张献涛
上海云峰建设有限公司 上海 201103
【摘要】超过一定规模的危险性较大的深基坑工程一般采用钢筋混凝土围檩、支撑或钢管支撑形式，根据基坑深度采取钻孔桩+水泥搅拌桩、地下连续墙或SMW工法桩等基坑围护系统。但对于基坑周边环境相对简单、风险可控、单个基坑面积较大的深基坑工程，采用基坑分级放坡、局部钢管斜抛撑、局部SMW工法、土方盆式开挖形式，具有较强的经济性、可实施性。
【关键词】钢管斜抛撑；重力坝；SMW工法；钻孔灌注桩；双轴水泥搅拌桩；压密注浆
1工程概况
以我公司近年承建的某生产车间基坑为例，工程位于上海市靠近外环，东、南、西侧为市政道路，北侧为小型河道，基坑周围无住宅或高层建筑。
本基坑地下2层，除局部外，基坑基本布满用地红线范围。基坑呈矩形，东西向宽约200m，南北向长约500m；基坑深度为8.15m，局部电梯井、集水井部位落深1.25-2.35m。基坑面积近10万m2,总土方开挖量约80万m3，其中土方回填量12万m3。
围护主要采用放坡卸载+双轴搅拌桩重力坝/钻孔灌注桩结合双轴搅拌桩止水+Φ609钢管斜抛撑/重力坝（双轴搅拌桩内插型钢）的支护形式。竣工后，一楼地坪±0.000相当于黄海高程6.600m，室外地坪或绿化标高为黄海高程5.650m，即相对标高-0.950m，以下涉及高程全部采用相对标高。
基坑平面图：
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2周边环境、地质条件
（1）周边环境
基坑东侧：基坑东侧基坑边线距用地红线最近约15.2m，红线外有宽约9.7m绿化带，绿化带外为主市政道路；东侧雨水管、给水管侵入结构内部（基坑施工前应予以搬迁），基坑边线距雨水管（?300）约5.3m、距雨水管（?400）约25.5m、距信号灯约33.2m、距移动管线36.6m、距给水（?300）约38.2m、距给水（?800）约39.7m、距信息管约42.2m等。
基坑南侧：基坑南侧基坑边线距用地红线最近约14.0m，红线外为小市政道路；雨水管、污水管、给水管等侵入结构内部，基坑边线距移动管线约10.4m、距移动管线约12.0m、距联通管线约15.5m、距给水管16.3m、距路灯管约17.1m、距雨水管约18.2m等。
基坑西侧：基坑西侧基坑边线距用地红线最近约11.7m，红线外为小市政道；西侧电力管、雨水管及给水管等侵入结构内部（基坑施工前应予以搬迁），基坑边线距电力管线约17.1m、距给水管约18.1m、距雨水管约21.2m、距给水管22.2m、距污水管约23.1m、距移动管线约30.6m（非开挖）等。
基坑北侧：基坑北侧基坑边线距用地红线最近约6.1m，红线外有约6m宽预留通道，通道以外为小型河道。
（2）地质条件
本工程影响范围以内的土层自上而下依次为：杂填土、粉质粘土、淤泥质粉质粘土夹粘质粉土、砂质粉土、淤泥质粘土、粘土、粉质粘土、砂质粉土夹粉质粘土，基坑设计土层参数如下表所示：
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（3）水文地质条件
场地浅部土层中的分布的潜水水位动态变化主要受控于大气降水和邻近地表水体。地下水稳定水位埋深为0.85～1.80m，相应高程为2.48～3.63m。各潜水位一般离地表面约0.3～1.5m，受降雨、潮汛、地表水及地面蒸发的影响有所变化，年平均水位埋深0.5～0.7m，室外地坪下高水位埋深取0.5m，低水位埋深取1.5m。
3基坑围护系统
基坑围护系统由钻孔灌注桩、双轴搅拌桩组成，坑底集水井部位双轴搅拌桩加固。基坑按围护、止水帷幕、坑内加固→降水→开挖→垫层、底板施工的总体顺序进行。内支撑的安装按先撑后挖的原则进行。内支撑的拆除待其相应的换撑措施（底板、传力带、传力牛腿等）施工后且达到设计强度后进行，具体如下：
止水帷幕、搅拌桩围护、坑内加固、钻孔灌注桩围护、立柱桩、格构柱及降水→挖土至第一道围檩标高处→开槽实施第一道围檩、混凝土内支撑→反压土区域留土、其余区域挖土至底板基坑底→底板垫层、底板、钢支撑牛腿→架设钢管斜抛撑并施加预应力→反压土区域土方开挖→反压土区域垫层、底板及传力带-拆除钢管斜抛撑及西南角混凝土支撑→施工地下结构其余部分至±0.000→基坑回填至地面。
斜抛撑区域位于基坑北侧、西侧及南侧，东侧离主市政道路由15m宽绿化带相隔，对市政道路影响较小，采用重力坝围护形式，重力坝区域插H500×300×11×18型钢约1600t。施工过程中，布置深井降水点，放坡部位布置轻型降水点。
基坑外圈止水帷幕采用双轴搅拌桩，2排?700@500，桩顶标高-3.000m，桩长8m。
基坑内圈采用双轴水泥土搅拌桩+钻孔桩，辅以压密注浆，桩顶标高-5.400m。2排双轴水泥土搅拌桩?700@500，重力坝区域长12-15m不等，斜抛撑区域长11m。
斜抛撑区域在双轴搅拌桩内侧施打钻孔桩，桩顶做钢筋砼围檩。基坑北侧靠近河道，为基坑薄弱地带，型号及间距?900@1100，长度15m、17.7m不等；基坑西侧、南侧边坡相对稳定，型号及间距?700@900，长度12m。
场地自然地坪相对标高-1.5m 至-1.95 m不等，南高北低，围护桩施工前需整体场地平整至相对标高-3.000m，此工序清除地表杂填土约1.05m-1.5m厚，即卸载第一层土方。
由于基坑围护设计原理为基坑四周封闭后，首先降水达到开挖要求，方可进行相对标高-3.000m以下部分土体开挖，所以，施工安排时，围护桩全部施工完成后，根据施工需要做整体或局部挖土安排。
部分区域场地平整完成后，开始围护桩施工，外围止水帷幕桩顶标高即场地平整后标高-3.000m，施工同常规施工方法。由于基坑内圈水泥土搅拌桩+钻孔桩顶标高为-5.400m，打桩时自然地面高于桩顶标高2.4m，SMW工法施工时，搅拌桩内H500×300×11×18型钢施打，需采用送桩工具及定位设施，保证型钢位置准确。
4 土方开挖
4.1开挖方案
因基坑基本布满整个场地，土方量非常大，后续土方回填需土方量较大。深基坑施工阶段，基坑布满整个场地，现场无堆土点，且设计要求基坑及基坑以外区域不允许堆土。关于回填土方需求，经各种方案比较后，最经济且可行的方案为，地下结构施工阶段，根据流水作业情况，后续未开挖的土方经处理后，即留土用于回填至地下结构完成区域。
为最大限度节约回填土成本，土方开挖组织成为重中之重。兼顾经济性、安全性，开挖方案如下：分区域、分层开挖，自北向南、自西向东同时退挖，北侧、西侧地下结构优先施工，此两块区域结构完成后，可先行回填或者局部堆土1-2m高度。后续施工上层符合回填要求的土可回填至北侧、西侧区域，根据流水作业要求，边结构施工，边回填土方。
挖土组织如下：
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4.2开挖施工工艺
4.2.1第一层土方开挖（自然地坪至-3.000m）
第一层土方开挖即平整场地，场地自然地坪相对标高-1.5m至-1.95 m不等，南高北低。按基坑围护设计要求，围护桩施工前场地需整体平整至相对标高-3.000m，此工序清除地表杂填土约1.05m-1.5m厚，即卸载第一层土方。
平整场地自北向南、自西向东开始，逐步退挖至东侧围墙大门附近，此部分杂填土全部外运。北侧围护桩区域平整完成后，安排北侧围护桩施工，先进行双轴搅拌桩施工，后进行钻孔灌注桩施工，同时进行平整场地后地面排水沟及硬化面施工。
4.2.2第二层土方开挖（-3.000m至-5.400m）
基坑围护施工的同时，进行深井降水点的施工，并做好降水准备。基坑围护施工完成并养护到设计要求强度后，根据开挖进度要求，逐步启动深井降水点抽水作业。一般降水15天，可达到开挖要求，地下水位达到要求后，自北向南、自西向东安排标高-3.000m至-5.400m标高区域的土方，除局部便道留置最后开挖外，标高-3.000m至-5.400m的流水作业开挖，直至第一至第四区域土方全部卸载完成；开挖过程中，为提高挖土功效基坑内动态土方放坡1:1；基坑边坡按设计要求1:1.5放坡；并及时做好钢筋网片、喷浆处理。
北侧及西侧区域流水挖土至-5.400m后，安排钢筋砼围檩及局部重力坝区域钢筋砼压顶施工，为维持基坑边坡稳定，在边坡位置布置情形井点降水。为下层土方开挖做准备。
4.2.3第三层土方开挖（-5.400m至-9.950m）
第三层土方开挖分四块区域进行，顺序为第一、第二区域（第一、二区域可并列施工）→第三区域→第四区域；相邻两块区域土方开挖，原则上不留置土方开挖施工缝，即挖机退挖，土建班组垫层、地下结构施工及时跟上。
第三层土方开挖以底板加强带（后浇带）整块区域为单位进行作业，每块加强带（后浇带）区域约60m?60m，由基坑边自北向南、自西向东开挖至基坑底斜抛撑支座牛腿位置，并逐步退挖；斜抛撑安装前，基坑边按1:1.5放坡，留置反土以保证基坑安全；完成第一块加强带（后浇带）范围土方开挖后，斜抛撑支座牛腿同底板同时浇筑。斜抛撑支座牛腿强度养护到设计要求后，及时安装斜抛撑，并对斜抛撑施加预应力。斜抛撑安装完成后，为减少对基坑底地基扰动，安排长臂挖机在基坑边坡顶部退挖方式卸载反土，由小型土方车在基坑边运土。
第三层土方开挖注意做好以下安排：
（1）北侧或西侧第一跨加强带区域卸土至相对标高-5.400m后，拟采用200型挖机自牛腿部位，自北向南或自西向东退挖约63m，边退挖边做垫层及基础钢筋等工程，最大限度减少基坑暴露时间。
（2）北侧或西侧斜抛撑区域按1:1.5放坡，采用常规挖机，势必对地基土造成扰动，为减少边坡土扰动，宜采用长臂挖机。
（3）北侧或西侧斜抛撑安装完成后，反压土区域因放坡太长，出土宜采用长臂挖机及小型土方车出土，自西向东或自北向南沿基坑边出土。
（4）若挖土方向临时留置土坡超过1个月甚至更长，宜采用钢筋网片加强处理，设井点降水及喷浆护壁。
挖土过程各边坡处理节点要求如下：
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4.2.4、电梯井、集水井位置落深开挖
集水井部位落深1.25-2.35m，此区域在基坑围护施工阶段，已采用双轴水泥土搅拌桩加固及止水，土体较稳定。因13%水泥掺量的水泥土，自施工完成至基坑底开挖，养护时间至少已达3-4个月，甚至更长，水泥土较为坚硬，需机械开挖。在第三层土开挖的同时，安排小型挖机放坡开挖以减少对地基土的扰动，并及时进行垫层封闭。若双轴搅拌桩加固后的土质仍不能满足局部落深开挖要求，适当采用钢板桩或30#槽钢局部支护。
5基坑降水、排水
为有效减少土方开挖对基坑的影响，平整场地后，首先在基坑四周即基坑顶部设置排水明沟，并做挡水坎，用于地表截水；同沿排水沟方向每隔100m设集水井，通过排水明沟收集轻型井点、深井水，经沉淀后，集中排至市政雨水管网。
根据勘察报告、基坑围护设计及应急预案分析，同时出于周边环境安全考虑，在基坑内部设置适宜数量的疏干井和降压井，在基坑内、外设置水位观测井，监测潜水水位及承压水水位，始终保持地下水水位位于开挖面以下0.5m-1.0m。抽水期间，会同监测单位做好各项记录，并与监测单位密切配合，监测数据每日上报业主及设计单位、监理单位。
6基坑监测
基坑围护及开挖施工过程中，必须做好围护结构自身及环境保护监测工作，根据监测资料及时控制和调整施工进度和施工方法，基坑围护监测采用专业分包形式，由相应资质的单位承担，并及时将监测资料反馈各参建单位，以便及时分析处理，确保基坑安全。
本基坑监测要求基坑环境保护等级为三级。基坑顶部水平、竖向位移、基坑深层监测、周边环境、坑内、坑外水位等监测内容、频率、报警值等必须满足相关规范要求，监测内容及报警值严格按设计、规范制定。
7经验总结
本基坑钢管斜抛撑+SMW工法桩重力坝支撑形式较内置锚杆支撑体系、钢筋砼支撑体系节省成本，经济性较强；同时无运土栈道及钢筋砼支撑等建筑垃圾，环保性较强。
本基坑建筑面积大、土方开挖量大、回填需土方量大，远超一般规模。挖土、运土、留土显得尤为重要，施工过程中采取的挖土、运土、留土等措施，极大节约了施工成本。
参考文献：
《新建生产车间及辅助用房工程施工图》
《新建生产车间及辅助用房工程施工组织设计》
《新建生产车间及辅助用房岩土工程勘察报告》
《建筑边坡工程技术规范》 (GB50330-2013)
《上海市地基基础设计规范》(DBJ08-11-2018);
《上海市标准基坑工程设计规程》(DG/TJ08-61-2017)等。