超深基坑SMW工法桩130 m直径两道环形砼内撑支护技术

桂宇杰 陈钧颐

摘  要：该文介绍闹市区超大超深基坑，采用五轴搅拌桩插超长型钢及少量钻孔灌注桩挡土止水，上下两道130 m直径超大环形砼内撑和环形栈桥，解决了超大深基坑围护设计及施工技术难题。确保了基坑周边的安全，为无场地施工地库创造了条件，两层地下室22 m长支护工法桩得到全部回收再利用。

关键词：超大深基坑;五轴搅拌桩;插型钢环形内撑支护监测;工法桩拆除回收施工技术

中图分类号：TU753                  文献标志码：A

1 工程概况

洋泾社区1-03-05地块商业C区项目，位于上海市浦东新区，在崮山路与张杨路交汇处，高密住宅和商贸交通繁华地段。工程地下2层，面积41 520 m?，地上由S1～S4四栋16层～22层高层商办楼和1-4层超大裙房超市娱乐场所组成，总建筑面积192 000 m?。建筑总高度95 m，4层裙房高度22 m。

2 现场条件及地质

2.1 现场条件

该商业区按南北划分为A、B、C三个区域，该工程为南区（C区），西北侧距开挖边线5.0 m～6.0 m为已建住宅区，东侧为明悦大酒店，基坑边距离裙楼最近约16.6 m;东南角为新建的创屹大厦，基坑边距离裙楼最近约24.8 m，南侧基坑边线距离用地红线最近25.8 m;红线外约6.8 m为48.5 m宽主干道張杨路，张杨路下为地铁6号线区间隧道段分区。地下室退界较远，场地南侧红线外各种地下管线，距离基坑边线均在3倍开挖范围之外。

2.2 工程地质情况

该场地属滨海平原地貌类型，基坑开挖深度范围内的地层分布：1层杂、浜填土，平均层厚约2.63 m，在明浜底部为浜淤泥;2层褐黄～灰黄色粉质黏土，厚度为0.4 m～2 m;3层灰色淤泥质粉质黏土，厚度为4.7 m～8.1 m;4层灰色淤泥质黏土，厚度为7.6 m～10.1 m，属于高压缩型;5层灰色粉质黏土，厚度为4.5 m～8.2 m，属高～中压缩型。施工前，现场场地平整，浅部障碍物在桩基前全部清除。

3 设计施工难点、重点

（1）项目地处上海市内环，基坑除南侧留有25.8 m空地，其他三面地下室设计采取红线内全覆盖，无任何施工操作场地，周边地下管线密布，环境复杂。

（2）两层地下室深基坑，南侧地铁50.0 m保护范围区域，围护设计采取五轴搅拌桩止水+灌注桩挡土，其他三面支护采取22 m长SMW工法桩施工。并要求型钢得到全部回收再利用，才能节省了支护的投入。

（3）设计考虑到施工无场地无道路，采用上下两道直径130 m的钢筋砼水平内环形支撑，上层内支撑设置了环形栈桥，以解决深基坑挖土和施工通道技术难题。方便土方开挖和地下结构施工，为无场地施工地库创造了条件。

（4）基坑挖深10.85 m～12 m，两道砼内支撑，挖土方量约240 000 m3。业主要求3个月桩基围护完成;地下2层，面积41 520 m?，要求6个月地下室结构出±0.00，工作量大、工期紧。

（5）设计及规范要求深基坑地下室挖土及结构施工，应分段分块交叉进行，以减少基坑支护变形。

4 基坑围护方案

该工程地下两层，基坑呈长方形，长150 m，宽140 m，开挖深度10.5 m～12 m，周长约580 m。

4.1 支护体系

基坑围护结构根据周边实际情况及保护对象的不同，采取两种围护结构：南侧地铁50.0 m～100.0 m保护范围区域为五轴搅拌桩止水+灌注桩挡土;其余三侧面为五轴搅拌桩插型钢挡土及止水。

4.2 止水及加固体系

采用单排五轴5?800 mm@2000 mm搅拌桩，桩长15.0 m/20.5 m/23.0 m。基坑内采用双轴水泥土搅拌桩加固，加固深度为坑底以下4 m，局部5 m。

4.3 支撑体系水平支撑

采用两道130 m直径的钢筋砼水平环形内支撑。

4.4 立柱桩及立柱

立柱灌注桩桩径800 mm，非栈桥区域桩长20.0 m，栈桥下长30.0 m。采用型钢格构柱，非栈桥下型号4L140×14;栈桥下型号4L160×16，截面均为480 mm×480 mm，型钢格构立柱插入灌注桩不小于3.0 m。

4.5 基坑深井降水

基坑内采用真空深井降水，按约200 m2布置一口深井，每只真空泵拖带3口深井。

5 地下工程施工总体部署及流程

根据基坑围护设计，结合建设方的总体安排，该工程的围护工程待工程桩全部完成后再行施工，土方开挖待北区地下室结构出±0.00之后再开始施工。

5.1 基坑四周围护结构施工

先安排2台五轴搅拌桩机施工工法桩配合插H型钢，然后跟进施工钻孔灌注桩和立柱，工法桩施工结束半月后，再施工坑内加固的双轴搅拌桩。围护桩施工完毕后，开始管井降水施工。

5.2 第一道降水、内支撑施工

开挖第一层土到第一道支撑底标高以下0.5 m～1 m位置，施工冠梁和第一道钢筋砼支撑，并养护和持续降水。

5.3 第二道降水、内支撑施工

待第一道支撑砼强度达到设计强度后，且降水至第二道支撑底标高以下0.5 m～1 m位置，开挖第二层土，施工围檩和第二道钢筋砼支撑，并养护和持续降水。

5.4 第二道支撑下至基础底板底施工

待第二道支撑砼强度达到设计强度后，且降水至基底以下0.5 m～1 m位置，开挖第三层至坑底标高。

5.5 第二道支撑拆除

后浇带采取超前止水设计施工，底板、后浇带、传力带施工、养护，达到强度后，拆除第二道支撑。

5.6 第一道支撑拆除

地下二层结构和换撑板带、后浇带施工、养护，达到强度后，拆除第一道支撑。

5.7 四周回填

地下一层结构施工、养护，达到强度后，立即进行地下结构初验收和防水回填土。

5.8 H型钢对称拆除

采用2台液压拆桩机东西方向对称拆除围护桩的H型钢，随时运出现场。

6 主要施工方法

6.1 围护工程施工

6.1.1 围护工程量清单（表1）

6.1.2 钻孔灌注桩施工方法

放桩位线→埋设护筒→钻机就位→正循环成孔→第一次清孔→钢筋笼施工→导管安装及二次清孔→水下砼施工。

6.1.3 钢立柱施工方法

立柱桩下部为钻孔灌注桩，上部采用型钢格构柱。为了使格构柱安装能满足设计要求，现场采用特制加工的格构柱校正架，对格构柱的垂直度与水平位移进行校正。由于格构柱顶部在自然地坪以下，而副底盘和格构柱校正架比较高，所以格构柱上部必须接长超过地坪3左右，才能对格构柱进行校正。

6.1.4 SWM工法的施工方法

6.1.4.1 测量放线

根据主管部门提供的坐标基准点和图纸尺寸，在施工现场放置围护结构的轴线，请监理进行复核无误后进行五轴搅拌施工。

6.1.4.2 定位控制

在开挖的工作沟槽两侧铺设导向定位型钢，按设计要求在导向定位型钢上划出钻孔位置，操作人员根据确定的位置严格控制钻机桩架的移动，确保钻孔轴心就位不偏。

6.1.4.3 开挖沟槽

采用日立200挖机开挖工作沟槽，沿围护内边控制线开挖。及时清除地下障碍物和回填土压实，重新开挖导沟，保证五轴搅拌桩的施工。

6.1.4.4 放定位型钢

在开挖的工作沟槽两侧铺设导向定位型钢，按设计要求在导向定位型钢上划出钻孔位置和插H型钢的位置。

6.1.4.5 桩机就位

用卷扬机和人力移动搅拌桩机到达作业位置，并调整桩架垂直度达到0.5%以上。

6.1.4.6 搅拌注浆

水泥土搅拌桩采用P.O42.5新鲜普通硅酸盐水泥，水泥掺量13%，浆液水灰比1.2，插H型钢部分水灰比1.4。

6.1.4.7 H型鋼插入

五轴水泥土搅拌桩每天施工完毕后，吊机应立即就位，准备吊放H型钢，并及时涂刷减磨剂。

6.1.4.8 移机下一根桩

移机下一根桩，重复上述施工步骤，直至完成最后一根桩。

6.1.4.9取样检测

桩身龄期达到28天后采用钻芯取样检测桩身强度，取样数量不少于总桩数的0.5%，且不少于3根，钻芯试验的无侧限抗压强度不得小于0.8 MPa。

6.2 降水施工方法

深井布置距离基坑围护结构一般控制在14.05 m左右，按200 m2～250 m2为1口平面呈棋盘式布局，避开工程桩、支撑及土体加固区，基坑布置86口基坑疏干井和5口观察井。

整个降水工作量见表2。

6.2.1 深井深度确定

降水深度控制在基坑底1.0 m以下，根据各基坑的开挖深度，为了确保基坑内土体含水的减排，扣除1∶10的水力坡影响，考虑到基坑内电梯井及集水坑等深基础，疏干井深度确定为16 m，深入基坑开挖面下6.15 m左右。

6.2.2 真空泵设置

配备38台真空水泵分布在基坑四周，每台真空泵各连接3口疏干井，真空泵接上之后连续不断地集水和抽水，以保证井内有真空，无积水。

6.2.3 井管拆除与封井

为了方便挖土施工和防止挖土作业破坏井管，在每一层开挖完成后，暴露出开挖面的井管拆除;对于底板浇筑前已停止降水的管井，浇筑底板前可将井管拔除或切割至垫层面，井管内采用黏性土填充密实，然后采用钢板与井管管口焊接、封闭。

6.2.4 对于预留管井，应采取如下封井措施

钢管下端与原井壁之间用麻丝加油膏填实，再用一根φ140×5的钢管插入原井管口，并在底板厚度范围内的钢管外壁焊2道3 mm厚200 mm宽的止水翼环;钢管插入底板下1.0 m左右，迅速把井内残留水抽干并用砂石填充到钢管下端，再用比底板标号高一等级的微膨胀砼加适量速凝剂快速浇实至底板上标高下80 mm，并用20 mm厚钢盖板用电焊封严，如图1、图2所示。

6.3 围檩、内支撑及栈桥施工方法

6.3.1 各项主要技术参数（表3）

6.3.2 施工流程

基坑预降水→测量放线→土方开挖→基坑四周护坡→H型钢或格构立柱四周清土（灌注桩顶浮浆凿除）→栈桥或支撑梁的垫层施工→绑扎钢筋→隐蔽验收→制模→浇捣砼→养护→拆模→养护。

6.3.3 主要施工方法

6.3.3.1 模板工程

每层内支撑配置1/4套侧模，底模采用砼垫层，保证模板支设整体刚度。模板在每一次使用前，认真清理，涂刷隔离剂。在支撑梁、栈桥与垫层间铺设一层油毡予以隔离;H型钢四周包裹油毡与围檩砼隔离。

6.3.3.2 钢筋工程

按规定和图纸加工和绑扎钢筋，钢筋采用焊接接头相互错开，同一截面内钢筋接头不超过50%。

6.3.3.3 砼工程

采用商品砼采用汽车泵输送施工，严格控制坍落度后进场浇筑时间。围檩及支撑宜整体浇筑，支撑杆件总长超过80 m宜分段浇筑，围檩及支撑分段浇筑时，断点应设置于支点L/3处，表面进行凿毛处理。

6.3.3.4 负二层周边围檩吊筋施工

第二道环形内支撑施工时，基坑四周围檩砼应按围护设计要求设置吊筋，凿开围护五轴搅拌桩面，使吊筋与工法桩型钢焊接固定，施工前应先进行焊接试验合格，施工中进行检查验收，保证吊筋焊接牢固。

6.3.3.5 养护和试块制作

砼浇筑整平后，并覆盖草包，由專人定时浇水养护。达到设计强度的80%后，再进行下道工序。

6.4 土方开挖施工

6.4.1 施工流程

定位放线→验线→确定开挖顺序→第一层土方开挖→第一道支撑、栈桥施工→第二层土方挖土→第二道支撑施工→第三层土方挖土→人工清底→验收。

6.4.2 施工方法

严格按照环形内支撑四周对称均匀卸土原则进行挖土，避免造成围护侧向受压变形。环形以内一层土方，采用大挖机和自卸汽车运土直接配合挖土。其他土方采取大小挖机倒运输到各环形栈桥口，由长臂挖土机挖运到土方车上直接运出现场。

（1）第一层挖土厚度2.3 m，至标高-3.65 m，约50 000 m3。依次分段开挖，开挖后在支撑位置浇筑第一道砼支撑并养护，支撑中心标高-3.25 m，然后进行第二层土方开挖。

挖土方式：采用挖机挖土，坑内小型挖掘机配合开挖，人工进行围护以及格构柱的清理工作，自卸汽车运土至弃土场地。

（2）第二层挖土厚度3.85 m，至标高-7.5 m，约83 000 m3。依次分段开挖，开挖后在支撑位置浇筑第二道砼支撑并养护，支撑中心标高-7.05 m，然后进行第三层土方开挖。每一个区段土方满足临时放坡要求。

挖土方式：采用岛式开挖，先挖支撑部分，再边施工边开挖中心部分，用挖机和小型反铲挖掘机配合开挖，人工配合清理，将土方运至长臂挖机可以够到的部位，自卸汽车运土至弃土场地。

（3）第三层挖土厚度3.7 m，至标高-10.9 m（-11.2 m），约80 000 m3。采用盆式开挖，最下层30 cm用人工开挖、找平。开挖土体至底板下基坑底面，浇注素砼垫层（承台、地梁、集水井等范围边各留置50 cm在砖胎模砌筑完成后浇筑）。

（4）第四层挖土进行集水井、电梯井、承台等落深区（坑中坑）的土方开挖，开挖需在大基坑底面砼垫层达到设计强度并形成整体后进行，下层200 mm采用人工开挖、找平，浇筑素砼垫层。

（5）机械挖土方式：挖土采取小型挖土机和人工配合的方法进行，挖到承台、地梁及集水井的底标高;将土方运至长臂挖机可以够到的部位，自卸汽车运土至弃土场地。

坑中坑成型后，应立即组织人员进行砖胎模砌筑，砌筑时应先在坑底四周设置盲沟，盲沟宽200 mm、深度300 mm，并填放滤料（石子）与降水管井连通，确保排水系统畅通，降水单位配合降水，保证坑中无积水。

6.5 换撑施工

（1）该工程地库及承台砼底板直接浇筑到围护结构边，不在二次补浇筑砼换撑和结构转换，在底板砼强度，可直接拆除负二层环形内支撑，加快了施工进度。

（2）负二层地下室主体结构施工到负一层楼板，在该标高处周边直接插换撑钢筋，支设换撑模板到围护边，一次性浇筑负二层及换撑板砼，待结构达到设计强度的85%后，直接拆除一层环形内支撑。

（3）按照设计要求，在地下室底板、负二层楼板后浇带，特别是漏空板位置补设型钢传力结构，使围护支撑换撑可靠传力，消除换撑不当产生围护结构变形，造成地下室结构破坏事故的发生。在底板、负二层（夹层）设置型钢后浇带，漏空板位置均设置了传力杆件。如图3、图4所示。

6.6 内支撑及栈桥拆除

6.6.1 施工流程

基础底板浇筑、养护→底板钢板铺设→第二道支撑及围檩拆除→地下二层结构及换撑板带施工、养护→第一道支撑栈桥及围檩拆除→钢格构柱拆除→地下一层结构施工。

6.6.2 拆除顺序及方法

地下二层支撑拆除时，先对称分段拆除在拆环形内撑次撑结构。试拆两根杆件，由监测单位进行基坑变形监测，确保安全后方可继续拆除，拆除时先把围檩与支撑连接处断开，然后由北往南分区域拆除。格构柱采取分段区域内的支撑梁全部拆除后，可拆除相应格构柱。

6.6.3 拆除

拆除时先断开支撑与围檩的连接处。第二道支撑拆除时，镐头机停在大底板上进行拆除，拆除区域下方铺设钢板，防止拆除的砼碎块直接掉落在结构上。

第一道支撑、栈桥拆除时，镐头机停在栈桥上后退式进行拆除，拆除区域下方铺设钢板。栈桥上镐头机无法拆除位置采用人工凿除，凿除时搭设临时排架，采用空压机凿除。

钢格构柱拆除采用氧乙炔切割方式，按不大于2 m一段分段割断，选用吊机及钢丝绳配合吊运出基坑。

6.6.4 垃圾清运

支撑采用分区域拆除，一个区域拆除完成后及时清运垃圾。采用长臂挖机或汽车吊将坑内砼碎块运至栈桥上的土方车上，运出现场。

6.6.5 临时支撑和成品保护

在拆除前，做好钢管或型钢马镫支撑，地面铺好旧模板车垫，并对结构钢筋进行保护，进行喷水处理，减少拆除灰尘。

6.7 施工监测技术

该基坑监测重点关心的是其本体在开挖卸载过程中的结构及支撑体系的稳定，故考虑基坑围护、降水、挖土、换撑、拆撑、回填土、围护型钢拆除回收灌缝等全过程中施工注意事项。该工程在基坑开挖影响范围之内，着重对该建筑物及周边建筑物、管线、道路等进行监测;在建筑物与基坑边线中间每隔35 m布设一口深层土体位移观测井，观察深层土体的位移变形;在该建筑物上均匀布置沉降观测点。在开挖过程中与基坑变形同步进行沉降观测，以监测建筑物有无产生沉降及不均匀沉降。同时在周边均匀布设地下水位观测井，在整个开挖降水周期内监测，周边地下水位有无异常变化。

6.8 工法型钢拔除

首先对围护工法桩围檩部位的型钢，采用油毡沿型钢四周进行隔离包扎，型钢拔除前，地下室与基坑四周进行回土压实。拔除型钢时，现场留出一定空間，保证拔除H型钢的履带吊车的转地、起拔地和空间。在型钢拔离地面的过程中，严禁在吊车吊杆下端进行施工操作。

由于工法桩22 m长，内摩擦力较大，该工程采用大功率液压千斤顶，利用砼压顶的反力座，将型钢全部顶松;在有条件的区域换用振动锤将已经松动的型钢拔离地面。在无条件的区域，继续采用液压千斤顶，逐步将型钢顶出地面，吊车提离现场。型钢拔出后对桩体内部空隙压注水泥浆填充，以控制变形量。

7 安全文明施工及应急保证措施

7.1 施工现场平面布置

现场分为生产、生活、办公三大区块，每个区块道路、材料堆放、加工等均标识到位，围栏隔开。操作人员进入基坑现场施工，均由指定通道和专门施工钢楼梯上下。

7.2 控制栈桥堆重

严格控制第一层环形栈桥运输车重，控制栈桥及基坑周边材料堆重。

7.3 车辆进出冲洗控制

车辆进出口处设洗车池，运土车辆经冲洗干净后方可运出大门，并由专人清除土方车拦板上及运输途中散落的泥土。

7.4 采用挡光措施控制

采用挡光措施控制好夜间光照，以防止光线影响居民生活。做好噪声控制。

7.5 严格控制基坑纵坡

严格控制基坑纵坡比不得大于安全坡度，杜绝基坑纵坡失稳。

7.6 制定应急措施

建立应急组织，明确职责，制定抢险预案，配备应急设备等抢险物资及到医院、车辆及人员准备。对突发事故进行预防，现场配备发电机、降水设备和强排水泵，保证台风暴雨时降排水到位。

8 结语

该工程超大深基坑，地铁段重要部位采用钻孔灌注桩及三轴搅拌桩，其他三面采用五轴搅拌桩插型钢工法桩挡土止水，上下两道直径130 m的超大环形砼内支撑及环形栈桥，解决了深基坑的围护设计和施工技术难题。加快了施工进度，为无场地施工地库创造了条件，确保了基坑周边的安全。在目前两层地下室10 m～12 m深基坑支护设计施工中，采用五轴搅拌桩内插22 m超长工法桩，很难遇到和做到，使型钢工法桩得到全部回收再利用，节省了大量资金投入，为今后同类型工程积累了经验。如图5、图6所示。

参考文献

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[5]裘洪明，沈涛，刘有才，等.超大直径钢筋砼环形支撑深基坑综合施工技术[J].建筑技术开发，2006（10）：63-65.