三轴强力水泥搅拌土植入预制钢筋混凝土工字形桩（scpw工法）在万科萧山城厢深基坑工程应用

樊京周1，龚新晖2，杨保健3，李显恒4，严谨5，严平6

（1. 5. 杭州南联地基基础工程有限公司，浙江杭州　310013；2. 4. 杭州南联土木工程科技有限公司，浙江杭州　310013；3. 杭州市电力设计院有限公司，浙江杭州　310004； 6. 浙江大学建筑工程学院，浙江杭州　310058）

　　摘 要：介绍了三轴强力水泥搅拌土植入预制钢筋混凝土工字形桩（scpw工法）结合钢筋混凝土支撑支护结构在万科萧山城厢深基坑工程中的应用。根据基坑实际开挖施工情况及基坑支护结构坑外土体位移变形的监测表明，该支护结构形式满足基坑稳定安全要求，可有效控制坑边土体变位，确保止水帷幕安全有效，确保了基坑安全、周边建（构）筑物、道路的安全及地下室顺利施工。为该支护结构形式在同类基坑工程中的推广和应用积累了宝贵经验。
　　关键词：预制工字形桩；钢筋混凝土支撑；基坑支护
　　一、工程概况及特点
　　1、工程概况
　　万科萧山城厢项目位于在杭州市萧山区城厢街道，场地东侧为西兴直河，南侧为规划萧杭路，西侧为阡陌路，北侧为规划山阴路。本工程由12幢32层高层住宅、1幢商业用房及一到二层地下车库组成。基坑开挖深度约6.3m~10.0m，坑中坑深度约3.00m。拟建建筑物主楼及二层地下室采用钻孔灌注桩基础，一层地下室采用管桩基础。

　　2、工程地质条件
　　基坑开挖影响范围地层情况如下：
　　①-1 杂填土：灰褐色、灰黄色，以粘质粉土为主，含较多建筑垃圾，局部夹有植物根茎和少量有机质， 层厚1.30～2.20m。①-2 素填土：灰褐色、灰黄色，以粘质粉土为主，底部含较多植物根茎，夹有少量有机质，局部夹有少量建筑垃圾，层厚0.90～2.70m。② 粉质粘土：灰黄色、褐黄色，软可塑，含氧化铁斑点和高岭土团块，局部粉土含量较多，层厚0.80～2.90m。③ 粘质粉土：灰黄色、浅灰色，很湿，稍密，含腐植质、铁锰质斑点和云母碎片，略具微层理结构，底部夹含大量淤泥质土，层厚1.20～3.50m。④ 淤泥质粉质粘土：灰色，流塑，含有机质，局部夹少量粉土，局部为淤泥质粘土、淤泥。层厚10.90～15.50m。
　　土层主要土性指标及基坑开挖支护设计参数见表1。

　　3、场地水文地质条件
　　场地上层地下水性质属潜水，下层地下水属承压水。潜水埋藏较浅，主要赋存于场地内的填土、粘土、粉土中。其埋深在地表下0.2～1.5米，该层潜水其水位主要受大气降水、周边河道、地表水补给，地下水位年变幅为1.0～2.0米之间。承压水位高程为-4～-7米左右，年变化幅度1～2米。据附近工程经验，由于承压水上部隔水层较厚，承压水对一、二层地下室施工基本无影响。
　　4、基坑工程特点
　　（1）本基坑工程开挖面积较大，基坑总体上呈规则四边形，基坑围护边线也相对平直，基坑围护边线长约1200m。
　　（2）基坑工程设地下室一～二层，基坑开挖深度约6.3～10.0m，基坑东南侧设二层地下室，坑中坑深度约3.00m。
　　（3）基坑开挖深度范围内主要涉及①-1 杂填土，①-2素填土，②粉质粘土，③ 粘质粉土，④淤泥质粉质粘土，⑥淤泥质粘土等。土层分布相对稳定，层厚发育相对均匀。上部杂填土、素填土土质相对较差，厚度不大，约2.5-3.5m，中部粉质粘土、粘质粉土土力学性质较好，厚度不大，约1.5～3.0m，下部淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土土质较差，厚度较大，约25.0～28.0m，分布在坑底以上约2.0m左右，坑底以下较大深度，再往下为较好土层。总体上看基坑底上部土层性质一般，下部为深厚淤泥质软土层，土性较差，厚度大，对基坑开挖影响较大，对围护结构受力、变形、稳定性不利。但下部土层渗透性较差，对基坑抗管涌、抗渗流有利。
　　（4）基坑工程东侧为西行河，距离基坑较近。南侧为规划萧杭路，为空地。西侧为阡陌路，有污水、燃气等管道分布，东侧中部为示范区，西侧和东侧中部环境较敏感，为基坑围护设计重点考虑之处。北侧为邻标段规划道路为空地，西北角有一燃气管道设施，距离基坑较近，目前处于停用状态待拆除。
　　（5）根据浙江省标准《建筑基坑工程技术规程》的规定和周围环境的特点，本基坑工程属于一级基坑工程，相应基坑工程安全等级的重要性系数γ0=1.1。
　　5、三轴强力水泥搅拌土植入预制钢筋混凝土工字形桩工法（scpw工法）简介
　　该围护做法与SWM工法类似，是通过三轴强力水泥搅拌土再植入预制钢筋混凝土T形或工字形桩，使其与水泥搅拌桩帷幕形成挡土止水桩墙结构。此工法植入的钢筋混凝土工字形桩是工厂化生产，采用预应力高强度钢棒配筋，C50砼，高温蒸汽养护，生产速度快(3天可拆模起吊)，桩身刚度大，抗弯强度高(相当直径800钻孔桩)。工字形截面的配筋位于截面两端，同等抗弯强度下工（T）形桩钢筋用料要比Φ800圆桩减少约20%；同等配筋下工（T）形桩抗弯强度要比Φ800圆桩提高约30%；工字桩截面积0.1865m2，钻孔桩截面积0.5024m2，砼用量节约38%，因而单根桩造价要比传统圆桩节约30%左右，详见图2。且本围护工法与传统钻孔桩围护相比具有基本无（少）挤土、无泥浆外运和环境污染、无（低）噪音、施工速度快、适用性强等优点，符合城市可持续发展，环保文明施工，绿色节能减排等政策理念。相比SMW工法，其具有围护墙刚度大，一次性投入，无回收等费用，也不存在由于工期延误而增大费用之缺点，正常情况下其围护桩墙费用要比SMW工法节约10%左右。由于强力搅拌土体或钻孔注浆引孔，再植入抗侧向力工字形桩，因而可适用各种土质的围护工程和边坡稳定工程。

图2 预制工字形桩构造截面配筋图

　　二、基坑围护设计
　　（1）基坑围护一层地下室区段采用围护桩墙结合一道水平钢筋混凝土内支撑的结构支护；东南侧二层地下室区段采用围护桩墙结合二道水平钢筋混凝土内支撑，坑底以下采用被动区加固的结构支护；围护桩墙采用三轴强力水泥搅拌桩按全断面套一孔法搭接施工形成止水帷幕植入钢筋混凝土工字形排桩形成。
　　（2）充分利用本基坑工程上部土层较好特点，支撑面适当下降，上部采用小放坡结合钢网喷射混凝土护坡。坑中坑采用高压旋喷桩支护形式。
　　（3）基坑内外采用排水沟、集水沟、集水井明泵降排水方案。

图3 基坑围护典型剖面图

　　三、基坑围护施工
　　1.总体施工顺序
　　1.1基坑四周三轴搅拌桩轴线范围定位、撒灰线、开挖沟槽等。
　　1.2基坑四周采用Φ850@600三轴强力水泥搅拌桩套一孔法搭接施工，同时插入工字形围护桩。
　　1.3坑底以下高压旋喷桩被动区加固，坑中坑高压旋喷桩加固。
　　1.4基坑各围护区段开挖控制原则如下：（1）基坑一层地下室区段：首先分区分段分层开挖至压顶梁、支撑梁底面，开挖过程中及时进行钢网喷射混凝土或土钉工作。及时浇筑支撑梁、压顶梁；待压顶梁支撑梁达混凝土设计强度80%后再往下分块分层分段开挖至坑底。（2）基坑东南二层地下室区段：首先分区分段分层开挖至压顶梁、支撑梁底面，开挖过程中及时进行钢网喷射混凝土或土钉工作，及时浇筑支撑梁、压顶梁；待压顶梁支撑梁达混凝土设计强度80%后再往下分块分层分段开挖至下层围囹梁、支撑梁底，及时浇筑围囹梁、支撑梁；待支撑梁达混凝土设计强度80%后再往下分块分层分段开挖至坑底。
　　1.5开挖至坑底后及时施工完成基础底板的浇筑，待底板混凝土及换撑带达设计强度80%以上后，可施工地下室外墙、楼板直至地面。
　　2.主要施工技术措施
　　2.1水泥搅拌桩帷幕施工
　　1）三轴强力水泥搅拌桩采用Φ850@600，采用三轴强力搅拌桩机按全断面套一孔法搭接施工形成止水帷幕。
　　2）三轴强力水泥搅拌桩采用强度等级为42.5MPa普通硅酸盐水泥，实搅部分水泥掺量22%，空搅部分水泥掺量5%，水灰比1.5。
　　3）三轴强力水泥搅拌桩，施工工艺为二次喷浆二次搅拌（具体为下沉喷浆、提升喷浆完成一幅施工），下沉、提升速度控制在1.0m/min以内。
　　4）三轴强力水泥搅拌桩止水帷幕应从地面开始成桩，并保持均匀、持续；严禁在提升喷浆过程断浆，特殊情况造成断浆应重新成桩施工。
　　2.2工字型围护桩
　　1）本工程采用400800工字形钢筋混凝土围护桩，桩主筋采用预应力筋，预应力配筋采用予应力砼用钢棒，桩身混凝土等级为C50。
　　2）桩身截面平整，桩长不小于设计长度，桩筋混凝土保护层厚度20mm，桩身弯曲率小于1/1000，桩身混凝土颜色均匀正常，无露筋、裂缝等缺陷。
　　3）三轴强力水泥搅拌桩施工完成每幅后应及时植入工字形围护桩，滞后时间不得超过一个小时；采用改进型多功能三轴强力水泥搅拌桩机静压植入成桩，遇局部较大阻力静压力不够时可采用振动植入成桩。
　　4）施工中严格控制桩平面位置和垂直度。桩偏离轴线位置不得大于100mm，桩间距误差不得大于100mm；桩顶标高误差不大于100mm，桩垂直向偏差不大于1%。
　　5）工字形桩应整体嵌固于压顶梁内，浇筑压顶梁时，应先将桩表面浮土清理干净，桩身混凝土应保持完整，不得凿除，并每桩两边应增设三道箍筋。
　　2.3高压旋喷桩
　　1）定位
　　施工前先进行场地平整，挖好排浆沟，定好孔位。
　　2）参数控制
　　注浆的压力、各项参数等要严格按照设计的要求（见对照表）。

水泥参量	水泥浆液压力值	空气压力	水灰比	提升速度	旋转速度
不小于30%	25Mpa	0.7 Mpa	1.0	10CM／min	10r／min