复杂地质条件下“坑中坑”钢围护施工技术

中铁建工集团深圳分公司 王世明

摘要：结合深圳蛇口邮轮中心工程实际，针对复杂地质条件下深大电梯基坑的支护，通过多方案比对分析，确定了钢板桩组合钢围护施工方案，并在工程中得以实施，效果良好，为类似工程提供了借鉴。

关键词：复杂地质  水位  支护   钢板桩   钢围护

    一、工程概况

深圳蛇口邮轮中心位于深圳市南山区蛇口太子湾片区港湾大道南侧，是一座集办公、港务客运、水陆交通换乘、商务、旅游、休闲观光等功能于一体的大型公共建筑。项目地下2层，地上10层，建筑平面近似三角形，楼层投影面积由上而下逐层递增。基础采用冲孔灌注桩，主体采用框架核心筒结构，结构柱包括钢筋混凝土柱和钢管混凝土柱两种，屋盖结构采用大跨度钢结构。

 项目实景图

工程位于人工填海形成的外伸陆域，紧邻大海，地质条件极为复杂。基坑呈不规则的多边形，近海两侧边长280m左右。基坑支护采用冲孔咬合桩支护方案，基坑面积约3.82万㎡，开挖深度6.49〜6.80m。基于建筑形态，部分电梯井承台临近海水侧基坑支护桩，且体量较大（17.0m×5.8m×4.95m、10.4m×8.1m×4.95m等），该承台基坑（简称“坑中坑”）开挖深度接近5 m。

二、难点分析

1.本场地原为滨海滩涂，后经填海造陆而成，回填料主要为碎石、海沙、杂土，其中块石夹杂较多，局部含石量较高。根据现场基坑开挖情况，流塑性淤泥层分布较广，局部夹杂孤石与含水量丰富的海沙层。

2.经现场开挖，地表以下1m即可见地下水，同时浅部地下水与深圳湾海域海水基本相通，且受潮汐影响大，基坑内水位有一定幅度的变化。

3.本工程在大基坑咬合桩支护工程施工完成后，规划设计进行了调整，地下室由原设计一层变更为两层，基坑深度加大。原基坑支护设计单位核算后，咬合桩支护系统不做调整，大基坑内降水只能降到底板以下0.5m，如下图示意。

 4.本项目作为深圳市重大民生工程，各级政府领导关注度高。业主方已与国际邮轮公司签约，工期要求严格，不可调整。

5.“坑中坑”的开挖既要便于后续承台结构的施工，又要兼顾大基坑咬合桩支护体系的安全，施工过程中对周边土体及水位的控制至关重要。

三、 方案比选

1. 无底套箱钢围堰方案

开挖“坑中坑”土方时不降水，基坑土方开挖到位后，安装无底套箱钢围堰，再回填围堰周边土方，形成承台基坑。该方案优点是工艺成熟；缺点是工艺复杂，围堰定位、水下作业等费用高。

2. 沉箱围护方案

在大承台对于部位先预制沉箱，土方开挖与沉箱下沉协同推进。该方案优点是工艺简单；缺点是现场土质不均，且存在孤石，潜在风险较大。

3. 咬合桩+内支撑或排桩支护+内支撑

该方案优点是工艺成熟，咬合桩截水效果好；缺点是两种支护方案均施工周期长，费用高，占用场地大。

4. 重力式水泥土挡墙支护

该方案优点是工艺成熟，截水效果较好；缺点是现场地质条件对施工存在影响，施工周期长，费用高，占用场地大

5. 钢板桩组合钢围护

优点是钢板桩工艺成熟，施工速度快；钢围护工厂化加工、现场拼装、吊装便捷，工艺可控性强。缺点是钢板桩截水功能较弱，且存在难以打入的可能。

经综合分析研究，现场钢板桩试打成功后，确定采用钢板桩与钢围护组合转换施工方案。先沿深大承台外围施打钢板桩，然后进行土方开挖、垫层施工，期间将坑内明水排至大基坑内咬合支护桩一侧，钢围护预先制备，现场具备条件后及时安装，然后依次进行封边、土方回填、钢板桩拔除，形成电梯井基坑。

四、施工工艺要点

1.钢围护的设计制作

根据土建结构施工图和现场地质状况，对支护结构进行专项设计，验算钢围护在吊装工况、正常工作工况下的强度、变形及稳定性，根据钢围护的设计信息及运输条件在工厂分段加工。

钢围护效果图

 应力计算云图                          位移计算云图

在施工现场临近道路区域设置300㎡的拼装场地，配置70T履带吊，搭设临时拼装胎架组装钢围护结构，设置型钢斜撑进行临时固定，拼装完毕后进行外观尺寸检查、矫正，做好防碰撞措施。

2. 钢板桩施工

选用拉森式钢板桩，使用前采用2m长标准板进行拉通复查，对变形、弯曲部位进行校正后方可使用。采用振动法依次打入，锁口应连接紧密。钢板桩支护边线为深基础结构边缘外扩1m处，满足钢围护吊装操作空间要求。

                          钢板桩打入后效果图

3. “坑中坑”土方开挖

采用1台PC120型长臂反铲挖掘机进行土方开挖，一次开挖深度不超过2m，开挖时测量人员实时复核基坑尺寸。开挖至设计底标高后，及时浇筑垫层混凝土。土方开挖过程中，“坑中坑”部位的明水排至靠近咬合支护桩一侧，保证大基坑支护系统周边的水位的稳定，满足大基坑支护安全的要求，同时也为垫层施工及钢围护安装提供作业条件。

 
土方完成后效果图

4. 钢围护安装

采用履带吊在拼装场地对钢围护进行试吊，现场采用四点起吊，在吊离地面约200㎜高后静止观察15分钟，检查钢围护是否存在明显变形、焊接点开裂、构件水平度等问题，然后运至“坑中坑”附近。

履带吊位于坑边2倍深度范围外，采用人工拉设缆风绳控制钢围护位置，在指挥工引导下缓缓下落，临近基底时人工辅助就位，采用经纬仪、水准仪进行位置复核，调整至满足要求。

 
钢围护就位后效果图

5. 封堵混凝土

在钢围护外侧与垫层交接处浇筑100mm厚、150mm宽的C30混凝土带，防止地下水进入钢围护内。

6. 土方回填

钢围护外围采用10%水泥石粉进行回填。回填施工必须分层、对称进行，严禁直接倾倒以免造成钢围护移位、变形。

                             回填后效果图

7. 拔出钢板桩

采用振动锤持续振动钢板桩约1-2分钟，待与周围土松动后将钢板桩逐渐拔出，采用粗砂进行拔出后孔隙的回填。

                           钢板桩拔除后效果图

8.后续工作

钢板桩拔出后，形成电梯井基坑，组织开展胎膜、防水、混凝土承台底板等后续工程。

五、结语

1. 本方案充分发挥钢板桩支护与适度截水的作用，通过钢围护与钢板桩支护受力转换，顺利形成了深大电梯井承台基坑，成功解决了项目难题。该方案工艺可靠，有效地保证了周边土体的稳固，保证了大基坑内水位的相对稳定，保证了深坑承台施工过程中大基坑支护体系的安全。

2.钢围护预制加工技术的运用，有效缩短了支护工程的工期，为项目按期完成创造了条件。

3.“钢板桩+钢围护”组合施工技术在房建工程应用比较少见，该技术为同类基坑的支护提供了一种新的方式，可供借鉴。