南昌绿地朝阳中心项目2#地块位于南昌市西湖区, 位于赣江以东约340m, 基地占地面积约为25 000m²。地上由6栋高层住宅 (29～32层) 、多层商业裙房和幼儿园组成, 整体设置两层地下室, 采用桩基础。

　　 本工程基坑面积约为20 600m², 周长约570m。普遍区域基坑开挖深度约6m, 周边承台区域开挖深度约6.6m, 基坑东侧及西侧在基坑设计时为空地, 基坑南侧为本工程在建1#地块, 距离基坑边约20m。基坑北侧为灌婴路及高架桥匝道, 灌婴路距离基坑边6.8m, 道路下方埋设多条市政管线, 管线最近处距离本工程基坑边约7m, 具有一定的保护要求。基地环境总平面图见图1。

　　 项目场地表层分布有填土、黏土及淤泥质土层, 中部分布较厚的砂层, 下伏基岩为泥质粉砂岩层。场地西南区域局部分布流塑状的③_-1淤泥质粉质黏土层, 最深处层厚10.2m。⑥强风化泥质粉砂岩层顶埋深17.3～20.8m, 遇水易软化, 属软岩, 岩体基本质量等级为Ⅴ级, ⑦中风化泥质粉砂岩层顶埋深18.1～32.6m, 属软岩, 岩体基本质量等级为Ⅳ级, 岩石单轴饱和抗压强度为6.52MPa。各土层物理力学指标见表1。

　　 根据工程基坑挖深、不同侧的挖深以及地质情况^[1], 基坑支护结构安全等级如图2所示。

　　 图3为淤泥质粉质黏土分布平面示意, 场地西部分布有巨厚的流塑状的③_-1淤泥质粉质黏土层, 对基坑支护结构的变形控制较为不利。整个地层呈现“上软下硬”特点, 圆砾层与中风化岩层之间的强风化岩层很薄, 层厚0.1～1.8m, 而中风化岩层的单轴饱和抗压强度f_rk达到6.52MPa, 对隔水帷幕底部施工工艺要求较高。

　　 场地内的③细砂层、④中砂层、⑤圆砾层均与赣江直接连通, 受赣江侧向水力补给很强, 水量丰富, 渗透性强 (渗透系数约为80m/d) , 稳定水位埋深一般为5.1～9.5m, 且具有承压性。而本工程基底普遍位于承压含水层顶板附近, 不满足承压水突涌稳定性要求。

　　 本工程基坑面积超大, 南北向跨度约120m, 东西向跨度约180m。大面积的深基坑工程如何实现支护结构的经济性、提升施工的便利性、高效性, 是支护方案设计重点考虑的问题。

　　 结合类似规模的基坑工程经验^[2], 也综合考虑本工程面临的特点及难点, 总体采用了板式围护墙结合一道内支撑的方案。

　　 目前, 南昌地区常用的搅拌墙主要有三轴水泥土搅拌墙和等厚度水泥土搅拌墙两种。等厚度水泥土搅拌墙按工艺的不同, 主要有TRD工艺和CSM工艺, 其中, TRD工艺已在南昌绿地中央广场项目中成功运用^[3], 而CSM工艺作为削切能力更强的一项新工艺, 也已在南昌、上饶、武汉等城市的类似硬质地层和岩层的项目中得到成功运用^[4]。以下对几种帷幕形式和工艺的技术、经济、效率进行比较分析。

　　 三轴水泥土搅拌桩较为常用, 但在基岩中钻进困难, 即使辅以预钻孔措施, 成墙效率也很低。同时, 中部钻杆及底部喷浆口位置相对较高, 无法保证底部的成墙质量, 容易产生严重的渗漏险情影响基坑及环境安全。

　　 TRD工艺是一种链锯横向切削搅拌水泥土搅拌墙技术, 但在南昌地区类似复杂地层条件下, 尤其在大粒径卵砾石、岩层中施工工效显著降低, 设备损耗大, 且转角墙体施工工效低, 置换率高^[5]。根据南昌绿地中央广场项目施工情况, 日成墙约5～8m, 置换率达到60%。

　　 CSM工艺采用削切能力更强的双轮铣, 通过配置高强钻头可以切削强度35MPa内的岩石, 置换土少, 成墙施工工效不受墙体转角影响。根据江西上饶、南昌类似地区地层中的成墙效率, 日成墙约10～12m, 较TRD工艺更为高效。

　　 本工程隔水帷幕总延长约570m, 深约21m, 采用单台设备的情况下, CSM工艺完成本项目周边隔水帷幕墙的工期较TRD工艺节省1～2个月左右, 较三轴搅拌桩节省2.5～3.5个月左右。因此, CSM工艺在较硬地层中更为高效。

　　 对于几种不同的帷幕形式或成墙工艺, 其经济性也是方案选型中重点关注的内容。通过市场询价和类似项目的案例收集, 主要经济性指标见表2。

　　 由表2可知, CSM工艺所构建的等厚度水泥土搅拌墙的经济性最优, 可节省隔水帷幕造价约150万左右。根据工程经验, 类似挖深基坑围护体可以选择灌注桩排桩结合隔水帷幕、型钢水泥土搅拌墙两种形式。

　　 本工程围护体可采用700mm厚CSM隔水帷幕结合ϕ700@900灌注桩排桩或700mm厚CSM隔水帷幕内插型钢H488×300×11×18。两种围护体造价比较见表3, 从表中可知, 采用型钢水泥土搅拌墙, 可以节省围护体造价约178万。

　　 综合考虑技术性与经济性因素, 本工程围护体选用CSM工法等厚度型钢水泥土搅拌墙。

　　 本工程总体采用了板式围护墙结合一道内支撑的方案, 而对于内支撑常规可采用预应力锚杆、钢支撑、钢筋混凝土支撑等类型^[6]。

　　 由于本工程局部存在深厚的淤泥质土层, 不适宜采用锚杆支护, 且基坑距离红线较近, 用锚杆必将超越红线, 不符合南昌市深基坑审查文件的相关要求, 因此, 预应力锚杆不适用本工程。

　　 水平钢支撑一般采用十字正交对撑布置, 由于基坑长、宽两个方向距离均超长, 采用水平钢支撑体系主要有以下不利因素:1) 杆件布置较为密集, 挖土空间小, 效率低;2) 钢支撑体系刚度相对较小, 不利于基坑变形控制和周边环境保护;3) 满堂设置水平钢支撑体系, 须待基础底板整体施工完成, 形成可靠的传力体系后方可进行钢支撑的拆除, 施工速度较慢。

　　 钢筋混凝土内支撑具有刚度大、变形小的特点, 常规可采用对撑或者圆环撑两种形式。但大面积混凝土支撑体系的工程量巨大, 且混凝土支撑的施工、养护和拆除均占用工期, 不利于土方开挖及主楼的快速施工 (图4) 。

　　 “中心岛”方案是一种经济、高效、灵活的支护方案。首先在基坑周边留土放坡开挖至基底, 形成中心盆式工况, 在完成中部基础底板之后, 再利用完成的基础底板或地下结构梁板设置钢管斜撑, 最后挖除四周盆边土方。该支护方案的优势主要如下:1) “中心岛”区域的土方开挖不受支撑的影响, 可快速进行“中心岛”区域主楼施工, 缩短项目工期;2) 利用“中心岛”结构体系作为整体支撑传力体系, 仅需在周边留土区域设置较短的钢斜坡撑, 大大减少了大面积满堂设置支撑的工程量和支撑施工所占用的工期。

　　 根据工程经验, 类似挖深的大面积基坑工程设置满堂支撑造价约200元/m², 本基坑工程面积约2万m², 采用“中心岛”方案, 在支撑上即可节约工程造价235万, 详见表4, 5。“中心岛”区域典型剖面见图5。

　　 综上, 对于类似本项目的超大面积深坑工程, 采用“中心岛”结合斜坡撑支护方案的技术、经济优势明显。

　　 以“中心岛”方案为主, 西部巨厚淤泥质粉质黏土分布区采用局部混凝土角撑的设计方案, 周边围护墙采用CSM工艺构建等厚度型钢水泥土搅拌墙, 见图6～8。

　　 本工程 “中心岛”周边留土平台标高-5.55m, 平台宽6m (西侧及南侧淤泥较厚区域平台宽8m) , 坡高3.5m, 采用1∶1.5放坡。坡面采用80mm厚配筋混凝土喷射面层, 坡顶设置降水井进行坡体疏干降水。

　　 基坑周边留土放坡中部开挖至基底后, 先施工中部基础底板, 在中部基础底板与围护桩压顶梁之间架设斜坡撑, 斜坡撑完成后进行周边留土开挖和结构施工。斜坡撑采用ϕ609×16钢管撑, 连杆采用H400×400×13×21的型钢。

　　 位于淤泥区域的基坑角部采用一道混凝土水平角撑, 支撑中心标高-3.95m, 与“中心岛”区域周边的钢斜坡撑形成整体的支撑体系。

　　 由于本工程基坑采用“中心岛”方案, 即利用主体结构作为支撑受力体系的一部分, 因此, 整个基坑的受力稳定与基坑的挖土工况、主体结构的实施情况密不可分。根据类似项目经验, 同时也结合本项目主楼结构分布、支护体系传力特点, 采用了以下施工流程。

　　 “中心岛”典型剖面施工工况具体如下。工况一: 周边留土放坡开挖至基底;工况二:施工“中心岛”区域地下结构, 架设斜坡撑;工况三: 开挖周边留土, 施工周边基础底板、换撑;工况四:拆除周边斜坡撑, 施工周边地下结构。

　　 CSM工法是一种新型、高效、环保的等厚度水泥土搅拌墙施工技术^[5]。该技术从地下连续墙液压铣槽机的施工原理发展而来的。目前已在上海、武汉、南昌等地区进行了应用实践^[6], 适用于黏土、砂土、卵砾石、岩层等地层, 通过配置高强钻头可以切削强度35MPa以内的岩石;成墙厚度一般600～1 200mm, 最大成墙深度可达50m;水泥土墙体质量高, 强度达到1～2MPa, 墙体无冷缝, 渗透系数可达到10^-8 cm/s量级, 防渗性能好。

　　 CSM工法施工工艺包括:施工前准备、铣削喷浆搅拌成墙工序、成墙移机铣削工序、型钢插入与回收工序等。CSM工法施工工艺流程及CSM工法施工实景见图9, 10。

　　 本工程等厚度水泥土搅拌墙厚度为700mm, 单幅2.8m, 搭接长度为0.4m。为隔断水力联系, 要求墙底嵌入中风化泥质粉砂岩中不少于1.2m且有效桩长不小于21.2m。根据基坑内力、变形和整体稳定性计算, 搅拌墙内插H488×300×11×18型钢, 普遍区域型钢中心距850mm, 西部巨厚淤泥质粉质黏土层区型钢间距适当加密, 型钢底部嵌入基底约10.5m。

　　 等厚度水泥土搅拌墙采用P.O42.5级新鲜普通硅酸盐水泥, 水泥掺量不小于22%, 建议水灰比为1.2～1.5, 跳幅施工。

　　 当首次成槽下沉至墙底时, 建议停留在墙底搅拌喷浆5min后再进行提升, 并对墙底以上不小于5m范围进行复搅, 即当首次喷浆搅拌提升至墙底以上不小于5m后, 再喷浆搅拌下沉至墙底, 然后再喷浆搅拌提升, 直至墙顶, 以确保等厚度水泥土搅拌墙底部成墙质量。

　　 本工程的土方开挖应结合中心岛施工工况特点, 采用“盆式、分层、分段、对称、平衡”原则, 利用时空效应原理, 控制围护结构位移。土方开挖的主要原则如下:

　　 (1) 基于首先形成主楼区域基础底板的原则, 基坑土方共分8块挖除, 按图11中所示土方分块1～8依次顺序挖土施工。

　　 (2) 为确保边坡留土及动态土坡的稳定性, 基坑内部临时边坡应结合轻型井点降水和护坡面层进行加固, 土坡坡度应不大于1∶1.5, 且在土方开挖过程中挖土高差不得大于3m。

　　 (3) 混凝土垫层应随挖随浇, 即垫层必须在基坑开挖至基底标高后24h内浇筑完成。

　　 根据土方开挖的主要原则, 实际具体的施工工况如下。

　　 工况一:基坑整体开挖至第一道支撑底, 浇筑角撑 (图12) 。工况二:周边留土放坡, ①区开挖至基底并施工基底垫层和基础底板, 主楼区域基础底板首先施工, ②区、③区逐步退挖 (图13) 。工况三: ①区基础底板强度达到80%, 继续向上施工地下结构, ④区周边钢斜撑架设完成, 开挖周边留土, ②区、③区逐段退挖, 开挖至基底并施工基础底板 (图14) 。其余分块可同步架设钢支撑, 周边留土保留。

　　 工况四: ①普遍区域继续施工地下1层梁板, 中心岛区域主楼范围在地下1层结构施工完成后继续向上施工地下结构, ②区、③区向上施工地下结构, ④区施工基础底板, 底板及换撑牛腿强度达到80%时拆除斜撑, 向上施工地下1层梁板。其余分块钢支撑架设完成, 周边留土保留 (图15) 。

　　 工况五: ①普遍区域继续施工地下1层梁板, 中心岛区域主楼范围在地下1层结构施工完成后继续向上施工地下结构, ②区、③区向上施工地下结构, ④区施工基础底板, 底板及换撑牛腿强度达到80%时拆除斜撑, 向上施工地下一层梁板。其余分块钢支撑架设完成, 周边留土保留 (图16) 。

　　 图17为现场CSM试成墙钻孔取芯照片, 混凝土芯样呈灰色柱状、坚硬、灰量正常、搅拌均匀、表面光滑、断口吻合。芯样抗压试验结果如表6所示, 试桩芯样抗压试验结果均大于1MPa。

　　 本项目基坑工程目前B0板已经施工完成, 图18为基坑开挖暴露出的CSM水泥土搅拌墙, 止水效果好。图19为中心岛区域底板施工时现场施工实景照片。

　　 图20为拆撑后基坑围护结构的水平位移, 最大位移30mm, 位于桩顶。周边道路地表沉降、管线及建筑物沉降皆小于10mm, 监测结果表明, 本工程基坑实施平稳顺利, 基坑本身安全以及对周边环境的影响都在可控范围内。

　　 本工程基坑为超大面积深基坑工程, 总体采用以“中心岛”方案为主、内支撑方案为辅, 多种支护结构相结合的设计方案。“中心岛”方案的运用, 大大加快了中部土方的开挖和主体结构的施工, 使“中心岛”区域主楼在无支撑情况下可以快速推进施工, 很好地实现了项目的工期目标。同时, 利用“中心岛”结构作为整体支护受力体系的一部分, 也大大节省了满堂设置内支撑的工程量, 经济性效果显著。

　　 针对项目复杂的地质条件及严峻的地下水问题, 设计方案在隔水帷幕选型时, 经过多方比选, 采用了以CSM工艺构建的等厚度水泥土搅拌墙为隔水帷幕。该工法成墙质量可靠, 隔水性能好, 且在岩层中掘进能力较强, 成墙效率较常规工艺大大提高。另外, 在等厚度水泥土搅拌墙内设置内插型钢, 从而形成兼具受力和隔水功能的板式墙体, 且内插型钢在基坑实施完毕后可拔除、回收, 经济、绿色、环保。

　　 本工程基坑的顺利实施将对处理类似复杂地质条件下临江超大面积深基坑工程提供积极的参考意义。