斜抛撑与型钢水泥土搅拌墙在深基坑中的应用

顾 彬

上海市浦东新区建设（集团）有限公司 上海 201206

随着城市化建设的深入发展，地下结构施工工艺得到了长足发展。围护结构的设计，不仅关系到基坑自身及周边保护建（构）筑物的安全，而且直接影响着土方开挖以及地下室结构等施工成本。因此，基坑支护结构是个系统工程，围护结构设计不仅要保证围护结构受力合理，而且要节省工期、降低造价、方便施工。钻孔灌注桩刚度大，可用于深大基坑，同时需止水措施配合使用，其造价相对较高；水泥土搅拌桩挡墙止水性好，造价低，但墙体难以提供足够的刚度，围护结构变位大；型钢水泥土搅拌墙＋斜抛撑组合技术适用于施工作业面空间狭隘的情况，其型钢可重复利用，造价相对较低，且能提供足够的刚度满足基坑变形要求，具有缩短工期、节约造价、方便施工等特点。该围护形式在安全、工程造价和工期之间达到一个最优平衡点，兼具经济性、安全性与适用性[1-3]。

1 工程概况

本工程为住房项目，工程基坑为地下1层车库，基坑面积较大，约43 800 m2，开挖深度较统一，为5.3 m左右，属于深基坑工程。地下室轮廓较为规整，局部小阳角处较多。基坑西北角为已建未投入使用的幼儿园，幼儿园为桩基础。基坑其他边缘均为城市次干路，如图1所示。基坑西北角为东西走向、南北走向2条边，基坑开挖2条边线距离幼儿园围墙均为2.8 m；邻近幼儿园围墙南北走向开挖边线距幼儿园建筑最近处为9.4 m，邻近幼儿园围墙东西走向开挖边线距幼儿园建筑最近处为29.4 m。

图1 基坑总平面

根据工程勘察报告，拟建场地在勘察深度（最大深度为55.3 m）范围内揭露的地基土为第四纪全新世沉积层，属于正常沉积区域，主要由填土、淤泥质土、黏性土、粉性土及砂土组成，场地内情况较为简单；在西北侧基坑附近部分有多处暗浜，土质较差，主要分布于幼儿园南侧的东西向基坑边缘上，浜底分布有浜土，土层厚度1.0～2.2 m，暗浜含有机质、腐殖物、碎石，状态差，需采取相应措施进行处理。

根据上海市标准DG/T J08-61—2018《基坑工程技术规范》，本工程基坑西北角2条边环境保护等级均可定为三级；基坑开挖深度小于7 m时，属三级安全等级基坑工程，基坑开挖主要保护对象为幼儿园围墙。

型钢水泥土搅拌墙，即在水泥土搅拌桩中插入H型钢构成的复合挡土止水围护体。该工法具有对周围环境影响小、防渗性能好、环保节能、适应土层范围广、工期短以及投资省等优点。

2 设计方案

2.1 设计方案简介

基坑北侧、西北角2条边及西侧局部区域开挖边线距围墙较近，设置重力式挡墙的空间不足。因此本基坑北侧、西北角2条边、西侧部分区域及东南角近管线处采用型钢水泥土搅拌墙＋1道支撑的围护形式。其中支撑采用混凝土角撑＋钢管斜抛撑的形式（图2）。

图2 基坑斜抛撑现场

2.2 设计方案要点

根据验算，围护结构最大正弯矩为298.9 kN·m/m，最大负弯矩为－158.8 kN·m/m，最大正剪力109 kN/m，最大负剪力115.8 kN/m，第1道支撑力为131.9kN/m，设计采用φ850 mm@600 mm三轴水泥土搅拌桩内插H700 mm×300 mm×13 mm×24 mm型钢，型钢长度15 m，插二跳一。经验算，结构强度均满足规范要求。最大位移23.9 mm，小于三级基坑围护结构最大侧移37 mm的规范要求；整体稳定安全系数1.70，大于规范要求的1.25；抗倾覆安全系数经验算为1.12，大于规范设计要求的1.05；坑底抗隆起安全系数2.11，大于规范设计要求的1.70。

搅拌桩水泥掺量20%，局部暗浜区域水泥掺量提高至23%；坑内设置16.3 m长的钢管斜抛撑，相邻斜抛撑间隔约6 m，坑内局部设置φ700 mm@1 000 mm双轴水泥土搅拌桩暗墩加固，水泥掺量13%，并于暗墩上部设置低掺量加固。

斜抛撑区域的土方进行2级放坡开挖，并按1∶1.5放坡。为了保持土方开挖边坡的稳定性，坡面铺设φ6.5 mm@200 mm的双向配筋，并喷射60 mm厚C20混凝土进行护坡。位于地库底板上的混凝土牛腿必须达到设计强度后，方可施工钢管斜抛撑（图3）。

图3 围护结构剖面

3 施工方案

3.1 施工方案总体思路

本工程斜抛撑区域周边底板及换撑达到设计强度后，方可架设钢管斜抛撑，并对留土区域进行开挖施工。车库全部底板及换撑达到设计强度后，方可拆除支撑，并对车库结构主体进行施工。

3.2 施工要点

斜抛撑施工区域场地狭隘，土方清运慢，但工期较为紧张；斜抛撑区域基坑变形控制要求高。工程西北侧紧邻已建幼儿园，由于基坑开挖边缘紧邻幼儿园围墙，故在实际施工中必须严控基坑变形。在工程施工组织中，合理安排土方开挖顺序和严控基坑变形成为工程质量控制的重点与难点。

考虑到需严控基坑变形，对斜抛撑区域土方采用一次安装1根、2根及3根斜抛撑等3种方案，并对相应斜抛撑下方的土方进行清运开挖。土方开挖的同时，加强对基坑变形的监测（表1）。

表1 基坑监测变形量统计

由监测数据可知，土方开挖施工时，基坑最大变形主要位于基坑深度中部范围内，横向对比来看，同时开挖3根斜抛撑的土方对基坑的变形影响最大，位移为45.6 mm，大于规范要求。单根开挖基坑变形量最小，基坑最大变形量为12.9 mm。当开挖范围为2根斜抛撑区域时，基坑最大变形量为32.8 mm，大于设计验算值，但依然小于规范要求的37 mm。因此，本工程斜抛撑区域基坑施工开挖选择一次施工2根，在确保基坑变形满足设计要求的同时，兼顾土方的外运效率，加快施工进度。

根据地勘报告，基坑西北侧斜抛撑区域施工时，部分暗浜区域基坑变形量较大，据现场监测，部分变形量一度超过基坑报警值，累计变形达到41 mm左右。虽然前期地基处理时已对暗浜进行加固，但实际斜抛撑开挖区域较大，暗浜区域土质差，对围护结构难以提供足够刚度，使围护结构形成刚度薄弱区，导致基坑变形较大，因此暗浜区域斜抛撑调整为单根施工。当施工方案调整为一次施工1根斜抛撑时，基坑变形量明显变小，此时基坑最大位移变形量为13.2 mm。

4 结语

根据本工程斜抛撑的施工经验，为在基坑开挖变形量符合设计要求的前提下，兼顾施工效率，斜抛撑施工时宜采用一次安装2根并进行土方开挖的方法，一次施工量沿基坑边缘方向长度不宜超12 m。这样既可满足变形要求，又能兼顾土方清运效率。对于土质较差的部分，尤其涉及一些暗浜区域或软弱土层，围护结构难以获得足够的刚度。为严控基坑变形量，斜抛撑开挖宜缩小工作面，一次施工量沿基坑边缘方向长度不超过6 m，同时应提高基坑变形监测频率，防止基坑超挖引起变形过大而造成安全事故。