高层建筑深基坑围护施工技术

张文华 吴小鹏 周 宁 李友才 尹崇印

辽宁省沈阳市铁西区的首创·禧悦大境项目地处繁华的都市中心，西临肇工南街，南邻南八西路，北临南七西路；
占地面积1.65 万m2，总建筑面积6.15 万m2，地库面积为1.61 万m2，包含4 栋小高层、沿街底商和地库；
G1 ～G4#楼地上有16 层，地下有1 层，地上塔楼标准层层高为2.9 m；
商业配套S3#楼，地上有2 层。从该项目的施工特点来看，尽管地下只有1 层，但地库的面积十分庞大，而且紧邻沈阳市第二十二中学及其他街道和闹市区。因此，该高层建筑项目的地下深基坑围护技术的选择和施工过程极为关键。

我国高层建筑深基坑围护施工技术始于20 世纪80 年代，并随着高层建筑的发展逐步成熟。发展至今，一些新兴的组合式围护结构逐步取代传统结构，成为当前城市高层建筑深基坑施工的重要技术。

2.1 传统高层建筑深基坑围护结构

2.1.1 板桩式结构

板桩式结构包括钢板桩和混凝土桩，结构刚度较强，适用于深基坑工程。由于其采用的结构相对简单，因此造价较低，能够有效节约成本。但在施工过程中，需要采用重锤将桩体打入地下基层，振动和噪声巨大，一般只能用于对环保要求不高的深基坑围护[1]。

2.1.2 自立式结构

自立式结构形式多样，常用的有水泥搅拌桩挡墙和高压旋喷桩挡墙，该技术因防渗能力突出，在水利工程中应用较多。在建筑行业中，主要应用于地下水位较浅、防渗要求较高的基坑，但由于自立式围护结构以自身结构为支撑，缺少柱形支撑，往往只能用于较浅的基坑围护。

2.1.3 柱列式结构

柱列式结构应用较多的有挖孔灌注和钻孔灌注两种形式，由于采用内部灌注的形式，相较于板桩式和自立式，其噪声要小得多。但灌注形式往往是以土体内部为对象，整体刚度偏小，不适用较软的土质。同时，柱列式结构采用栏栅式，挡水能力较弱，对于地下水位较浅的工程几乎无应用价值[2]。

2.1.4 地下连续墙

地下连续墙是从国外引进的深基坑围护技术，其结构性能十分优越。由于采用砌筑式结构，施工振动和噪声相较于其他结构为最小，而连续结构的特性使其防渗能力也极为突出。根据地下结构的深度可以设计成槽型和板型等形式，刚度较大，因此十分适用软弱土质、城市中心以及水位较浅等情况。另外，地下连续墙在砌筑时还可以作为地面部分的支撑使用，但因其钢筋和混凝土材料的用量较大，导致造价较高。

2.2 SMW 工法连续墙围护结构

2.2.1 技术优势

劲性水泥土墙（Soil Mi×ing Wall，SMW）工法连续墙是一种新型水泥土搅拌桩挡墙，集合了多种围护结构的优势，近年来得到广泛使用。该结构采用就地钻进切削的方式，并同步高压灌注混凝土，使得土体充分搅拌，形成类似于帷幕墙柱的形式，且连续完整，防渗性能良好；
同时，在混凝土柱凝固前插入H 型钢，起到提升刚度的作用。因此，SMW 工法连续墙在抗渗性能和刚度方面均有着较大优势，在一定程度上完全可以替代地下连续墙。另外，其集合了自立式结构中的水泥搅拌桩挡墙和高压旋喷桩挡墙形式，相较于地下连续墙，施工时间较短；
在一定成熟的工艺下，还可以抽取型钢，使得该工法造价大幅下降。在施工环节，由于采用水泥土混合搅拌围护结构，弃土较少，减少外运，并且施工本身无较大噪声，十分适用于城市中心项目。

2.2.2 项目选择

沈阳市铁西区首创·禧悦大境项目的深基坑围护结构使用了SMW 工法连续墙技术。一方面，北方地下土层结构松软，且本项目地下深度不大；
另一方面，该项目地处市中心，紧邻中学，对环保的要求较高。因此，采用SMW 工法连续墙能够在保证项目基础结构的同时，满足环保和施工成本要求。

SMW 工法连续墙围护整体划分为槽沟开挖施工、搅拌桩施工以及型钢施工这3 部分，每一部分均有施工技术的实施要点。

3.1 槽沟开挖施工

槽沟开挖是SMW 工法连续墙施工的基础，包括前期的测量放线及导槽开挖，其精确性影响着后期施工的质量。

3.1.1 测量放线

测量放线前首先需要平整场地，依照施工现场平面布置图清理场地范围的障碍物和管线。对于地下管线部分，需要在施工前联系有关单位予以探明，必要时进行改移和保护，确保基坑工程实施顺畅。其次，按照施工设计图测量平面坐标及标高，一般需要使用全站仪与水准仪等测量仪，保证测量精度；
还需要测量连续墙的中心线和标高线，然后标出导槽开挖的边线。最后，对于永久中心线和标高线，为防止后期施工造成破坏，应在牢靠处设置固定桩，并在图纸中标明。

3.1.2 导槽开挖

依照连续墙中心线沿导槽边线定位开挖。第一，要严格按照施工图及测量放线位置进行开挖，不得少挖，确保开挖精度。第二，要注意弃土的堆放，开挖前期要保证土方离基坑大于1.5 m 以上，且做到及时清运，保证堆垛的高宽比小于1 ∶3，确保开挖过程中的安全。第三，开挖过程中的障碍物可以采用空压机处理，但对于内部孔洞等，必须先回填夯实再进行开挖，确保不出现因土层薄弱而造成坍塌[3]。

3.2 搅拌桩施工

与普通水泥土搅拌桩挡墙施工不同的是，SMW 工法连续墙采用了H 型钢进行定位和中心加固。因此，在搅拌桩施工初期，先要进行型钢定位，然后按照钻孔注浆的顺序进行搅拌桩施工。

3.2.1 型钢定位

在导槽开挖完毕后放置型钢，起到导向定位作用。一般沿槽沟开挖方向的两侧放置两根槽钢，中间使用横向支撑。需要注意保证型钢的稳固性，不因后续钻孔注浆的强烈振动而发生位移，对于搭接部位应采用焊接固定，并依次进行检查。

3.2.2 钻机就位

型钢定位完成后，进入钻机就位工序。首先，检查周边情况，发现障碍物要及时清理；
同时，清理槽沟，防止异物、工器具掉落，确保注浆的连续性。其次，进行钻机移位操作，到位后要进行位置测量，确保机器位置的精确性。对于水平位置，一般采用水平尺进行测量，偏差不得超过30 mm；
对于垂直度，一般采用线坠测量龙门立柱，要求垂直度偏差不得大于1%；
对于水平度及垂直度偏差不满足要求的必须进行纠正。最后，要在钻管上测量需钻孔的深度，应严格按照工法要求和现场实际情况确定，确保后续钻孔和注浆深度准确[4]。

3.2.3 水泥浆拌制

开机前要进行水泥浆液的拌制，首先应当控制水泥强度指标，要求不低于42.5 MPa，按照水灰比1.5、水泥掺入量20%计算，严格执行水泥砂浆配合比工艺。其次，做好过滤，要求拌制浆为中砂水泥砂浆，防止大块异物混入基础。最后，要充分搅拌，防止砂浆泌水离析，在注入前不能停止搅拌。

3.2.4 钻孔注浆操作

根据要求，SMW 工法连续墙注浆采用三喷三搅的方式，确保搅拌均匀。具体操作时，对工艺要求较高，主要关注注浆过程中钻具下沉的速度与深度控制，以及钻具提升的速度控制。

（1）注浆下沉控制。三轴搅拌桩基钻具的下沉必须保证下沉的深度和速度。其中，下沉的深度控制应以设计为准，并结合现场实际情况，一般采用颜色醒目的油漆笔在钻管上进行标记，在下沉时要注意标记位置，防止下沉深度不足或过深。对于下沉的速度控制，要保持缓慢均匀，不超过0.8 m/min，到达规定深度后再注浆。

（2）注浆提升控制。为确保搅拌的充分性、注浆的均匀性和饱满性，需要缓慢提升钻具，并在提升过程中进行旋转喷射。需要注意提升的速度控制，要求不超过1 m/min，并根据冒浆情况及时进行调整。例如，当冒浆过快时，要及时上升；
当长时间不冒浆时，查看压力表和流量表，若无异常，则导槽内部通常会出现空洞，此时可在原地适当停留并旋转喷射，直到灌满。

3.3 型钢施工

型钢施工步骤是SMW 工法连续墙施工技术的关键，采用精确的工艺工法，实现结构良好的刚性，并回收型钢反复利用，节约成本。

3.3.1 型钢处理

在插入前，需要对型钢进行加工处理，首先是对几何尺寸的处理，要求长度必须大于水泥土柱墙的深度，并且需要具备一定强度，常用的H 型钢规格为500 mm×300 mm×11 mm×18 mm。确认插入方向后，在型钢调运或者拔出的端部开设孔洞，一般情况距离顶部不小于150 mm，孔径不大于60 mm，以便于吊装。其次，在型钢表面涂抹隔离剂，确保后期能够拔出，重复利用以节约成本。涂抹隔离剂前，需要彻底清理H 型钢表面，确保没有铁锈、污垢及潮湿现象，且不得有凹凸不平的情况。在涂抹隔离剂时，一些需要融化的隔离剂，可以采用加热棒进行融化处理，使其在涂抹时能充分浸润钢材表面。脂类隔离剂要求涂抹厚度不低于1 mm，且厚薄均匀。逐渐硬化后，要及时进行检查，确保隔离剂无开裂、剥落现象[5]。

3.3.2 型钢插入

在水泥土搅拌桩注浆完工后，要及时开始型钢插入工序。该工序要重点把控好插入时机、插入的水平度和深度控制。

第一，插入时机要恰当。若插入过早，由于搅拌桩尚未成型，则H 型钢插入后难以稳固；
若过迟则插入难度加大，甚至会造成水泥土搅拌柱的刚性缺陷。一般要求在水泥土搅拌桩注浆完成后30 min左右开始插入，对于水泥量掺入较大、搅拌桩凝固程度不够的可延后插入。

第二，设置好型钢定位卡。在插入作业前，要沿沟槽定位型钢设置定位卡，定位卡中心位置要与插入型钢的截面尺寸匹配，便于型钢顺定位孔插入，确保其水平方向定位准确。同时，利用型钢的自重形成垂直向下的力自然插入，在缓慢插入过程中，要始终控制好插入的方向，不得出现明显的垂直度偏差问题。

第三，插入深度控制。由于型钢插入时会受到各种因素影响造成插入深度不够，因此要采用合适的方法。对于底部开挖不满足设计要求、深度不够的情况，可以采用反复插拔H 型钢的方式，使下部土层与水泥充分混合溶解，从而使型钢达到预定深度。对于在预定时间内依靠型钢自重无法到达指定深度，以及受到水泥阻力或硬度变化导致下沉受影响的情况，可以使用振动锤，缓解水泥内部状况，促使型钢能够顺利插入。H型钢插入深度允许偏差值如表1 所示。

表1 H 型钢插入深度允许偏差值

3.3.3 型钢拔除

在建筑主体结构完工且达到预定强度后，根据实际情况可以实施型钢拔除，一般采用提升千斤顶、钢丝套子和专用夹具等进行提升拔除，当前市面上也有较为先进的专用拔除机械。拔除时应注意支撑位置，一般以冠梁为底面，不得随意选择支撑面，以免造成土层破坏或出现伤人事故。拔除后，要及时回填水泥桩空隙，可以采用混合比1.15 ～1.18的水泥浆、减水剂及膨润土进行填充，确保填充密实。

随着我国城市建设的不断发展，高层建筑施工变得十分普遍。采用SMW 工法连续墙深基坑围护结构，很大程度上改善了传统深基坑围护结构中单一工法的缺陷问题，实现了建筑功能和施工成本的双重提升。沈阳市铁西区首创·禧悦大境项目深基坑围护施工技术的成功应用，代表我国的建筑工程在深基坑围护方面已取得极大发展。

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