軟土地區鄰地鐵深基坑支護設計及施工控制

孫仲謀，卜世龍，胡偉明，徐 航，常運華，呂玉寶

（1 中建宏達建筑有限公司，北京 100043；2 天津大學 水利工程仿真與安全國家重點實驗室，天津 300072）

0 引言

我國東南沿海軟土地質廣泛分布，隨著這些地區大、中城市的不斷發展，各種地下建筑以及相應的深基坑工程得到了迅速地發展，環滬經濟圈近年來多個超高層深基坑項目確定施工。在軟土地區，由于土層承載力不足，基坑工程尤其是深基坑工程往往要根據工程實際情況采用不同的基坑支護措施。基坑支護工程是基坑工程中的核心問題之一，也是地下工程的中的熱點問題，許多學者和工程師都在基坑支護工程這一問題上進行了廣泛的研究［1］。

本文以蘇州市某一臨地鐵深基坑工程為例，介紹了該工程的支護設計及施工質量控制措施，總結了施工過程控制要點，供相關工程人員參考。

1 工程概況

1.1 地理位置

案例項目（以下簡稱為“本工程”）位于江蘇省蘇州市工業園區，現代大道以北，思安街以東，毗鄰金雞湖，緊鄰蘇州地鐵 1 號線，與東方之門隔湖相望，項目平面圖如圖1 所示。

圖1 項目平面圖

1.2 周邊環境

本工程場地周邊環境復雜，北側為已完成的高層建筑物，地下室 2 層；東側為已完成的超高層建筑物，地下室 4 層；西側為在建的深基坑超高層工程，地下室 4 層；南側緊鄰在運行的蘇州地鐵 1 號線，基坑邊距離地鐵站房近 5.9 m，基坑邊緊鄰地鐵風井，且部分地鐵咬合樁位于基坑內。同時本工程位于城市核心區域，管線分布密集、復雜，管線分布情況如表1 所示。

表1 項目周邊管線分布情況

根據相關方提供資料顯示，地鐵咬合樁南側肥槽填充為素土，但現場實際鉆探后顯示情況如下。

1）原咬合樁上部圈梁已經不在，推測市政道路為埋設管線已經清除圈梁；

2）鉆孔揭露原地鐵咬合樁南側存在寬 2.2 m，高1.2 m 的環梁；

3）鉆孔揭露原地鐵咬合樁南側回填不是素土，而是混雜建筑垃圾混凝土碎塊和鋼筋；

4）鉆孔在鉆進到第二道環梁處，打壞 3 個金剛石鉆頭，無法繼續取芯鉆進。

1.3 地質情況

根據本次勘探揭露，結合區域地質資料，除層①雜填土為新近堆積土外，其他各土層主要為 Q 3～Q 4 土層，圖2 為場內典型地質剖面圖。

圖2 典型地質剖面圖

勘探范圍內，本工程紅線內的地下水主要有潛水、微承壓水以及承壓水。潛水主要賦存于土層①雜填土中，主要補給為地表水體側向補給及大氣降水垂向補給，主要排泄途徑為自然蒸發，水位的季節性明顯，穩定水位標高為 1.24～1.58 m；微承壓水主要賦存于土層④1粉土夾粉砂以及土層 ④2粉砂中，主要補給途徑為徑流及越流補給，穩定水位標高 -0.90～-1.31 m；承壓水上段含水層主要為土層⑧2粉質黏土夾粉土層，該含水層的補給來源主要為地下徑流補給以及下段承壓水的越流補給，主要排泄途徑為地下徑流及人工抽吸，穩定水位標高在-2.04～-2.13 m。

1.4 工程特點

1）場地狹小，基坑超深。基坑面積約 6 900 m2，且周圍均為成熟商旅場所，場地無法外延，可用場地極其狹小；基坑底普遍標高為 -19.2～-21.6 m，最深位置達到 -27 m，屬于超深基坑。

2）工程受承壓水影響。尤其是④層中含有豐富的微承壓水層，對降水工程要求高。

3）要求的安全等級高。基坑緊鄰運營中的地鐵線路，且基坑周邊存在眾多市政管線，對基坑的變形控制要求高。

2 支護設計

依據本工程特點，本工程基坑采用地下連續墻作為圍護結構，五道鋼筋混凝土內支撐作為支護結構的組合支護型式。

2.1 圍護結構

本工程采用地下連續墻作為基坑的主要圍護結構，應用 MJS 對地鐵側地連墻接縫進行加固，應用 RJP 對非地鐵側地連墻接縫進行加固，地連墻內外均設置三軸攪拌樁進行槽壁加固；在風井周邊以及塔樓坑中坑位置設置灌注排樁；地鐵側增打三軸攪拌樁進行土體加固，西北承臺區域及坑中坑區域增打高壓旋噴樁進行加固。圍護結構平面圖如圖3 所示。

圖3 圍護結構平面圖（單位：mm）

2.2 支撐結構

本工程采用五道鋼筋混凝土支撐型式，整體支撐采用井字形對撐型式，首道混凝土支撐兼做棧橋為現場提供作業空間，首道支撐至第五道支撐中心標高分別為 -1.0、-5.0、-8.9、-12.8、-16.6 m，支撐梁截面高 700～800 mm，寬 800～1100 mm，圍檁截面高700～800 mm，寬 1 100～1 300 mm。首道支撐如圖4 所示，第 2～5 道支撐如圖5 所示。

圖5 第 2～5 道支撐平面圖

2.3 降水設計

本工程共布設管井 48 口，其中疏干井 28 口，備用降壓井 9 口，另外在基坑外側布設 11 口觀測并兼回灌井，井位布置圖如圖6 所示。在進行土方開挖過程中通過疏干井及降壓井控制坑內水位始終在開挖面以下 1～2 m。因項目周邊環境敏感建筑物較多，尤其是基坑南側緊鄰地鐵，坑外設置應急回灌井，應急狀態按需回灌，采用自動控制裝置根據周邊同層觀測井水位變化情況控制回灌運行與否及回灌壓力，回灌壓力不得超過 0.1 MPa。

圖6 井位布置平面圖

2.4 監測要求

本工程開挖深度深，周邊環境保護要求高，基坑支護設計安全等級為一級，基坑監測等級為一級，施工全過程必須進行對圍護結構及周邊環境情況進行綜合性的現場監測，根據監測結果動態管理調整。本工程的監測報警值如表2～4 所示。

表2 基坑普遍監測報警值 mm

表3 鄰近地鐵側監測報警值 mm

表4 地鐵結構監測報警值 mm

3 施工控制技術

根據前述本工程特點，針對重難點制定針對性措施，并對本工程施工經驗進行總結，結合現場實際情況提出合理的優化建議，為同類型工程施工管理人員提供參考和幫助。

3.1 施工重難點及針對措施

1）重難點。由于鄰近地鐵，受風井及地鐵圍護的影響，本工程地連墻存在較多異形地連墻，部分異形槽受場地限制必須采用“一槽兩籠”的施工方案。

針對措施。成槽時注意加快成槽速度，第二幅鋼筋籠下籠時在允許范圍內與已下放到位的第一幅鋼筋籠拉開一小段距離，下放過程中逐漸推移至設計位置，最后一次性澆筑混凝土［2］，兩籠相接位置采用“公母槽”型式，使得兩套鋼筋籠可以進行有效嵌扣。

2）重難點。緊鄰運營中的地鐵 1 號線星湖街站，且基坑四周均為市政道路，道路下存在眾多市政管線，安全等級高。

針對措施。針對每一項施工工藝，均嚴格按照設計及規范要求，確保施工質量。成立管線監護小組，落實監控檢查體系，在大門出入口上面鋪設兩塊 20 mm 厚的鋼板，減少車輛局部荷載過大。

3）重難點。本工程地連墻深度達到 51 m，屬超深地連墻，鋼筋籠吊裝及地連墻接縫處理難度大。

針對措施。鋼筋籠用大噸位履帶吊整體吊裝，選用 350 t 主吊機、200 t 副吊機抬吊，由主吊機將鋼筋籠入槽。地連墻采用 H 型鋼接頭，并采用 0.25 mm 厚鍍鋅鐵皮固定在 H 型鋼兩側，防止混凝土繞流，保證地連墻接縫處施工質量，同時加強 RJP、MJS 的施工質量管控，控制注入水泥漿水灰比≤0.4 并摻入適量微膨脹劑。

4）重難點。結合土方開挖分區分塊順序，快速封閉支撐系統，縮短無支撐暴露時間。

針對措施。支撐隨土方開挖進行，做到隨挖隨撐，快速封閉。在最后一皮土方開挖時增大墊層厚度并對墊層進行配筋，使得墊層在筏板未澆筑完成前承擔部分支撐作用。

3.2 施工經驗總結

1）支護樁施工須與結構樁施工做好工序穿插。在灌注樁成孔過程中，垂直度是十分重要的質量控制參數，在軟土地區樁機鉆進過程中受土層軟硬影響較大。若先全部完成結構樁施工，再進行支護樁施工，則在支護樁施工時，原結構樁施工過的區域樁頂面上方空孔土質松軟、有效樁身區域土質堅硬，支護樁成孔時鉆頭會向質地軟弱的土層方向偏移，垂直度控制困難。建議支護樁施工與結構樁施工同步穿插進行，確不能同時施工的，臨近支護樁的結構樁上方空孔應采用 C15 混凝土回填。

2）深坑區域灌注樁由于空鉆長度過大，施工時須對每根樁的樁頂以上成孔時造成的空孔間隔采用 C15素混凝土填充并澆至地面標高，防止地面塌陷。

3）灌注樁成孔過程中，鉆進砂土層時，因自然造漿差，泥漿注入時，在孔口部位適當加入膨潤土粉，增強泥漿稠度。保持泥漿粘度必須＞22 s，泥漿比重應控制在 1.20～1.30 之間，以便攜帶砂子或泥塊，保證孔壁穩定。

4）鉆孔灌注樁的鋼筋籠上可設置倒鉤，在混凝澆筑時控制混凝土坍落度在 160～200 mm，在根部澆筑時控制混凝土灌注速度直到混凝土澆筑至鋼筋籠根部以上 3 m，可以有效防止鋼筋籠上浮。同時須避免導管勾帶鋼筋籠，出現時，應緩慢回轉，上、下串動脫勾。

5）三軸攪拌樁施工時應連續施工，若出現中途停漿，為確保攪拌樁連續性，須在重新壓漿前回退三軸攪拌機 0.5 m。

6）地下連續墻施工時工字形型鋼槽段接頭處應設置止漿鐵皮防止混凝土繞流，止漿鐵皮從工字形型鋼邊往外長度≥ 1 250 mm，止漿鐵皮厚度 0.5 mm。

7）地連墻的特殊型槽段比“一”字型槽段在成槽過程中易發生槽壁坍方，所以在異型槽段施工中要采取相關措施保護槽壁穩定，盡快成槽并注意槽壁邊的荷載控制。若發生輕微坍塌可加大泥漿比重以抑制坍塌發展，若發生嚴重坍槽要回填粘土重新施工。

8）可在成槽機抓斗上固定一鋼板彎鉤，當抓斗出現卡頓時，可用吊車吊住彎鉤與成槽機配合拎出抓斗。

9）土方開挖分塊需要與鋼筋混凝土水平支撐相結合，從而確保水平支撐能夠做到隨挖隨撐，盡早形成對撐以達到控制基坑變形的目的。本工程土方開挖與水平支撐結合考慮的問題已在宗軍良的研究中進行了闡述。

10）土方開挖前一周須進行預降水試驗。預降水期間，若發現坑外四周潛水、（微）承壓水水位有異常下降則應首先進行坑外止水堵漏，地鐵測采用 MJS 封堵，非地鐵側采用 RJP 封堵。然后降水，再觀測坑外水位無異常后才能進行開挖。

3.3 現場優化

1）現場實際揭露的地鐵咬合樁情況與相關單位提供情況有差異。原設計計劃對該區域進行咬合樁清障，并重新在南側進行咬合樁補打。但現場實際拔樁打樁難度大于預期且不確定性增大，將對地鐵運營安全造成威脅。經現場實際研判后，認為該區域支護施工難度大、危險性不確定性大，最終經過與設計商定，支護內收避讓咬合樁，確保地鐵安全，同時節約清障費用 120 萬元。

2）傳統的支護施工中垂直材料運輸基本考慮使用汽車吊進行運輸，但本工程對這種基坑深度大、場內空間緊張的項目來說，長時間、多臺班地使用汽車吊進行材料垂直運輸，會嚴重占用現場場地，同時會產生較大的垂直運輸成本，對工序協調穿插也具有消極影響。經現場研討，本工程在支護施工階段即啟用一臺塔吊，大量節省了汽車吊使用的臺班，對縮短工期及節約成本均具有積極意義。

3）一道水平支撐施工完成后，需要等待所有水平支撐強度達到設計要求強度才能進行下一階段的施工，這往往會帶來一段較長的施工間歇。在施工過程中可以考慮在最后一段水平施工中提高混凝土標號，使得其可以盡早達到設計要求，進而可以縮短整體工期。

4 結語

1）本工程屬于緊鄰地鐵的超深基坑工程，在地下空間開發完備的城市屬于典型項目。如何控制此類項目支護施工質量，進而確保基坑安全以及周邊環境的安全是值得深入研究的。

2）支護工程伴隨整個地下室施工階段，因此在支護設計過程中，尤其是立柱樁及降水井的布設位置要充分考慮原結構已有結構位置，如結構墻體、主梁、水溝、樁基礎以及后澆帶等。

3）本工程地下室施工過程中基坑變形值超過了設計要求的變形控制值，但基坑整體仍處于安全狀態，且周邊建筑管線均未出現破壞跡象，這說明本基坑的變形控制值是偏于保守的。

4）支護的設計施工并非是一成不變的，依據現場實際揭露的地質條件，合理地逐步完善支護設計、施工方案是十分有必要的。

5）基坑施工階段的垂直運輸一般采用臨時汽車吊，此方案的成本大且會對本就十分緊張的場地布設產生較大的負面影響，本工程在基坑階段就布設一臺塔吊的方案大大降低了這種影響，是值得推廣的場布方案。Q