基坑围护

总章基坑围护的形式

1、水泥搅拌桩重力坝：在软粘土地基中开挖深度为5～7米左右的基坑，应用深层搅拌法形成的水泥土桩挡墙，可以较充分利用水泥土的强度，并可利用水泥土防渗性能，同时作为防渗帷幕。因此，具有较好的经济效益和社会效益。水泥土重力式挡墙一般做成格栅形式，按重力式挡墙计算。广泛用于开挖深度7

米以内的深基坑围护结构、管道沟支护结构、河道支护结构、地下人行道等。

2、土钉墙：土钉墙是由天然土体通过土钉墙就地加固并与喷射砼面板相结合，形成一个类似重力挡墙以此来抵抗墙后的土压力；从而保持开挖面的稳定，这个土挡墙称为土钉墙。土钉墙是通过钻孔、插筋、注浆来设置的，一般称砂浆锚杆，也可以直接打入角钢、粗钢筋形成土钉。土钉墙的做法与矿山加固坑道用的喷锚网加固岩体的做法类似，故也称为喷锚网加固边坡或喷锚网挡墙，建筑基坑与护坡技术规程JGJ120－99 正式定名为土钉墙。

3、钻孔灌注桩：钻孔灌注桩作为围护结构承受水土压力，是深基坑开挖常用的一种围护形式，根据不同的地质条件和开挖深度可做成悬臂式挡墙、单撑式挡墙、多层支撑式挡墙等。它的排列形式有一字形相接排列、间隔排列、交错相接排列、搭接排列、或是混合排列，常见的排列方式是一字板间隔排列，并在桩后采用水泥土搅拌桩、旋喷桩、树根桩等阻水。这样的结构形式较为经济，阻水效果较好。上海地区大部分开挖深度在7～12米左右的深基坑，采用钻孔灌注桩挡土，水泥土搅拌桩阻水，普遍获得成功。

4、地下连续墙：地下连续墙就是用专用设备沿着深基础或地下构筑周边采用泥浆护壁开挖出一条具有一定宽度与深度的沟槽，在槽内设置钢筋笼，采用导管法在泥浆中浇筑混凝土，筑成一单元墙段，依次顺序施工，以某种接头方法连接成的一道连续的地下钢筋混凝土墙，以便基坑开挖时防渗、挡土，作为邻近建筑物基础的支护以及直接成为承受直接荷载的基础结构的一部分。地下连续墙的优点是对邻近建筑物和地下管线的影响较小，施工时无噪音、无振动，属低公害的施工方法。

5、SMW工法桩：MW工法是以多轴型钻掘搅拌机在现场向一定深度进行钻掘，同时在钻头处喷出水泥系强化剂而与地基土反复混合搅拌，在各施工单元之间则

采取重叠搭接施工，然后在水泥土混合体未结硬前插入H型钢或钢板作为其应力补强材，至水泥结硬，便形成一道具有一定强度和刚度的、连续完整的、无接缝的地下墙体。

文章一基坑围护的发展

80年代末，开发利用地下空间，建设多层地下室、地下铁道、地下商业街等各种地下建筑，成为上海城市建设的新趋势之一。在建筑物稠密的城市中心，深基坑的开挖成为岩土工程的一个重要课题。基坑围护体系，是一个土体、支护结构相互共同作用的有机体，由于周围建筑物及地下管道等因素的制约，对支护结构的安全性有了更高的要求。不仅要能保证基坑的稳定性及坑内作业的安全、方便，而且要使坑底和坑外的土体位移控制在一定范围内，确保邻近建筑物及市政设施正常使用。

90年代初，由于设计、施工不当，发生了多起深基坑工程事故。仅1992～1994年，就发生了30余项，造成巨大的经济损失和不良后果。浦东地区良丰大厦搅拌桩坝体的圆弧式整体滑动；齐鲁大厦搅拌桩坝体的倾覆破坏；良友大厦由于邻近供销大厦打工程桩使围护结构产生超大水平位移，导致工程桩的大位移及断裂；服饰中心由于支撑施工未按设计要求，导致支撑失稳，围护结构产生“踢脚”破坏等。特别严重的是广东路、福建路处的昌都大厦，深基坑地下连续墙围护，在开挖到基底深度13米，第三道支撑未及支护时，突然在广东路一侧发生坍落，折断了2条电力电缆，1条煤气管，1辆重车跌落坑内，估计造成的损失达上亿元，形成上海建筑史上少见的大事故。这些事故引起了上海市政府和工程界的高度重视。1993年，市建委批准上海市勘察设计协会岩土工程委员会负责编写上海市标准《基坑工程设计规程》，对基坑工程的设计和施工，提出了更严格的要求。

一、重力式搅拌桩挡墙

在软粘土地基中开挖深度为5～7米左右的基坑，应用深层搅拌法形成的水泥土桩挡墙，可以较充分利用水泥土的强度，并可利用水泥土防渗性能，同时

作为防渗帷幕。因此，具有较好的经济效益和社会效益。水泥土重力式挡墙一般做成格栅形式，按重力式挡墙计算。广泛用于开挖深度7米以内的深基坑围护结构、管道沟支护结构、河道支护结构、地下人行道等。

80～90年代，水泥土搅拌桩支挡结构得到了广泛应用和进一步发展，已有数百项工程采用这一新技术。由于施工时无振动、无噪音、无污染、开挖基坑一般不需要井点降水，也不需要支撑和拉锚，基坑内整洁干燥，有利文明施工。基坑周围地基变形小，对周围环境影响小，因此受到普遍欢迎。

1981年，宝钢纬三路p-5污水处理站是上海地区利用深层搅拌法作为挡土结构的先导。1983年，上海市人防科研所、同济大学地下工程系等单位在市科委的支持下，提出了“水泥土搅拌桩侧向支护应用技术研究”的课题，结合四平路地下车库深基坑开挖进行试验研究。该基坑的实际开挖面积为86米×49米，开挖深度5.75米，局部深度6.75米。经过对水泥搅拌桩的物理力学特性、影响水泥土抗压强度的各种因素（水泥掺入比、水泥标号、龄期及养护条件等），对水泥土的无侧限抗压强度、抗剪强度、渗透系数等进行了试验研究，获得了许多第一手资料，经过实际开挖，顺利完成了研究任务。得出结论为：在场地容许下，开挖深度不大于7.0米的深基坑，在满足支护体和机械操作所需要的场地面积条件下，不论何种土质条件，只要精心设计（包括支护结构设计和材料配合比设计），严格施工，确保施工质量，采用水泥土搅拌桩进行边坡支护都是可以取得成功的。

1983年，上海人防科研所等单位对11个工程进行统计表明，基坑围护技术的社会经济效益十分明显。上海市机电贸易大厦地下室基坑面积为3440平方米，实际开挖深度为7.0米，原已打了一排钢筋混凝土板桩，化了100多万元，尚需支撑、拉锚、二级井点降水，施工作业有困难。其南边的金山阁酒家距基坑最近处只有3米左右，边坡位移必须严格控制，后经研究，改用水泥土搅拌桩加固边坡，取消支撑、拉锚和井点降水，不仅边坡稳定可靠，确保了周围建筑物和地下重要管线的安全，而且节约工程费用30%以上，缩短工期1个多月。

上海市保险公司综合楼双层地下室基坑，面积1500平方米，实际开挖深度7米。原计划采用钢板桩加井点降水方案，因其周围有5层砖混结构居民住宅和4层厂房建筑物，实施原方案有困难。后改用水泥土搅拌桩边坡支护，取得成功，节约成本30%左右，缩短综合工期2个月。

90年代以来，随着工程实践经验的积累，水泥土挡土技术的发展和提高很快。除格栅状结构外，又发展了其他形式或更为节约的结构方案。1990年，在江苏路排管工程中，第一次应用拱形水泥土支护结构，该工程开挖深度9米，槽宽4.6米，总长度120米，采用变断面水泥拱壁，并在拱脚处设置两道支撑。拱形水泥土支护结构的造价，低于其他结构形式。以上海合流污水治理工程为例，开挖6.5米深、宽12米的箱涵槽，采用拱形结构的造价，仅为钢筋混凝土排桩的一半。

上海地铁新龙华站整个洞口引道长60米、开挖深度3.1～5.21米的槽段，设计用水泥土搅拌桩支护坑壁。由于土质很差，常用的水泥土搅拌桩支护难以满足要求，为此在槽底增设加固搅拌桩。每隔3.75米打设1条与挡墙垂直的加固桩，加固桩仅在开挖深度下喷浆，两端与挡墙相接，形成能支撑两侧墙体的横撑。

水泥搅拌桩和钢板桩复合，水泥搅拌桩与钻孔灌注桩复合，都是以水泥搅拌桩阻水，钢板桩或钻孔灌注桩挡土的结构。上海国际购物中心的基坑支护，就是采用水泥搅拌桩和钢板桩复合形式。水泥搅拌桩和钻孔灌注桩的复合形式，则是一种常用的支护结构，开挖深度10米以内的基坑，使用十分普遍。

二、地下连续墙

上海地下连续墙支护技术，已广泛应用于民用建筑、工业厂房和市政工程，包括建筑物的地下室、地下变电站、地下铁道车站、盾构工作井、顶管工作井、引水或排水隧道防渗墙、地下停车场、地下商场、地下水库、大型污水泵站等。

地下连续墙的优点是对邻近建筑物和地下管线的影响较小，施工时无噪音、无振动，属低公害的施工方法。

据1990年统计，上海应用壁式地下连续墙的工程，已有50余个，其中有开挖最深达31米的宝钢铁皮坑工程，直径最大达64米的人民广场地下变电站，不用支撑和拉锚采用双层地下墙的皮尔金顿浮法玻璃厂熔窑坑，平面尺寸最大的人民广场地下停车场和地下商城，还有地下墙既承受水平方向水、土压力，又承受上部建筑物垂直荷重的上海电信大楼和地铁新闸路站等。上海地铁一号线11个地下车站的外墙结构，均采用地下连续墙。上海地铁新客站车站的长度为202米，净宽22.6米，基坑开挖深度12.4米，地下墙深为20.5米，壁厚65厘米，

支撑采用直径580毫米钢支撑两道，分别设在-3.60米和-9.10米处，支撑水平间距3米。基坑施工时在墙外辅以轻型井点降水，车站结构分两层，上层为站厅，下层为站台，底板下设倒滤层，以减少底板反力。在基坑施工过程中，进行了原位量测，量测的内容有地下墙的侧压力、地下墙的变位、地下墙的内力、支撑轴力、基坑隆起、墙外地层变位及孔隙水压、底板反力及钢筋应力等。

延安东路隧道暗埋段106号地下墙基坑工程，平面呈y型，地处闹市区，邻近建筑物离基坑最近的仅6.4米。基坑跨度20米，基坑开挖深度最深12米，地下墙深度20～22米，墙厚65厘米。基坑开挖时，采用4道支撑，分别设在-1.0米、-3.5米、-6.0米、-8.5米处。基坑开挖中，对墙体位移、支撑轴力和地表沉降监测，结果表明，第一道支撑轴力最小，第二道支撑轴力为640千牛，第三、四道支撑轴力为750千牛，墙体水平变位最大值为5厘米，约为开挖深度的0.5%，地表沉降最大值为1～2厘米，约为开挖深度的0.1～0.2%左右，安全系数高。

三、桩列式挡墙

钻孔灌注桩作为围护结构承受水土压力，是深基坑开挖常用的一种围护形式，根据不同的地质条件和开挖深度可做成悬臂式挡墙、单撑式挡墙、多层支撑式挡墙等。它的排列形式有一字形相接排列、间隔排列、交错相接排列、搭接排列、或是混合排列，常见的排列方式是一字板间隔排列，并在桩后采用水泥土搅拌桩、旋喷桩、树根桩等阻水。这样的结构形式较为经济，阻水效果较好。上海地区大部分开挖深度在7～12米左右的深基坑，采用钻孔灌注桩挡土，水泥土搅拌桩阻水，普遍获得成功。

东海商业中心位于延安东路浙江路口，地下室基坑于1993年8月1日开挖，至11月2日结束。该工程地下室基坑平面尺寸为50米×43米，最大开挖深度为9.4米，围护结构采用钻孔灌注桩排桩组成的墙体及内支撑挡土，用树根桩及压密注浆组成隔水帷幕。钻孔灌注桩的桩径为直径800毫米，桩中心距900毫米，桩长20.2米，支撑采用一道钢支撑，均为直径609毫米×9毫米钢管桩，支撑间距6.6米。墙背用直径300毫米树根桩，桩长17米及三排压密注浆，深15米，组成隔水帷幕防水，情况良好。

文章二用作深基坑围护的钻孔咬合桩施工技术研究

【摘要】上海市轨道交通6号线21B标段长清路站～上南路区间工程中,软土地基上首次大面积采用钻孔咬合桩作为深基坑围护体系,针对钻孔咬合桩施工中垂直度控制、B桩抗管涌、接头处理以及超缓凝混凝土研制等多项关键技术进行了研究,并在施工过程中采取了相应的措施保证了钻孔咬合桩的施工质量,确保了整个基坑工程的安全施工,取得了较好的效果。

【关键词】基坑围护钻孔咬合桩管涌超缓凝混凝土

1 工程概况

上海市轨道交通6号线工程北起高桥镇港城路,南至世博园区主题公园,是市重大交通建设项目。在6号线21B标段长清路站～上南路区间段局部267延长米的基坑中,首次在上海软土地基中大范围采用了钻孔咬合桩作为基坑围护体系。该区域的钻孔咬合桩围护既是基坑开挖时的围护挡土墙和止水帷幕,又紧贴区间结构的外板墙并与结构外墙共同受力。

本工程咬合桩桩长25m,桩中心间距800mm,咬合厚度为200mm,A桩与B桩咬合交错布置,B桩内配钢筋笼采用水下C30混凝土,A桩为C30素混凝土(图1)。

2 工程地质及周边环境

工程地质属上海市典型软土地基,工程影响范围内从上至下主要包含素填土、粉质粘土、淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土、砂质粉土、粉质粘土等。

咬合桩施工范围北侧平行于基坑方向为已竣工使用的日月新苑小区6～7层住宅楼,条形基础,基础底标高约3.7m,设抗沉降桩为250mm×250mm预制混凝土

方桩,桩长18m。咬合桩围护外边线距离小区住宅楼为8.5～12m(图2)

3 工程特点与难点

(1)咬合桩垂直度控制难度较大。由于咬合桩在上海市软土地基尚无相关规范规定,借鉴外地咬合桩控制要求, 确定咬合桩垂直度控制为3/1000。一方面施工时垂直度控制难度大,另一方面当垂直度无法满足时必须采取相应的措施进行纠偏。

(2)咬合桩超缓凝混凝土的配制。由于咬合桩施工成败重中之重为A桩的超缓凝混凝土的配合比必须满足其初凝时间不小于60h,因此必须通过多次的配合比试验以满足混凝土的初凝要求。

(3)咬合桩不同情况下的接头处理难度大。工程采用多台钻孔咬合桩施工,需要针对不同的接头形式采用针对性的接头处理。

(4)周边环境要求高。日月新苑小区距离基坑近,且基础相对比较薄弱,而咬合桩在软土地基上变形通常会较大,施工中必须采用相应措施减小基坑施工对周边环境的影响。

4 咬合桩施工关键技术

4.1单桩施工流程

场地平整→测量放样→导墙施工→桩机就位→安放套管→压入套管、控制垂直度→套管钻进、抓斗取土→测量孔深→孔底检查→吊放钢筋笼→导管安装、浇捣混凝土→逐次拔管、测量混凝土标高→桩机移位

在咬合桩施工时对三个关键过程进行重点控制,其分别是导墙定位、套管垂直度控制、混凝土浇捣。

4.2 导墙定位

由于咬合桩紧贴结构,为抵消咬合桩在基坑开挖时的外侧土压力作用下的向内位移而造成的基坑结构净空减小及自身的垂直度偏差,咬合桩导墙放样时外放80mm,导墙单边宽为1250mm,厚300mm。施工相邻桩位时保证搭接长度为200mm(图3)。

导墙模板采用自制整体木模,导墙预留定位孔模板直径为套管直径扩大3cm 即为1030mm。模板采用钢管支撑,支撑间距不大于1m,严防跑模。混凝土浇注前对模板的垂直度和中线以及净距进行验收。

导墙采用C20混凝土进行浇注,混凝土浇注时两边对称交替进行,严防走模。如发生走模,应立即停止混凝土的浇注,重新加固模板,并纠到设计位置后,方可继续进行浇注。振捣采用插入式振捣器,振捣间距为600mm左右,防止振捣不均,同时也要防止在一处过振而发生走模现象。

4.3 套管垂直度控制

移动套管钻机至正确位置,使套管钻机抱管器中心对应定位在导墙孔位中心,采用经纬仪及线锤对钻管进行垂直度控制,垂直度控制在3‰以内。找正桩管垂直度后,磨桩下压桩管,压入深度约为2.5～1.5m,下压套管始终保持套管底口超前于开挖面的深度≮2.5m。第一节套管全部压入土中(地面以上要留1.2～1.5m,以便于接管),第二节套管安装后对其检测垂直度,如不合格则进行纠偏调整。本工程取土方式采用抓斗取土,利用抓斗自重下落取土。在接近孔底时,取土采取轻放轻抓,以免扰动底部土层,终孔时外管超前0.5～1.5m。

成孔过程中要控制好桩的垂直度,必须对以下三个环节进行严格的控制: 4.3.1套管的顺直度检查和校正

钻孔咬合桩施工前应在平整地面上进行套管顺直度的检查和校正。首先检查和校正单节套管的顺直度,然后将按照桩长配置的套管全部连接起来进行整根套管(15～25m)的顺直度检查,偏差宜小于10mm。检测方法:于地面上测放出两条相互平行的直线,将套管置于两条直线之间,然后用线锤和直尺进行检测。

4.3.2成孔过程中桩的垂直度监测和检查

地面监测:在地面选择两个相互垂直的方向采用经纬仪或线锤监测地面以上部分的套管的垂直度,发现偏差随时纠正。这项检测在每根桩的成孔过程中应自始至终坚持,不能中断。

孔内检查:每节套管压完后安装下一节套管之前,都要停下来对孔内垂直度检查,不合格时需进行纠偏,直至合格才能进行下一节套管施工。

4.3.3纠偏

成孔过程中如发现垂直度偏差过大,必须及时进行纠偏调整。

(1)利用钻机油缸进行纠偏:如果偏差不大或套管入土不深(小于5m),可直接利用钻机的两个顶升油缸和两个推拉油缸调节套管的垂直度,即可达到纠偏的目的。

(2)A桩纠偏:如果A桩在入土5m以下发生较大偏移,可先利用钻机油缸直接纠偏,如达不到要求,可向套管内填砂或粘土,一边填土一边拔起套管,直至将套管提升到上一次检查合格的地方,然后调直套管,检查其垂直度合格后再重新下压。

(3)B桩的纠偏:B桩的纠偏方法与A桩基本相同,其不同之处是不能向套管内填土,而应填入与A桩相同的混凝土,否则有可能在桩间留下土夹层,从而影响排桩的防水效果。

4.4 B桩成孔“管涌”现象的控制

在B桩成孔过程中,由于A桩混凝土未凝固,还处于流动状态,A桩混凝土有可能从两桩相交处涌入B桩孔内,称之为“管涌”(图4)。克服“管涌”有以下几个方法:

(1)套管底口应始终保持超前于开挖面一定距离,以便于造成一段“瓶颈”,阻止混凝土的流动,超挖距离不应小于2.5m。

(2)B桩成孔过程中应注意观察相邻两侧A桩混凝土顶面,如发现A桩混凝土下陷应立即停止B桩开挖,并一边将套管尽量下压,一边向B桩内填土或注水,直到完全制止住“管涌”为止。

4.5分段施工接头的处理方法

本工程一台钻机施工无法满足工程进度,需要多台钻机分段施工,这就存在与先施工段的接头问题。本工程中采用设置砂桩的办法对该类接头进行处理。在施工段与段的端头设置一个砂桩(成孔后用砂灌满),待后施工段到此接头时挖出砂灌上混凝土即可(图5)。

由于砂桩部位容易产生渗漏水现象,因此在砂桩外侧采用旋喷桩防水。

4.6 混凝土浇捣

超缓凝混凝土是钻孔咬合桩施工工艺所需的特殊材料(因为其缓凝时间特别长,所以称为超缓凝混凝土),这种混凝土主要用于A桩,其作用是延长A桩混凝土的初凝时间,以达到其相邻B桩的成孔能够在A桩混凝土初凝之前完成,这样便给

套管钻机切割A桩混凝土创造了条件。因此超缓凝混凝土是钻孔咬合桩施工工艺成败的关键。

为了满足钻孔咬合桩的施工工艺的需要,超缓凝混凝土必须达到以下技术参数的要求:

(1)混凝土缓凝时间≥60h;

(2)混凝土坍落度:180±20mm;

(3)混凝土的3d强度值不大于3MPa;

(4)最终强度满足设计要求。

由于咬合桩施工成败重中之重为A桩的超缓凝混凝土的配合比必须满足其初凝时间≥60h的要求,因此通过多次实验进行比较(表1),得出的最符合工程施工要求的配合比。

根据表1结果,本工程采用嘉新京阳P042.5水泥和RH25的缓凝剂,缓凝剂掺量为1.6%,实际满足施工要求,未发现早凝现象。

5 实施效果

由于制定切实可行的方法,进行合理的施工安排,严格的施工控制,咬合桩施工质量得到了控制,桩与桩之间无明显漏水现象。基坑开挖过程中,围护变形也在

设计允许的范围内,周边环境无异常情况发生。

目前咬合桩用于基坑围护体系中,施工时可采用自落式取土或钻进取土的方式,其中前者适合在周边环境比较好的情况下使用,通常在周边环境要求较高时宜优先采用钻进取土的方式。