淤泥地质条件下受限空间电梯井坑中坑支护技术研究与实践

摘要：针对淤泥地质及受限空间条件下传统钢板桩支护施工困难的问题，本研究以广州南沙智能制造生产基地项目为背景，提出了一种基于水泥搅拌桩与混凝土反压板组合的支护方法。通过对比分析两种支护方案的可行性、安全性和经济性，最终采用水泥搅拌桩（φ800，水泥掺量20%）结合C30混凝土反压板的支护结构，解决了支撑梁下方垂直打桩空间不足的难题。工程实践表明，该方案较传统钢板桩节约成本约140万元，施工周期缩短15%，且结构变形与裂缝均满足规范要求。研究成果可为类似地质条件和空间受限的基坑工程提供技术参考。

关键词：淤泥地质；基坑支护；水泥搅拌桩；混凝土反压板；有限空间施工

1 引言

随着城市地下空间开发的加速，深基坑工程面临的地质条件日益复杂。淤泥质土因高含水量、低承载力和易流变性，常导致基坑支护施工风险增加[1-2]。尤其在电梯井等局部深坑（坑中坑）开挖时，支护结构需兼顾安全性与施工可行性。传统钢板桩支护依赖大型打桩设备，但在受限空间（如既有支撑梁下方）难以实施，存在设备无法就位、桩体倾斜等问题[3]。

广州南沙某智能制造基地项目T3#楼电梯井坑中坑深度达4.9m，土体以淤泥质土为主（孔隙比＞1.5，含水量＞60%），且上方1~3m存在混凝土支撑梁，导致传统钢板桩施工受阻。针对这一难题，本研究提出一种基于土体改良与反压板协同作用的新型支护方案，通过理论计算与工程验证，系统分析其技术可行性与经济效益。

2 工程概况与问题分析

2.1  工程地质条件

本项目T3#楼电梯井坑中坑土质均为淤泥、淤泥质土，这种地质具有含水量高、孔隙比大、压缩性高、固结度差、灵敏度高、扰动性大、抗震性能低等特点。淤泥地质条件下，电梯井坑中坑开挖施工需要作支护处理以避免出现流泥、放坡变形。基坑开挖深度4.9m，电梯井坑中坑底标高-0.5m（相对±0.000）。

2.2 支护难点

空间限制：既有内支撑梁距坑顶仅1~3m，静压桩机工作高度不足（需≥4m），导致钢板桩无法垂直打入。

土体稳定性差：淤泥层灵敏度高，开挖后易发生侧向流变，威胁支护结构安全。

成本与工期压力：传统钢板桩废弃率高达80%，经济性差且施工周期长。

3 支护方案设计与优化

3.1 方案比选

基于现场条件，提出两种支护方案（见表1）：

方案1：预埋钢板桩。在支撑梁施工前完成钢板桩压入，但无法回收，综合造价189.15万元。

方案2：水泥搅拌桩+混凝土反压板。采用φ800搅拌桩加固土体，顶部设置200mm厚C30反压板，总造价48.82万元。

表1 支护方案对比表

3.2 优化设计

3.2.1 水泥搅拌桩参数

桩径800mm，间距700mm，格栅式布置；

水泥掺量20%，28d无侧限抗压强度≥0.8MPa；

桩顶标高-2.6m，桩底穿透淤泥层进入粉质黏土1.0m。

3.2.2 反压板结构

厚度200mm，C30混凝土，双层双向C12@200钢筋；

端部设围檩梁（600×500mm，配筋8Φ28），与预埋钢板（Q235，400×200×10mm）焊接形成整体支撑体系（见图1）。

图1反压板与围檩梁构造

4 关键施工技术

4.1 水泥搅拌桩施工

工艺控制：φ800的搅拌桩采用42.5R级普通硅酸盐水泥做固化剂，水泥掺量不宜少于20%，每米水泥用量不宜少于180kg，坑内加固搅拌搭接长度为100mm，搭接时间不应大于24小时。

质量检验：水泥搅拌桩28天无侧限抗压强度不宜低于0.8Mpa，坑中坑在搅拌桩未达到0.6Mpa时禁止开挖。

桩位对中，保持搅拌桩机机体水平、钻杆垂直，使导向塔垂直度误差<1%，单轴水泥搅拌桩直径800mm间距700mm，采用格栅式布置。

4.2 反压板与钢支撑施工

钢筋绑扎：双层双向筋交叉点满扎，保护层厚度30mm；

混凝土浇筑：分层浇筑（每层≤500mm），插入式振捣密实；

混凝土反压板、围檩梁需按常规混凝土结构进行材料和试块检验，当混凝土强度达到80%后，方可进行后续施工。

5 结构安全验算

5.1 反压板受力分析

采用有限元软件建立三维模型，计算反压板在土压力作用下的弯矩与剪力（图2）。结果表明：

最大弯矩值677.17kN·m，位于跨中；

裂缝宽度≤0.512mm（＜2.0mm限值）；

挠度4.347mm（＜L/200=15mm），满足GB50010-2010要求。

表2 反压板配筋验算结果

图2 反压板弯矩分布图

5.2 钢支撑稳定性验算

根据《钢结构设计标准》（GB50017-2017），验算Φ400钢管支撑的强度与稳定性：

正应力σ_max=54.46MPa＜215MPa（Q235抗弯强度）；

长细比λ=87＜150，稳定系数φ=0.736；

安全系数K=2.1＞1.5，满足规范要求。

6 实施效果

6.1 经济效益

对于水泥搅拌桩+混凝土压板支护相较于常规钢板桩支护节省了支护施工的工程造价，节约了成本，确保了T3#楼电梯井坑中坑的顺利施工，且具备现场施工可行性，并能够保障施工安全，整体效益较优。

6.2 社会效益

针对在坑中坑上方 1m - 3m 高度内存在基坑支撑梁会占据一定的空间，导致常规打桩设备空间受限，无法正常将支护桩垂直打入地下的问题，本成果提出了水泥搅拌桩+混凝土压板的支护做法，确保无需使用打桩设备也可施工的坑中坑支护方案，可有效解决因空间受限电梯井坑中坑无法打桩支护问题。

上述方法在确保工程安全质量的前提下，有效解决因空间受限电梯井坑中坑无法打桩支护问题，并在保障工期的同时降低了成本，可广泛应用于具有类似施工问题的工程，具有较为显著的社会效益。

7 结论

水泥搅拌桩结合反压板的支护体系可有效解决淤泥地质下受限空间基坑支护难题，通过结构优化与精细化施工，方案综合成本降低74.2%，且变形控制效果显著，后续研究需进一步探讨长期荷载下土-结构相互作用机制。

参考文献
[1] 刘建航, 侯学渊. 基坑工程手册（第二版）[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2009.
[2] 王曙光. 深基坑支护技术现状及发展趋势[J]. 岩土工程学报, 2018, 40(1): 1-12.
[3] 张钦喜, 等. 软土地区基坑支护变形控制技术研究[J]. 施工技术, 2020, 49(6): 45-49.