日歷天。

9.4 施工機械配備計劃

（1）地下連續墻采用1臺上海金泰SG70液壓抓斗對土體成槽和1臺徐工XTC80/55雙輪銑槽機進行巖層施工、2臺寶峨BG30旋挖鉆機配合施工，成槽機施工效率為1天1副，雙輪銑施工效率為1天1.5副。

（2）鋼筋籠一次焊接加工成型，180t、100t履帶吊各一臺配合用整體下放入槽（抬吊法）。

（3）其他輔助施工機械主要為2臺刷壁器、2臺泥漿凈化裝置、2輛挖掘機、1輛泥頭車、2臺泥漿運輸車及鋼筋加工機械等。

9.5工藝流程（如圖4）

9.6 施工工藝及方法

1.測量放線

根據基準點相關數據，在現場布置測量控制點，報驗合格后，再進行軸線放樣。

2.導墻制作

10？地下連續墻成槽施工

本工程地下連續墻施工入巖較多，采用“多首開、少連接”的施工成槽方法，旨在減少入巖施工帶來的成槽偏差，進一步地減少累計誤差。

（1）土層—液壓抓斗成槽施工

1）槽段劃分

2）槽段放樣

3）槽段開挖：槽段使用專用成槽機施工。

①成槽機垂直度控制

成槽前成槽機保持水平，成槽過程中液壓抓斗配有縱向糾偏裝置，保證垂直度。

②成槽挖土順序

槽段按照先兩端后中間的施工順序進行。

先挖單孔，后挖隔墻。

C、槽段挖到深度后，再沿槽的長向套挖幾次。抓斗成槽時產生凹凸面需要整平，確保槽段橫向平直。

D、槽段挖到設計深度后進行槽底沉渣。

③成槽挖土

抓斗入槽、出槽時要慢速進行，垂直度偏差及時糾偏。為了達到導墻內泥漿不受土體污染的目的在導墻內兩端插入雙向閘板再進行槽段挖土。

4）槽深測量及控制

5）槽段檢驗

槽段的檢查內容包括的槽段深度、水平位置、壁面和端面垂直度。

（2）巖層—雙輪銑成槽施工

1）按照設計槽段6m長度施工，轉角處與特殊部位按設計單獨劃分。開槽前做好槽段編號核對、分界線等施工記錄。

2）槽段施工時采用隔倉開挖的方法，銑槽機先銑兩端，再銑中間剩余部分。銑槽機工藝在銑槽過程中進行漿、砂、巖分離出槽，此工藝根據氣體反循環原理對槽內泥漿進行凈化除砂。（如圖6）

3）鋼筋籠制作控制要點

本工程地下連續墻的鋼筋籠分為“一”、“V”和“L”型。

4）制作平臺

根據現場的條件和成槽設備的臺數，制作一個鋼筋加工平臺，平臺尺寸為8m×35m，根據鋼筋間距，插筋、加固筋、預埋件、及鋼筋連接器位置標出控制標志，保證預埋件、鋼筋籠的精度。

5）鋼筋籠吊裝加固

鋼筋籠面積較大，剛度較小，為確保起吊時的剛度和強度通常在鋼筋籠內部按照設計要求設置鋼筋行架。鋼筋籠的吊裝采用整幅成型的方式吊裝入槽。

（3）鋼筋籠吊放和起吊設備選擇

本次驗算選“一”型幅寬最大，籠長32.3m，單幅地墻（6米寬）鋼筋籠重約32t（含工字鋼），加上吊鉤及鋼絲繩鎖具等重量約為3t，吊裝總重量合計約為35t。

經過計算用180t和100噸各一臺履帶吊配合抬吊。180t主鉤吊鋼筋籠頂端，100t副鉤吊鋼筋籠中間，主副鉤一起工作，緩慢吊起鋼筋籠離開地面，控制好鋼筋籠的垂直度，隨時觀察鋼筋籠的變形情況，緩慢入槽嚴控標高。鋼筋籠放到為后，用專用扁擔擱置在導墻上，通常用槽鋼現場制作。

（4）置換、清孔

1）沉淀法清孔

因為泥漿粘度，泥渣、砂在沉降過程中會受到阻滯，沉到槽底需要一段時間，通常待泥渣、砂沉降1小時之后開始清底（沉淀法），用液壓抓斗挖除沉渣。

2）導管法置換泥漿進行二次清底

若安裝完鋼筋槽段底部沉渣比較厚，用導管法置換泥漿進行二次清底。

3）刷壁

①為了槽段之間良好連接提高接頭處的抗剪和抗滲性能防止滲漏，連續墻接頭處對先干槽段按縫進行刷壁清洗，刷壁必須在清孔之前進行。

②刷壁清孔換漿后的出口泥漿指數應達到：比重<1.25%，含沙率<6%，粘度<25S。

4）沉渣厚度檢測

在地連墻混凝土澆筑之前，要檢測槽底沉渣厚度，并保證沉渣厚度小于100mm，如果不符合要求，應重新清孔，直到合格。

（5）混凝土灌注

1）本工程槽段混凝土標號為C30P10商品砼。

2）澆筑砼采用雙導管同時澆筑的施工方法，導管均選用直徑為300mm的圓形螺旋接頭導管，為了方便施工在導管頂端安裝圓形或方形漏斗。

3）混凝土澆注前要保證坍落度合格，并留好試塊。一幅槽段留三組試件，其中一組為抗滲試件兩組為抗壓試件。

結語：

對于開挖深度大，沒有工作面，穩定性要求高的深基坑，經工程實踐證明，選用地下連續墻及內支撐方案，經濟、可靠。

本工程地下連續墻支護施工時間三個月時間，取得了較好效果、為類似工程提供依據。

參考文獻：

[1]朱吉新.淺析基坑支護方式相關質量進度安全控制.《湖南省土木建筑學會施工專業學術委員會2016年學術年會》，2016-10-01.