双排型钢水泥土搅拌桩围护结合中心岛开挖在大型深基坑中的应用研究

▍0 引 言

大型深基坑施工期间除要确保基坑自身的安全稳定外，还需考虑项目开发周期因素，尽快完成地下主体结构施工，以便为后续工程施工创造条件。目前，基坑开挖主要采用盆式开挖及中心岛开挖2种形式。中心岛开挖施工技术已在国内大量深基坑施工中得到了广泛应用，与盆式开挖相比，在基坑周边预留反压土体，基坑中部土体开挖不受支护体系影响，并及时施工中部地下室主体结构，具有中部主体结构施工速度快、可有效降低工程造价的特点，对于基坑面积大、施工进度紧的基坑尤为适用。对于中心岛开挖施工，基坑周边留土的稳定性、围护桩刚度及止水效果是基坑施工的关键。同时对可能存在薄弱的结构楼板、后浇带等需进行适当加强，从而保证中心岛区域结构楼板的完整性，以满足传递水平力的要求，确保基坑的整体稳定。

▍1 工程概况

1.1工程总体概况

自贸区临港新片区PDC1-0103单元A04-01地块位于安茂路北侧，洛神花路南侧，杉云路东侧，香柏路西侧。总建筑面积110 797.69 m2，地下2层，地上共设置15栋单体建筑，主要包括：1栋21层保障性住宅、1栋24层商品住宅、2栋23层商品住宅；1栋26层租赁住宅、2栋23层租赁住宅及相关配套用房。主要的结构形式为装配整体式剪力墙结构和框架结构。

1.2工程周边环境

项目基坑面积约29 120 m2，普遍开挖深度为9.75 m，基坑周边主要为待建空地，环境保护要求一般，但基坑周边2倍开挖深度范围内市政道路下主要分布有DN200燃气管（0.4 MPa）、DN300～DN400污水管、DN1 000雨水管、DN300上水管以及9孔通信管线等。

1.3水文地质概况

基坑开挖范围内主要土层有①0层填土、①1-1层吹填土（黏质粉土夹淤泥质粉质黏土）、①1-2层吹填土（黏质粉土）、②3-1砂质粉土、②3-2粉砂等。场地内填土及吹填土厚度较厚，土质不均匀。

拟建场地内地下水主要为潜水，承压水对基坑开挖施工无影响。

▍2 基坑围护方案选型

本工程基坑开挖面积约29 018 m2，周长约698 m，普遍开挖深度为9.75 m，局部深坑落深1.05～3.0 m。基坑安全等级为二级，环境保护等级东侧及南侧为二级，西侧及北侧为三级。

2.1围护桩选型

根据类似基坑工程的实践经验，类似基坑工程围护桩一般适合选择有钻孔灌注桩结合水泥土搅拌桩止水帷幕或者型钢水泥土搅拌桩。考虑到本基坑开挖范围内以砂质粉土为主，且基坑普遍开挖深度不超过10 m，基坑变形控制相对风险较小，综合考虑施工工期、造价等因素，最终本基坑围护桩采用型钢水泥土搅拌桩。为了进一步增强围护桩的刚度，减小围护桩上部悬臂状态下的侧向变形，围护桩采用双排桩门架的形式。型钢水泥土搅拌桩采用。850 mm@600 mm三轴水泥土搅拌桩，内插H700 mm×300 mm×13 mm×24 mm型钢。

2.2支撑体系选型

类似基坑支撑体系较为常用的选择为2道钢筋混凝土支撑，但基坑土方开挖施工较为困难，且施工工期相对较长，工程造价相对较高。中心岛开挖＋钢斜撑体系，可首先开挖基坑中部土方，在完成中部基础底板后，再利用完成的基础底板或地下结构梁板设置钢管斜撑，最后挖除四周盆边土方完成整个地下室结构施工。基坑周边留土区域按二级放坡留土，钢筋混凝土角撑区域坡顶宽度为10 m，二级平台宽度为3 m，放坡坡度1∶1.5；跨中斜撑区域坡顶宽度为8 m，二级平台宽度为3 m，放坡坡度1∶1.5。坑内预留反压土体，可有效控制或减小支护体系的内力，且预留反压土体作为支护体系的一部分，可减小支护桩的嵌固深度，有效降低了工程造价。本工程开挖深度范围内涉及的土层以强度指标较高的砂质粉土为主，有利于周边留土坡体的稳定性，对基坑变形控制和环境保护较为有利，且施工速度快，造价相对较低。考虑到整个项目开发周期较紧，相对于常规的2道钢筋混凝土支撑体系，中心岛开挖＋钢管斜撑体系可显著加快施工速度，降低工程造价，该方案的经济性更好，最终选用中心岛开挖＋钢斜撑体系。基坑围护典型剖面见图1。

▍3 关键施工技术

3.1总体施工流程

围护桩、立柱桩施工、基坑预降水→第1道钢筋混凝土角撑施工→土方开挖及第2道钢筋混凝土角撑施工，中心岛区域分层分块开挖至－5.80 m标高→基坑周边二级放坡留土，中心岛区域开挖至基坑底→中心岛区域施工中楼板及钢管斜撑牛腿，并安装钢管斜撑→周边留土区域开挖至基坑底，并施工基础底板，中心岛区域进行地下1层结构施工→拆除第2道钢筋混凝土角撑，周边留土区域施工中楼板，中心岛区域进行上部结构施工→拆除第1道钢筋混凝土角撑，周边留土区域进行地下1层结构施工→地下室结构完成，进行上部结构施工。

3.2围护桩施工

本工程基坑围护主要采用型钢水泥土搅拌桩，采用。850 mm@600 mm三轴水泥土搅拌桩，水泥掺量20%，内插H700 mm×300 mm×13 mm×24 mm型钢，跨中斜撑区域采用双排桩门架形式。

在围护桩施工过程中，东侧围护桩施工时出现型钢插入困难的情况。补勘后发现场地东侧分布有较大范围①a层新近填土（淤泥），初步判定为人工开挖并后期淤积、填埋所形成，以淤泥为主。对此，东侧双排桩间采用压密注浆进行整体加固；东侧留土区域采用。800 mm@600 mm高压旋喷桩加固，水泥掺量为25%。加固高度为坡顶至坑底以下1.5 m，高压旋喷桩施工前，相邻20 m范围内的围护体系需施工完成，且达到设计强度的80%。

3.3基坑降水施工

本工程基坑开挖深度10 m左右，经计算分析，承压水对基坑无影响，基坑降水主要采用疏干井，共布置137口疏干井。

3.4土方开挖施工

首先进行第1道钢筋混凝土角撑区域土方开挖，并进行第1道钢筋混凝土角撑施工。待第1道钢筋混凝土角撑达到设计强度后，由南向北进行土方开挖，并施工第2道钢筋混凝土角撑。第2道钢筋混凝土角撑达到设计强度后，进行中心岛区域土方开挖，基坑周边留土区域按二级放坡留土，钢筋混凝土角撑区域坡顶宽度为10 m，二级平台宽度为3 m，放坡坡度1∶1.5；跨中斜撑区域坡顶宽度为8 m，二级平台宽度为3 m，放坡坡度1∶1.5。东侧因存在不良地质情况，东侧留土区域二级放坡综合坡度放缓，留土坡体由原“坡顶宽度8 m，二级平台宽度3 m，放坡坡度1∶1.5”调整为“坡顶宽度10 m，二级平台宽度3.5 m，放坡度不小于1∶2.0，综合坡度1∶2.5”。

中心岛区域开挖分块根据底板结构后浇带进行划分，共分为3个施工区。周边留土区域土方开挖分为8个施工区13块进行。挖土分块见图2。中心岛区域土方开挖，土方车辆由东侧及北侧栈桥留设土坡入坑进行土方开挖。周边留土区域挖土，由B-2向两侧退挖，依次按分块挖至B-8，从西南侧区域向东侧与北侧同时退挖，土方车辆沿留土平台由东侧或北侧栈桥出入。基坑栈桥、入坑土坡及留土平台设置等见图3。

周边留土区域临时边坡留设时，中间比坡顶及坡脚略高，在坡顶及坡脚各设置1条排水沟，将水排入坑内集水坑中，及时用潜水泵将水排出坑外。

3.5钢管斜撑施工

钢管斜撑采用双拼。609 mm×16 mm钢管，水平间距约8.1 m，一端支设于中心标高为－4.70 m的钢筋混凝土围檩上，另一端支设于中心岛区域的B1层结构梁板上。为增加钢管支撑的稳定性，在钢管支撑中部采用H400 mm×400 mm×13 mm×21 mm型钢作为连杆。钢支撑在中心岛区域的B1层结构梁板位置支撑点处设置抗剪牛腿，使得钢管斜撑轴力能较均匀地传递给结构梁板。钢管斜撑平面布置见图4。

每根钢管斜撑安装完成后施加600kN预应力，采用2只200 t油压千斤顶施加，预应力分2次施加，分别为30%及70%两级。预压力的施加在支撑的两端同步对称进行；预压力分级施加重复进行，加至设计值时，应检查各连接节点的情况，必要时对节点进行加固，待额定压力稳定后锁定。落深区域钢管斜撑在底板达到80%设计强度后进行拆除；其他区域钢管斜撑在B1层结构梁板和周边换撑板带达到80%设计强度后拆除。

▍4 实施效果

本工程自桩基施工至地下室结构施工完成历时16个月，基坑施工期间每天进行一次基坑及周边环境监测。基坑围护桩深层水平位移最大为东侧，累计位移量为92.8 mm，超出设计报警界限值（设计报警46 mm），分析原因主要由于基坑东侧的不良地质影响，施工过程中通过加快底板形成速度，减少基坑周边堆载等有效措施，最终确保了基坑的整体稳定。围护桩顶竖向位移累计最大值为25.14 mm，水平位移累计最大值为14 mm，均未达到设计报警值。周边管线沉降累计最大值为48.82 mm，超出设计报警界限值（设计报警10 mm），分析原因除受基坑施工影响外，管线埋深及老化程度、道路上行车荷载等也是影响因素，最终通过加快底板形成速度等措施，使得基坑施工未对周边管线造成实质性影响。

▍5 结 语

本工程基坑施工采用中心岛开挖＋钢管斜撑体系，为了进一步增强围护桩的刚度，围护桩采用型钢水泥土搅拌桩双排桩门架的形式，并针对东侧不良地质进行了加固，较常规的基坑围护及支撑体系，缩短工期约25%，降低工程造价约10%，有效缩短了工期，解决了建设单位项目开发周期较紧的难题，同时有效降低工程造价，取得了良好的经济效益。

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