软土地区邻地铁深基坑支护设计及施工控制

孙仲谋，卜世龙，胡伟明，徐 航，常运华，吕玉宝

（1 中建宏达建筑有限公司，北京 100043；2 天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津 300072）

0 引言

我国东南沿海软土地质广泛分布，随着这些地区大、中城市的不断发展，各种地下建筑以及相应的深基坑工程得到了迅速地发展，环沪经济圈近年来多个超高层深基坑项目确定施工。在软土地区，由于土层承载力不足，基坑工程尤其是深基坑工程往往要根据工程实际情况采用不同的基坑支护措施。基坑支护工程是基坑工程中的核心问题之一，也是地下工程的中的热点问题，许多学者和工程师都在基坑支护工程这一问题上进行了广泛的研究［1］。

本文以苏州市某一临地铁深基坑工程为例，介绍了该工程的支护设计及施工质量控制措施，总结了施工过程控制要点，供相关工程人员参考。

1 工程概况

1.1 地理位置

案例项目（以下简称为“本工程”）位于江苏省苏州市工业园区，现代大道以北，思安街以东，毗邻金鸡湖，紧邻苏州地铁 1 号线，与东方之门隔湖相望，项目平面图如图1 所示。

图1 项目平面图

1.2 周边环境

本工程场地周边环境复杂，北侧为已完成的高层建筑物，地下室 2 层；东侧为已完成的超高层建筑物，地下室 4 层；西侧为在建的深基坑超高层工程，地下室 4 层；南侧紧邻在运行的苏州地铁 1 号线，基坑边距离地铁站房近 5.9 m，基坑边紧邻地铁风井，且部分地铁咬合桩位于基坑内。同时本工程位于城市核心区域，管线分布密集、复杂，管线分布情况如表1 所示。

表1 项目周边管线分布情况

根据相关方提供资料显示，地铁咬合桩南侧肥槽填充为素土，但现场实际钻探后显示情况如下。

1）原咬合桩上部圈梁已经不在，推测市政道路为埋设管线已经清除圈梁；

2）钻孔揭露原地铁咬合桩南侧存在宽 2.2 m，高1.2 m 的环梁；

3）钻孔揭露原地铁咬合桩南侧回填不是素土，而是混杂建筑垃圾混凝土碎块和钢筋；

4）钻孔在钻进到第二道环梁处，打坏 3 个金刚石钻头，无法继续取芯钻进。

1.3 地质情况

根据本次勘探揭露，结合区域地质资料，除层①杂填土为新近堆积土外，其他各土层主要为 Q 3～Q 4 土层，图2 为场内典型地质剖面图。

图2 典型地质剖面图

勘探范围内，本工程红线内的地下水主要有潜水、微承压水以及承压水。潜水主要赋存于土层①杂填土中，主要补给为地表水体侧向补给及大气降水垂向补给，主要排泄途径为自然蒸发，水位的季节性明显，稳定水位标高为 1.24～1.58 m；微承压水主要赋存于土层④1粉土夹粉砂以及土层 ④2粉砂中，主要补给途径为径流及越流补给，稳定水位标高 -0.90～-1.31 m；承压水上段含水层主要为土层⑧2粉质黏土夹粉土层，该含水层的补给来源主要为地下径流补给以及下段承压水的越流补给，主要排泄途径为地下径流及人工抽吸，稳定水位标高在-2.04～-2.13 m。

1.4 工程特点

1）场地狭小，基坑超深。基坑面积约 6 900 m2，且周围均为成熟商旅场所，场地无法外延，可用场地极其狭小；基坑底普遍标高为 -19.2～-21.6 m，最深位置达到 -27 m，属于超深基坑。

2）工程受承压水影响。尤其是④层中含有丰富的微承压水层，对降水工程要求高。

3）要求的安全等级高。基坑紧邻运营中的地铁线路，且基坑周边存在众多市政管线，对基坑的变形控制要求高。

2 支护设计

依据本工程特点，本工程基坑采用地下连续墙作为围护结构，五道钢筋混凝土内支撑作为支护结构的组合支护型式。

2.1 围护结构

本工程采用地下连续墙作为基坑的主要围护结构，应用 MJS 对地铁侧地连墙接缝进行加固，应用 RJP 对非地铁侧地连墙接缝进行加固，地连墙内外均设置三轴搅拌桩进行槽壁加固；在风井周边以及塔楼坑中坑位置设置灌注排桩；地铁侧增打三轴搅拌桩进行土体加固，西北承台区域及坑中坑区域增打高压旋喷桩进行加固。围护结构平面图如图3 所示。

图3 围护结构平面图（单位：mm）

2.2 支撑结构

本工程采用五道钢筋混凝土支撑型式，整体支撑采用井字形对撑型式，首道混凝土支撑兼做栈桥为现场提供作业空间，首道支撑至第五道支撑中心标高分别为 -1.0、-5.0、-8.9、-12.8、-16.6 m，支撑梁截面高 700～800 mm，宽 800～1100 mm，围檩截面高700～800 mm，宽 1 100～1 300 mm。首道支撑如图4 所示，第 2～5 道支撑如图5 所示。

图5 第 2～5 道支撑平面图

2.3 降水设计

本工程共布设管井 48 口，其中疏干井 28 口，备用降压井 9 口，另外在基坑外侧布设 11 口观测并兼回灌井，井位布置图如图6 所示。在进行土方开挖过程中通过疏干井及降压井控制坑内水位始终在开挖面以下 1～2 m。因项目周边环境敏感建筑物较多，尤其是基坑南侧紧邻地铁，坑外设置应急回灌井，应急状态按需回灌，采用自动控制装置根据周边同层观测井水位变化情况控制回灌运行与否及回灌压力，回灌压力不得超过 0.1 MPa。

图6 井位布置平面图

2.4 监测要求

本工程开挖深度深，周边环境保护要求高，基坑支护设计安全等级为一级，基坑监测等级为一级，施工全过程必须进行对围护结构及周边环境情况进行综合性的现场监测，根据监测结果动态管理调整。本工程的监测报警值如表2～4 所示。

表2 基坑普遍监测报警值 mm

表3 邻近地铁侧监测报警值 mm

表4 地铁结构监测报警值 mm

3 施工控制技术

根据前述本工程特点，针对重难点制定针对性措施，并对本工程施工经验进行总结，结合现场实际情况提出合理的优化建议，为同类型工程施工管理人员提供参考和帮助。

3.1 施工重难点及针对措施

1）重难点。由于邻近地铁，受风井及地铁围护的影响，本工程地连墙存在较多异形地连墙，部分异形槽受场地限制必须采用“一槽两笼”的施工方案。

针对措施。成槽时注意加快成槽速度，第二幅钢筋笼下笼时在允许范围内与已下放到位的第一幅钢筋笼拉开一小段距离，下放过程中逐渐推移至设计位置，最后一次性浇筑混凝土［2］，两笼相接位置采用“公母槽”型式，使得两套钢筋笼可以进行有效嵌扣。

2）重难点。紧邻运营中的地铁 1 号线星湖街站，且基坑四周均为市政道路，道路下存在众多市政管线，安全等级高。

针对措施。针对每一项施工工艺，均严格按照设计及规范要求，确保施工质量。成立管线监护小组，落实监控检查体系，在大门出入口上面铺设两块 20 mm 厚的钢板，减少车辆局部荷载过大。

3）重难点。本工程地连墙深度达到 51 m，属超深地连墙，钢筋笼吊装及地连墙接缝处理难度大。

针对措施。钢筋笼用大吨位履带吊整体吊装，选用 350 t 主吊机、200 t 副吊机抬吊，由主吊机将钢筋笼入槽。地连墙采用 H 型钢接头，并采用 0.25 mm 厚镀锌铁皮固定在 H 型钢两侧，防止混凝土绕流，保证地连墙接缝处施工质量，同时加强 RJP、MJS 的施工质量管控，控制注入水泥浆水灰比≤0.4 并掺入适量微膨胀剂。

4）重难点。结合土方开挖分区分块顺序，快速封闭支撑系统，缩短无支撑暴露时间。

针对措施。支撑随土方开挖进行，做到随挖随撑，快速封闭。在最后一皮土方开挖时增大垫层厚度并对垫层进行配筋，使得垫层在筏板未浇筑完成前承担部分支撑作用。

3.2 施工经验总结

1）支护桩施工须与结构桩施工做好工序穿插。在灌注桩成孔过程中，垂直度是十分重要的质量控制参数，在软土地区桩机钻进过程中受土层软硬影响较大。若先全部完成结构桩施工，再进行支护桩施工，则在支护桩施工时，原结构桩施工过的区域桩顶面上方空孔土质松软、有效桩身区域土质坚硬，支护桩成孔时钻头会向质地软弱的土层方向偏移，垂直度控制困难。建议支护桩施工与结构桩施工同步穿插进行，确不能同时施工的，临近支护桩的结构桩上方空孔应采用 C15 混凝土回填。

2）深坑区域灌注桩由于空钻长度过大，施工时须对每根桩的桩顶以上成孔时造成的空孔间隔采用 C15素混凝土填充并浇至地面标高，防止地面塌陷。

3）灌注桩成孔过程中，钻进砂土层时，因自然造浆差，泥浆注入时，在孔口部位适当加入膨润土粉，增强泥浆稠度。保持泥浆粘度必须＞22 s，泥浆比重应控制在 1.20～1.30 之间，以便携带砂子或泥块，保证孔壁稳定。

4）钻孔灌注桩的钢筋笼上可设置倒钩，在混凝浇筑时控制混凝土坍落度在 160～200 mm，在根部浇筑时控制混凝土灌注速度直到混凝土浇筑至钢筋笼根部以上 3 m，可以有效防止钢筋笼上浮。同时须避免导管勾带钢筋笼，出现时，应缓慢回转，上、下串动脱勾。

5）三轴搅拌桩施工时应连续施工，若出现中途停浆，为确保搅拌桩连续性，须在重新压浆前回退三轴搅拌机 0.5 m。

6）地下连续墙施工时工字形型钢槽段接头处应设置止浆铁皮防止混凝土绕流，止浆铁皮从工字形型钢边往外长度≥ 1 250 mm，止浆铁皮厚度 0.5 mm。

7）地连墙的特殊型槽段比“一”字型槽段在成槽过程中易发生槽壁坍方，所以在异型槽段施工中要采取相关措施保护槽壁稳定，尽快成槽并注意槽壁边的荷载控制。若发生轻微坍塌可加大泥浆比重以抑制坍塌发展，若发生严重坍槽要回填粘土重新施工。

8）可在成槽机抓斗上固定一钢板弯钩，当抓斗出现卡顿时，可用吊车吊住弯钩与成槽机配合拎出抓斗。

9）土方开挖分块需要与钢筋混凝土水平支撑相结合，从而确保水平支撑能够做到随挖随撑，尽早形成对撑以达到控制基坑变形的目的。本工程土方开挖与水平支撑结合考虑的问题已在宗军良的研究中进行了阐述。

10）土方开挖前一周须进行预降水试验。预降水期间，若发现坑外四周潜水、（微）承压水水位有异常下降则应首先进行坑外止水堵漏，地铁测采用 MJS 封堵，非地铁侧采用 RJP 封堵。然后降水，再观测坑外水位无异常后才能进行开挖。

3.3 现场优化

1）现场实际揭露的地铁咬合桩情况与相关单位提供情况有差异。原设计计划对该区域进行咬合桩清障，并重新在南侧进行咬合桩补打。但现场实际拔桩打桩难度大于预期且不确定性增大，将对地铁运营安全造成威胁。经现场实际研判后，认为该区域支护施工难度大、危险性不确定性大，最终经过与设计商定，支护内收避让咬合桩，确保地铁安全，同时节约清障费用 120 万元。

2）传统的支护施工中垂直材料运输基本考虑使用汽车吊进行运输，但本工程对这种基坑深度大、场内空间紧张的项目来说，长时间、多台班地使用汽车吊进行材料垂直运输，会严重占用现场场地，同时会产生较大的垂直运输成本，对工序协调穿插也具有消极影响。经现场研讨，本工程在支护施工阶段即启用一台塔吊，大量节省了汽车吊使用的台班，对缩短工期及节约成本均具有积极意义。

3）一道水平支撑施工完成后，需要等待所有水平支撑强度达到设计要求强度才能进行下一阶段的施工，这往往会带来一段较长的施工间歇。在施工过程中可以考虑在最后一段水平施工中提高混凝土标号，使得其可以尽早达到设计要求，进而可以缩短整体工期。

4 结语

1）本工程属于紧邻地铁的超深基坑工程，在地下空间开发完备的城市属于典型项目。如何控制此类项目支护施工质量，进而确保基坑安全以及周边环境的安全是值得深入研究的。

2）支护工程伴随整个地下室施工阶段，因此在支护设计过程中，尤其是立柱桩及降水井的布设位置要充分考虑原结构已有结构位置，如结构墙体、主梁、水沟、桩基础以及后浇带等。

3）本工程地下室施工过程中基坑变形值超过了设计要求的变形控制值，但基坑整体仍处于安全状态，且周边建筑管线均未出现破坏迹象，这说明本基坑的变形控制值是偏于保守的。

4）支护的设计施工并非是一成不变的，依据现场实际揭露的地质条件，合理地逐步完善支护设计、施工方案是十分有必要的。

5）基坑施工阶段的垂直运输一般采用临时汽车吊，此方案的成本大且会对本就十分紧张的场地布设产生较大的负面影响，本工程在基坑阶段就布设一台塔吊的方案大大降低了这种影响，是值得推广的场布方案。Q