自稳式基坑支护组合技术在基坑围护工程中的应用

顾 宏 （上海长凯岩土工程有限公司，上海 杨浦 200093）

1 工程概况

该项目位于某市宝山区，东至松兰路，南至杨桃路，西至杨泰路，北至宝杨路，为安置房项目，项目总用地面积57692 m2，包括05-02与05-03两个地块，分为一期建设用地和二期建设用地。整个场地受部队用地（05-05）地块影响，大致呈“凹”型分布。

本次基坑围护设计将两个地块合并统一进行设计。基坑开挖面积约46000m2，围护周长约1370m。其中一期西部区域围墙内施工场地占地面积约22150m2，基坑开挖面积约 19100m2，基坑 周 长 约 552m。 项 目 ±0.00=+5.300m，场地平整后标高为+4.500m，即相对标高为-0.80m，地库垫层底标高为-6.250m，为此，基坑开挖深度为5.450m，深坑位置一般落深 1.4m。

2 工程周边环境

2.1 基坑西侧

拟建场地现有围墙线位于用地红线范围内，围墙外是影园路，为通行市政道路，其下有市政管线埋设。项目用地红线外侧为影园路345弄小区居民楼，分布6幢6层浅基础住宅楼，基础埋深约2.50m左右，对基坑产生的变形敏感，居民楼到项目基坑开挖边线距离为12.20m～22.80m。基坑开挖边线到用地红线最近距离约10.40m，到围墙的最近距离不足3.00m。

2.2 基坑北侧

图1 一期西部区域基坑所处位置图（阴影部分）

图2 一期西部区域基坑周边环境图

基坑开挖边线到用地红线最近距离约为3.40m，红线外为宝杨路绿化带，宽度约20.0m，其下有市政管线埋设。中部位置电信营业部（3层民房）用房位于用地红线内，基础埋深约2.0m，基坑开挖边线到墙体的最近距离不足1.00m。

2.3 项目东侧

该侧保留部队用地围墙位于用地红线内，基坑开挖边线到围墙距离约为4.10m～8.50m。部分围墙兼作 2～3层民房外墙，部队用地内建有7层、9层商业用房。

2.4 基坑南侧

场地围墙与用地红线基本在同一位置，基坑开挖边线到现有围墙距离最小约为5.40m。红线外为规划道路，项目施工期间为空地。

3 工程地质条件

3.1 工程地质与地貌

根据勘察报告资料分析，基坑工程影响范围内场地地基土按成因类型、形成时代、结构特征、工程性质自上而下如下表。

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坑底在在第②3-1层中，工程地质典型剖面如下：

图3 典型土层工程地质剖面图

3.2 场地内的地下水

根据地质勘察报告，对本项目基坑设计与施工有直接影响的为浅部土层中的潜水，其补给来源主要为大气降水与地表径流。潜水埋深约0.60m～1.30m。

本项目基坑开挖深度5.45m，深度一般，根据地勘报告，第⑦层土为承压含水层，其层顶埋深最浅处埋深为43.20m左右，按最不利承压水位埋深3m考虑，根据某市工程建筑规范《岩土工程勘察规范》（DGJ08-37-2012） 第 12.3.3条进行验算：Pcz/Pw y>1.05，故第⑦层承压水对本工程基坑施工无影响。

3.3 不良地质现象

根据地质勘查报告，拟建场地内有2条暗浜分布，暗浜深约 2.6～3.3m。

4 原基坑围护方案选型及实施

4.1 基坑围护选型

根据业主单位提供的原基坑围护图纸显示,本项目基坑围护采用钻孔围护桩加两排双轴搅拌桩止水帷幕，内部设置一道钢筋混凝土水平支撑的支护形式。北侧中部电信营业部位置滞水帷幕双轴水泥搅拌桩调整为高压旋喷桩。

4.2 基坑围护方案实施

该项目基坑围护工程实施时雨水天气远超往年，场地北侧宝杨路上的大门无法开设，钻孔灌注桩施工泥浆外运不畅。时至2018年12月14日，该方案双轴水泥搅拌桩、钻孔灌注桩才分别完成了85%和60%，立柱桩及格构柱、钢筋混凝土围檩及支撑尚未提到议事日程上；受场地限制，围檩、支撑实施时也仅能由北向南退步实施，且无法与其他工种形成流水作业。

图4 基坑围护体平面布置图

图5 支撑平面布置图

图6 基坑围护典型剖面图

因宝杨路上的大门无法开设，水平支撑方案落实后，土方开挖非常困难，挖土进度将远远落后预期，后期基坑肥槽回填和拆撑也将严重影响工期，极大增加施工成本的同时，无法按政府时间节点完成交房。

总包单位经综合考虑，与业主单位协商后寻求该基坑围护优化方案。

5 新基坑围护方案确定与实施

5.1 新基坑围护方案分析及选型

5.1.1 基坑工程难点

本项目基坑工程的重点与难点主要为基坑开挖过程中，减少对西侧影园路和其西侧房屋的影响，做好基坑北侧电信营业部用房的保护。减少对基坑东南角部队用地内2～3层已建房屋的影响，同时确保基坑自身安全，为地下室施工提供一个良好的作业环境。此外，须考虑土方开挖的便捷性，为该项目按时间节点完成向政府交房创造条件。

5.1.2 基坑设计控制标准

根据本基坑开挖深度及周围环境，按照某市标准《基坑工程技术规范》（DG/TJ08-60-2010）,本基坑工程安全等级为三级，环境等级为三级。基坑围护结构最大侧向位移按照40mm控制，坑外地表最大沉降按照30mm控制。

5.1.3 围护设计总体构想

基坑围护设计，不仅关系基坑开挖和周边环境的安全，还直接影响土方开挖和地下结构的施工成本。根据全面分析，结合本项目要求，确定本次新围护方案选型原则。

①首先确保安全，存在重大安全隐患的方案再怎么节约也没有实际意义，且可能带来巨大损失，基坑围护设计和施工时应尽可能减少对周边环境的影响；

②然后充分利用地基土特性，尽量节约造价，以符合业主的利益；

③最后考虑工期和施工方便性，在施工中尽可能实现节约工期和降低施工造价。

5.1.3.1 自稳式基坑支护组合技术的优势

本项目开挖深度5.45m，基坑周边作业面较小，无法形成载重车道有效回路，为确保周边环境及基坑安全，本基坑围护工程最好采用超前支撑工艺。我司持有的张江国家自主创新示范区专项发展基金重点支持的专利技术“自稳式基坑支护组合技术”为超前支撑工艺，具有如下优势：

①该技术超期支撑体系可以跟随在围护体施工过程中实施，基本不占用有效工期；

②该技术超前支撑在围檩养护和基坑降水期间完成养护，有效节约了工期；

③该技术超前支撑完成养护后，基坑土方开挖在满足“分段、分层、跳仓”开挖的前提下，相应配筋垫层及时成形，可不受其他条件限制实现敞开式挖土，极大提高挖土功效，极大缩短挖土工期；

④该技术超前支撑的实施一次成型，完成垫层、底板和反向牛腿施工后，即可根据监测资料按需拆除支撑，为坑内地下结构施工创造良好条件，尽可能地减少施工缝设置，降低地下结构渗水风险，有效节约工期。

5.1.3.2 常规支撑使用在该项目上存在的主要问题

该项目受场地限制，复合土钉墙、门架围护体系根本无法实施。双轴水泥搅拌桩重力坝围护体无法满足基坑变形要求，若采用常规支撑又存在如下诸多不足。

①常规Φ609钢管斜抛撑

a.施工的复杂工序：围护体施工、完成预埋件安装—→完成基坑降水—→基坑周边留土，进行盆式开挖—→垫层、底板施工、预埋件设置—→斜抛撑施工—→留置土挖除—→垫层、底板施工等—→……—→按需完成换撑、拆除斜抛撑和预埋件处理等。

工序复杂，严重影响地下室施工功效，施工工期较长。

b.斜抛撑位置留置土开挖，效率低下。基坑周边没有良好的出土通道，必须采取有效措施，增加工程造价。

c.斜抛撑的设置，基坑周边地下结构须根据留置土需要相应增加设置施工缝，增加地下室渗水风险。

d.基坑开挖时出土通道不通畅，土方开挖受到影响，工期延长导致斜抛撑租赁期延长，必将会增加工程成本。

②钢筋混凝土水平支撑

a.施工的复杂工序：立柱桩、格构柱施工—→支撑位置开槽土方开挖—→水平支撑施工、养护—→完成基坑降水—→土方开挖—→垫层、底板施工，格构柱位置止水处理—→完成地下结构施工—→按需完成换撑、拆除水平撑等。

工序复杂，严重影响施工功效，施工工期较长。

b.支撑养护须满足设计要求，方可进行土方开挖，施工周期较长。

c.相当部分土方开挖须在支撑底下进行，挖土效率低下，挖土时间较长，影响项目施工周期。

d.支撑拆除，严重影响施工进度的同时必将产生大量建筑垃圾，无法满足绿色施工要求。

③常规Φ609钢管水平撑

a.施工的复杂工序：立柱桩、格构柱施工—→支撑位置开槽土方开挖—→完成支撑安装—→完成基坑降水—→土方开挖—→垫层、底板施工，格构柱位置止水处理—→完成地下结构施工—→按需完成换撑、拆除支撑等。

工序复杂，严重影响施工功效，施工工期较长。

b.须借用大型起重设备安拆，安装精度高，安全隐患较大，施工周期较长。

c.受场地周边无法设置车辆运输回路影响，该项目支撑拆除难度极大，可实施性较差。

d.相当部分土方开挖须在支撑底下进行，安全隐患大，挖土效率低下，挖土时间较长，影响项目施工周期。

e.一旦基坑成形后，后续工作不能按计划推进将造成工期延长，必将导致其租赁期延长，从而增加工程成本。

5.2 基坑围护方案选型

该工程围护体双轴水泥搅拌桩滞水帷幕、钻孔灌注桩已完成大部分工作量，且仍在施工，为有效降低工程损失，新的基坑围护方案选型将尽量在原方案的基础上进行。

经多方案比较，本工程最终确定调整为我公司的专利技术“自稳式基坑支护组合技术”。采用钻孔灌注桩加两排双轴搅拌桩止水帷幕围护体，电信营业部（3层民房）区域受场地限制调整为两排双轴搅拌桩止水帷幕内密插H型钢（H700×300×13×24@800）的围护体。内部设置Φ609钢管角撑和前置式斜向约束仓定点注浆钢管支撑的支护形式。

新的基坑围护方案将围檩标高降低了500mm，减少了角撑用量。前撑式注浆钢管支撑位置围檩截面尺寸调整为1200×800mm。坑边6.5m区域素混凝土垫层调整为厚200mm配筋垫层，内配φ10@200×200双层双向钢筋。其他所用计算参数均未作调整。调整后方案经重新计算，新方案的内力变形计算（含：前撑式注浆钢管支撑计算）、坑底抗隆起(圆弧滑动)计算、墙底抗隆起计算、配筋计算、抗倾覆计算、抗渗流稳定计算、整体稳定计算等均满足设计预期。

确定后的新的基坑围护方案，如图7～图9所示。

5.3 新基坑围护方案实施

从参与该工程基坑围护方案调整通知、到新方案选型及确定，直止完成新方案的设计和施工专家评审，共计花了7天时间。在这7天时间内同步完成了与相关单位的合同谈判、施工前期准备。在原基坑围护施工单位完成后续工作内容期间的20天内同步施工、流水作业完成了所有前置式斜向约束仓定点注浆钢管支撑施工，确保了该工程在2019年春节前即完成基坑降水井点的布设并开始运行，为该工程在春节后开工后即进行大面积基坑土方开挖创造了条件。

基坑开挖前的承载力检测值满足设计要求。基坑开挖后，变形量满足设计预期，为地下结构顺利实施创造了条件。该项目最终按期完成向政府交房任务。经业主和总包初步估算该基坑围护方案优化累计节约工程成本约500万元。对该专利技术“自稳式基坑支护组合技术”给予了很高的评价。

6 结语

基坑围护工程是个系统工程，不仅要受力合理，考虑自身施工的可行性，还需结合工程实际考虑随后土方开挖的可行性、相应地下结构施工的便捷性等，只有这样经过综合评估确定的方案才会间接或直接实现“安全、合理、经济”的预期目标。

图7 新方案支撑平面布置图

图8 基坑围护典型剖面图（一）

图9 基坑围护典型剖面图（二）

图10 基坑开挖效果图（二）

本项目基坑围护工程采用我司专利技术“自稳式基坑支护组合技术”是合理的、安全可靠的，达到了设计预期目标。主要包括以下几个方面：

①实现超前支撑，在围护体施工时同步施工、流水作业，基本不占用有效工期，围檩、支撑养护完成，即可实施基坑开挖，基本不占用有效工期；

②可局部或全部替换1道或2道常规支撑体系，基坑开挖面积越大性价比越高；

③该技术施工在基坑内进行，无须占用坑外有效空间，减少了对周边环境的影响，同时为业主考虑充分使用红线内土地资源创造条件；

④避免了其他支撑体系开槽留土支撑施工、二次土方开挖和拆撑等复杂工序，对挖土施工条件要求比较低，减少了土方开挖难度，可实现敞开式按需进行土方开挖，方便地下结构施工，减少施工缝设置，大幅缩短施工工期等。

目前该技术已在近70个项目中得到了成功应用，已逐渐趋于成熟，约束仓定点注浆工艺有效保证了单根支撑的承载能力，值得推广。