超深基坑支护选型及地下连续墙施工技术应用

白志广

【摘要】广东省白鹅潭国际金融中心项目处于广州市荔湾区芳村大道与花地大道交叉路口西北角，针对广州市荔湾区白鹅潭项目选址处地质条件和周边环境，紧邻两条市政道路，旁边有地铁施工。综合考虑基坑支护的安全性、经济性等因素，深基坑支护设计使用地下连续墙和墙内支撑的方式为基坑外侧作支护，出土坡道采用放坡+土钉+挂网喷锚的支护形式。

【关键词】超深基坑；地下连续墙；基坑支护

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021. 26.060

1、工程概况及场地地质条件

本项目地下五层，地上64层，高度286米，建筑面积267461平方米，基础开挖深度25.3米。25.3米深度内主要为填土、淤泥质土、细砂、粉质粘土、全风化中风化微分化泥质粉砂岩，本工程岩面较浅地下8米见岩。

2、周边道路及建筑物

场地北侧：红线外为老旧民房建构筑物群，天然基础，包含一栋文物保护房，年代久远。该侧含生活供水管，距离本地下室边线最近约7m。

场地东侧：该侧含现状地铁1号线芳村站和规划地铁22号线终点站，其中现状地铁1号线芳村站距离本地下室边线约60m，规划地铁22号线终点站边线距离本地下室边线4m。

场地南侧：该侧含在建管廊盾构及工作井、规划地铁11号线盾构段、规划地铁28号线站台、规划地铁22号线客流出入口，其中在建管廊盾构距离本地下室边线约6.8m，在建管廊工作井采用地下连续墙加内支撑方式进行支护，距离本地下室边线约4m，规划地铁11号线盾构段距离本地下室边线约26m，规划地铁28号线距离本地下室边线约59m，规划地铁22号线客流出入口后期与本项目地下室连通场地西侧：为现状空地、停车场。

3、基坑支护的常用类型、特点和适用范围

3.1 放坡开挖

放坡适用范围：周围场地不受限制，工程造价最便宜，回填土方较大。

3.2 深层搅拌桩围护墙

深层搅拌桩围护墙是采用深层搅拌机就地将土和水泥浆强行搅拌，形成连续搭接的水泥土柱状挡墙。

水泥土围护墙优点：坑内一般无支撑，便于使用机械化进行快速挖土；具有止水、挡土的双重功能；一般情况下较经济；施工中振动小、噪音小、污染少、挤土轻微，适合在闹市区内及夜间施工。

水泥土围护墙的缺点：位移相对较大，特别是在基坑长度大时，为此可采取中间加墩、起拱等措施以限制过大的位移；其次是厚度较大。

3.3 高压旋喷桩

高压旋喷桩所用材料为水泥浆，是利用经过旋转的高压喷嘴将水泥浆喷入土体与土体混合形成水泥土加固体，相互搭接咬合形成排桩，用来止水和挡土。高压旋喷桩的造价要高于深层搅拌水泥土围护桩。

高压旋喷桩优点：施工设备结构紧凑、机动性强、体积小、占地少，并且施工机具的振动很小，噪音较低，对周围建筑物不会带来振动影响和产生噪音等环境公害，空间较小处也可使用。

缺点：施工中需要排出大量泥浆，容易引起污染。地下水流速过大的地层、无填充物的岩溶地段永冻土、对水泥有严重腐蚀的土质、喷射的浆液无法在注浆管周围凝固，均不宜采用高压旋喷桩施工。

3.4 槽钢钢板桩

钢板桩围护墙，由槽钢正反扣搭接并排组成的围护墙。槽钢长一般6～8m，具體型号计算确定。

优点：有良好的耐久性，基坑回填土后可将槽钢拔出再次使用；工期短，施工方便。

缺点：由于槽钢正反搭接不能挡水和土中的细小颗粒，在地下水位高的地区需采取降水措施；抗弯能力较弱，一般用于深度不大于4m的较浅基坑及沟槽，顶部一般设置一道支撑或拉锚；支护刚度小，变形较大。

3.5 钻孔灌注桩

钻孔灌注桩围护墙是较深基坑支护中最常用的一种。深度一般在坑深7m～15m的深基坑工程，桩与桩之间主要通过桩顶冠梁和围檩形成整体。

优点：施工时无振动、无噪音等公害，无挤土现象，对周围环境影响较小；墙身强度高，刚度大，变形小，支护稳定性好。

缺点：整体性差，需要冠梁和围檩连成整体。桩间缝隙易造成水土流失，在高水位软粘土质地区更容易造成水土流失，需根据工程实际条件采取注浆、水泥搅拌桩、旋喷桩等方式解决挡水问题；钻孔灌注桩适用于软粘土质和砂土地区，但在砂砾层和卵石中由于施工困难要慎用；在重要地区，特殊工程及开挖深度很大的基坑中应用时需要特别慎重。

3.6 地下连续墙

通常连续墙的厚度为600mm-1000mm，也有厚达1200mm-1500mm的，以前较少使用，现在逐步增多。

优点：刚度大很少产生水平位移，止水效果好，最强的支护型式，适用于地质条件差、地质复杂，基坑深，周边环境要求较高的基坑。

缺点：需要专用设备施工，造价较高。

3.7 土钉墙

土钉墙是被加固土体中埋入土钉附着在破面土体的砼面形成的墙体。其作用与上述围护墙不同，是一个类似重力式挡土墙，土钉墙是起主动嵌固作用，增加稳定性，土钉钻孔植入或直接打入，土钉多数为钢筋也有型钢。北方土质较好，北方常用，一般用于10m以下的深基坑。

优点：稳定可靠、操作方便、施工速度快、成本低、效果好广为推广。

4、方案选择

经过方案比对和支护类型的分析，本工程采用深基坑支护设计使用地下连续墙和墙内支撑的方式。基坑支护作用确保周边环境和施工环境的安全。如图1。

5、基坑支护设计

5.1 地连墙设计概况

本项目五层地下室，挖深约25.3m，支护周长约460m，地连墙79副，共计地连墙14668.72m3，入岩量达8850.14m3，入岩比例达60%；立柱桩64根，旋挖立柱桩1577.13立方米，水泥搅拌桩19223m。三道内支撑，锚杆2520m。本工程立柱桩采用360型号旋挖桩机成孔，成孔桩径1200mm平均成孔深度30m，入岩量999.82立方米，入岩比例达63%。

地下连续墙延建筑物周边设置按永久结构设计，地下连续墙厚度1.0m，成槽采用液压铣槽机，墙身深度约32m，单元槽段的长度最大为4～6m，入岩率为60%，地下连续墙的抗渗等级为p10，采用双面对称配筋。地下连续墙的防水等级为二级。地下连续墙和压顶梁均为C30砼，导墙为C25砼。

5.2 搅拌桩设计概况

搅拌桩直径为600mm，搅拌桩采用四喷四搅的施工方法。

5.3 立柱桩设计概况

采用钢立柱和直径1.2m的混凝土浇灌制成，其中钢立柱采用560×150×12的钢板4块为一组，每隔600mm放置一组，L160×14的角钢4块长度为每根钢立柱所需长度，焊接成650mm的正方形；立柱桩采用钻孔灌注桩，桩身混凝土采用C30。支撑立柱桩共计64根，平均桩长为30m。

5.4 插筋、土钉墙、喷锚设计概况

本工程出土车道采用放坡+土钉墙+挂网喷锚支护形式。放坡（1：0.5）插筋采用}16mm钢筋打入式施工，并与通长的加強筋焊接连接，单面焊10d，钢筋网与加强筋采用绑扎连接；放坡（1：1.5）采用打入式Φ48钢花管锚杆。采用等级C20砼，厚100mm，挂网φ8.0@250×250，砼面层及钢筋网须向上翻过基坑顶1米，以形成护坡。

5.5 内支撑设计概况

本工程的压顶梁、立柱基础混凝土、腰梁、支撑梁混凝土强度等级均为C30，保护层厚度35mm。

6、总体施工顺序

根据本工程的工期目标、基坑支护施工图纸的内容及现场施工条件等因素，制订出本工程各阶段的主要施工顺序，具体施工程序如下图2所示。

7、施工标段划分及施工流向

基坑超前支护施工阶段：

由于本工程场地较大，基坑东侧紧邻规划地铁22号线，东侧地连墙外侧除需采用格栅式搅拌桩加固，为了加快本工程施工进度，我司在基坑超前支护阶段拟将地连墙施工划分为1区地连墙、2-1区地连墙（外侧为双排搅拌桩）、2-2区地连墙（外侧为格栅式搅拌桩）三个区域，具体划分情况及工程量如下表1、下图3所示：

8、总体施工方法

各分项工程施工方法：

（1）采用液压抓斗机施工地下连续墙上部土层段，刷壁器平整墙壁，岩层段施工采用双轮铣槽机成槽，吊车吊放下入钢筋笼，墙身采用商品砼灌注，水下导管回顶法灌注墙身砼。

（2）立柱桩采用旋挖桩机成孔、钻筒清渣、吊车吊放下入钢筋笼、格构柱，桩身采用商品砼灌注，水下导管回顶法灌注桩身砼。

（3）水泥搅拌桩采用搅拌桩机成桩，施工工艺为“四喷四搅”。

（4）内支撑采用人工挖槽、绑扎钢筋、支模板、浇筑砼，并及时养护。

（5）挂网喷射砼采用喷射混凝土机喷射面层混凝土。

（6）钢花管采用锚杆钻机成孔，高压注浆泵注浆。

（7）内支撑拆除采用静爆方式施工。

9、地下连续墙施工

9.1 概述

地下连续墙延建筑物周边设置按永久结构设计，使用年限50年。地下连续墙厚度1.0m，墙身深度约32m，单元槽段的长度最大为4～6m，入岩率为60%，共计79幅，地下连续墙的抗渗等级为p10，采用液压抓斗成槽和双轮铣配合施工。

9.2 施工顺序与施工流向

施工顺序：本项目划地连墙分为一区和二区，2个区段独立作业，其中二区又划分为2-1区和2-2区，先施工2-1区再施工2-2区。

施工流向：一区、二区均按照按由北向南推进施工。

施工流程：

（1）施工格栅式搅拌桩加固，再施工地下连续墙、立柱。（与地铁22号线协调施工）。

（2）土方开挖至冠梁底下施工冠梁、盖板。（与地铁22号线协调施工）。

（3）分层开挖土方至下一道支撑梁底，施工腰梁和支撑梁。

（4）待腰梁和支撑梁混凝土强度达到设计强度的75%后，分层开挖土方至第二道支撑梁底，施工腰梁和支撑梁。

（5）待腰梁和支撑梁混凝土强度达到设计强度的75%后，分层开挖土方至第三道支撑梁底，施工腰梁和支撑梁。

（6）待腰梁和支撑梁混凝土强度达到设计强度的75%后，施工底板。

9.3 施工工期安排

本工程地连墙施工阶段总工期为80日历天，其中导墙浇注工期为30日历天，地连墙施工在导墙浇注5天后即可开始施工，安排75日历天；泥渣外运与地连墙施工同时进行，安排75日历天。

9.4 施工机械配备计划

（1）地下连续墙采用1台上海金泰SG70液压抓斗对土体成槽和1台徐工XTC80/55双轮铣槽机进行岩层施工、2台宝峨BG30旋挖钻机配合施工，成槽机施工效率为1天1副，双轮铣施工效率为1天1.5副。

（2）钢筋笼一次焊接加工成型，180t、100t履带吊各一台配合用整体下放入槽（抬吊法）。

（3）其他辅助施工机械主要为2台刷壁器、2台泥浆净化装置、2辆挖掘机、1辆泥头车、2台泥浆运输车及钢筋加工机械等。

9.5工艺流程（如图4）

9.6 施工工艺及方法

1.测量放线

根据基准点相关数据，在现场布置测量控制点，报验合格后，再进行轴线放样。

2.导墙制作

10？地下连续墙成槽施工

本工程地下连续墙施工入岩较多，采用“多首开、少连接”的施工成槽方法，旨在减少入岩施工带来的成槽偏差，进一步地减少累计误差。

（1）土层—液压抓斗成槽施工

1）槽段划分

2）槽段放样

3）槽段开挖：槽段使用专用成槽机施工。

①成槽机垂直度控制

成槽前成槽机保持水平，成槽过程中液压抓斗配有纵向纠偏装置，保证垂直度。

②成槽挖土顺序

槽段按照先两端后中间的施工顺序进行。

先挖单孔，后挖隔墙。

C、槽段挖到深度后，再沿槽的长向套挖几次。抓斗成槽时产生凹凸面需要整平，确保槽段横向平直。

D、槽段挖到设计深度后进行槽底沉渣。

③成槽挖土

抓斗入槽、出槽时要慢速进行，垂直度偏差及时纠偏。为了达到导墙内泥浆不受土体污染的目的在导墙内两端插入双向闸板再进行槽段挖土。

4）槽深测量及控制

5）槽段检验

槽段的检查内容包括的槽段深度、水平位置、壁面和端面垂直度。

（2）岩层—双轮铣成槽施工

1）按照设计槽段6m长度施工，轉角处与特殊部位按设计单独划分。开槽前做好槽段编号核对、分界线等施工记录。

2）槽段施工时采用隔仓开挖的方法，铣槽机先铣两端，再铣中间剩余部分。铣槽机工艺在铣槽过程中进行浆、砂、岩分离出槽，此工艺根据气体反循环原理对槽内泥浆进行净化除砂。（如图6）

3）钢筋笼制作控制要点

本工程地下连续墙的钢筋笼分为“一”、“V”和“L”型。

4）制作平台

根据现场的条件和成槽设备的台数，制作一个钢筋加工平台，平台尺寸为8m×35m，根据钢筋间距，插筋、加固筋、预埋件、及钢筋连接器位置标出控制标志，保证预埋件、钢筋笼的精度。

5）钢筋笼吊装加固

钢筋笼面积较大，刚度较小，为确保起吊时的刚度和强度通常在钢筋笼内部按照设计要求设置钢筋行架。钢筋笼的吊装采用整幅成型的方式吊装入槽。

（3）钢筋笼吊放和起吊设备选择

本次验算选“一”型幅宽最大，笼长32.3m，单幅地墙（6米宽）钢筋笼重约32t（含工字钢），加上吊钩及钢丝绳锁具等重量约为3t，吊装总重量合计约为35t。

经过计算用180t和100吨各一台履带吊配合抬吊。180t主钩吊钢筋笼顶端，100t副钩吊钢筋笼中间，主副钩一起工作，缓慢吊起钢筋笼离开地面，控制好钢筋笼的垂直度，随时观察钢筋笼的变形情况，缓慢入槽严控标高。钢筋笼放到为后，用专用扁担搁置在导墙上，通常用槽钢现场制作。

（4）置换、清孔

1）沉淀法清孔

因为泥浆粘度，泥渣、砂在沉降过程中会受到阻滞，沉到槽底需要一段时间，通常待泥渣、砂沉降1小时之后开始清底（沉淀法），用液压抓斗挖除沉渣。

2）导管法置换泥浆进行二次清底

若安装完钢筋槽段底部沉渣比较厚，用导管法置换泥浆进行二次清底。

3）刷壁

①为了槽段之间良好连接提高接头处的抗剪和抗渗性能防止渗漏，连续墙接头处对先干槽段按缝进行刷壁清洗，刷壁必须在清孔之前进行。

②刷壁清孔换浆后的出口泥浆指数应达到：比重<1.25%，含沙率<6%，粘度<25S。

4）沉渣厚度检测

在地连墙混凝土浇筑之前，要检测槽底沉渣厚度，并保证沉渣厚度小于100mm，如果不符合要求，应重新清孔，直到合格。

（5）混凝土灌注

1）本工程槽段混凝土标号为C30P10商品砼。

2）浇筑砼采用双导管同时浇筑的施工方法，导管均选用直径为300mm的圆形螺旋接头导管，为了方便施工在导管顶端安装圆形或方形漏斗。

3）混凝土浇注前要保证坍落度合格，并留好试块。一幅槽段留三组试件，其中一组为抗渗试件两组为抗压试件。

结语：

对于开挖深度大，没有工作面，稳定性要求高的深基坑，经工程实践证明，选用地下连续墙及内支撑方案，经济、可靠。

本工程地下连续墙支护施工时间三个月时间，取得了较好效果、为类似工程提供依据。

参考文献：

[1]朱吉新.浅析基坑支护方式相关质量进度安全控制.《湖南省土木建筑学会施工专业学术委员会2016年学术年会》，2016-10-01.