张 弛

(上海建工二建集团，上海 200080)

1 工程概述

浦东机场T3航站楼上部结构复杂，导致基坑类型众多且深度不一，如图1a所示。浦东机场T3航站楼核心区深基坑挖深18.7 m～29.2 m，浅基坑挖深8.7 m～14.7 m，机场T3航站楼综合体范围内总体开挖出土共计850万m3，核心区围护结构总延长达到10 km。核心区域基坑面积达到31万m2，排水渠、设备用房和共同沟等基坑面积达到10万m2。基坑开挖深度大，其中轨道交通开挖深度29.2m，值机大厅开挖深度约18.7m。

图1 浦东机场T3航站楼

2 水文地质与基坑围护

2.1 水文地质

经初勘中间资料，场地内地质条件复杂，地层分布起伏较大。基底以下⑦、⑨、多层承压含水层全部联通，160 m钻孔深度范围内无相对隔水层分布，无法隔断。古河道区域分布有⑤2、⑤3-2层微承压含水层透镜体。本工程普遍区域满足承压水突涌稳定的临界开挖深度约为13 m，基坑面临着严峻的承压水问题。初勘钻孔间距较大(150 m)，需要进一步详勘确定地层实际分布和水文地质情况，指导后续设计工作开展。基坑开挖深度超过15 m，还需开展地面沉降的危险性评估，如图1所示。

2.2 基坑围护

由于基坑开挖和防水的需要，可采用铣槽法施工。铣槽法是一种具有止水效果的大深度大厚度的地下连续墙体系，尤其适合于逆作法基坑部分[1]。逆作法中的围护结构通常都是地下连续墙，以便两墙合一，既作围护结构，又作地下室的外墙[2]。其作用有挡土、止水和承重结构(根据围护结构是否保留，分为永久结构和可回收结构)。其中，临时围护结构适合拟部分采用可回收的基坑围护的WSP系统与技术，可回收的水平承载结构可以是内支撑体系，也可以是锚杆体系[3]。本文对该技术在T3航站楼建设中的可行性进行研究。

3 WSP技术

3.1 概念

钢管桩连续墙成套技术(wall made of steel pipe piles，WSP)是以大直径钢管桩为承载结构，邻桩套接挡土，沿邻桩接缝设置止水空腔，充填止水空腔封堵接缝，可全回收再利用的高强无缝地下连续墙体。它是一种自立式的，可回收的圆形钢薄管围护结构。

成套工艺实现各种基坑围护全回收再利用。由钢管桩承担水土压力，截面大，钢材省；相邻桩套接阻挡桩间土，速度快，强度高；接缝设置多个止水空腔，双保险，易检修；袋内充水密封邻桩接缝，可检测，自修复 ；微创法插拔施工钢管桩，微扰动，不带土。

图2 WSP钢管桩与止水连接部位的

3.2 成桩工艺

在WSP的成套工艺中，需要根据土质和周边环境等要求，采取合适的施工工艺。概括为以下四种方式：

静压法沉桩，利用静压桩机将WSP子母管逐根套接压入土体；优点是在施工过程中无噪音，无振动；速度快，造价低；适用于各种周边环境和地层条件。

振动法沉桩，利用振动锤的高频振动，大幅度消减桩土间的摩擦力，利用振动锤的冲击力将WSP子母管逐根套接插入土体。施工设备简单，速度快，造价低。

自钻进沉桩，利用WSP桩本身兼作桩架，通过安装在桩底的钻头钻进成孔，以子母管的正反钻进消除转动力矩，将WSP桩子母管成套对接沉入土体。操作简单，无扰动，无噪音。

导向法沉桩，利用在先施工中的WSP桩兼作导轨，控制下一根临桩钻孔的施工方向，可以确保临桩严格平行，在深远土体中不开叉。操作简单，无扰动，无噪音。

3.3 适用范围

全回收装配式WSP深基坑围护系统，适合在管廊工程、建筑工程、地铁隧道的基坑围护中，以及深层地下空间开发的挡土止水工程中。

图3

4 技术特点分析

4.1 全回收再利用

“土塞补偿法”拔桩实现微扰动全回收再利用。其施工机械、拔桩压土回填、桩间止水装置以及静压沉桩插拔设备，如图4所示。

图4 WSP技术

4.2 桩缝封堵

WSP技术采用“以水止水”封堵桩缝，自检测、自修复、有复腔双重止水保障，可配合沿桩缝压灌聚氨酯、双液注浆等针对性应急措施。

4.3 精准压拔

成套的WSP施工技术中，在插拔钢管桩工艺中，根据各类土层、各类环境，以及各类深度，分别采用静压法插拔(见图4d)、振动法插拔、自钻进沉桩、导向法沉桩。

4.4 独特围护

成套的WSP秉承“深度基坑无大面积内支撑、立柱、栈桥”的设计理念。一般采用的特殊围护形式有：①半放坡围护；②双排桩环岛围护；③钢墙内支撑围护。

图5 围护示意图

半放坡围护特点是上部放坡，下部采用悬臂式的WSP围护。优点是坑内无支撑，挖土便利快速；围护体系全回收，造价经济；围护结构无需养护，工期短。适用于地下一层以及不太深的基坑围护。

双排桩环岛围护的特点是上部放坡，基坑外侧WSP围护，中心岛钢管桩围护，内外排围护之间形成沟槽基坑。优点坑内无支撑，挖土便利快速；围护体系全回收，造价经济；适用各种环境条件、各种挖深、面积较大基坑。

钢墙内支撑围护的特点是WSP围护，内支撑水平承载。优点是围护体系全回收，造价经济；装配式围护结构施工速度快，无需养护，工期短；适用于各种环境条件、各种挖深、狭长形基坑。

4.5 止水高效

安全保障体系主要有如下四点要求，完善的安全保障体系确保受力构件安全可靠，止水效果佳，施工过程简单易控。

(1)计算依据成熟完整；

(2)所有构件工厂预制；

(3)现场装配式安装；

(4)止水双重保障，自检测，自修复。

4.6 环境友好

传统钻孔灌注桩施工现场不易管理，泥浆横流；钢管桩连续墙施工现场，干净整洁，低碳环保，循环经济，可实现全回收再利用，如图6所示。

图6 施工现场图

5 应用可行性分析

在开挖深度5 m以下有止水要求的基坑中，可采用拉森钢板桩，尤其适合在前期工程中的道路和东绕水渠施工段中。拉森钢板桩在深度和止水要求没那么高的临时基坑围护工程中经济合理且施工效率高[4]。双层钢板桩内，宜使用一些临时木支撑或钢支撑，方便循环利用，避免使用混凝土支撑。其它形式的钢支撑应尽量避免使用工字钢，尽管在反复压拔过程中，工字钢变形小。但因为工字钢的止水连接处带土较多，对土体影响较大，尤其在需要防水的软土基坑中，对土体扰动较大。在基坑挖深6～7 m，钢板桩需要两道撑；钢管桩只需要一道撑。因此更适合采用WSP钢管桩。WSP技术适合挖深5～16 m类型的较浅类基坑，但不宜在深度过大的围护结构中使用，避免拉拔的难度加大。适宜深度其实是根据目前可加工的单节钢管长度所决定的，理论上也可以双节或多节拼接，但在目前加工工艺水准基础上不推荐双节或多节拼接，以保证钢管整体性良好。在不适宜做支撑的基坑部位，可设计成圆形无支撑的WSP围护结构体系[5]。永久深基坑围护结构，宜采用传统的钻孔灌注排桩等工艺。

6 经济与工期分析

6.1 经济性分析

通过经济性分析，WSP技术与现有围护桩(墙)的造价对比分析如下：

(1)较重力坝、SMW工法桩节约造价约15%～25%；

(2)较钻孔灌注桩可节约造价约25%～40%；

(3)较地下连续墙可节约造价约35%～55%。

6.2 工期对比分析

现有的围护桩墙结构与WSP结构进行施工工期的对比，可以得出以下结论：

(1)WSP可以和工程桩交叉同时施工，互不影响(节省0.5～1个月)；

(2)WSP施工速度快(节省1～1.5个月)，无需养护(节省1个月)；

(3)地下两层或多层地下室采用“双排桩环岛”围护时，无需设置大面积的钢筋混凝土内支撑，挖土速度快(节省1.5～2个月)。一层地下室基坑围护新技术方案能节约工期1.5～2个月；二层及以上地下室能节约工期近3～4个月。

7 总结与展望

钢管桩连续墙(WSP)深基坑围护系统与技术，以全新的设计理念为引导，依托于全新的WSP装配式地下精细化建造与回收再利用成套技术及装备，辅以完善的安全保障技术体系，最终全面实现各种地质条件下、任意挖深、各种现实周边环境条件下的深基坑围护全回收再利用。相比于钢围堰，止水措施更为科学合理，效果更佳；相比于传统混凝土灌注桩的桩墙体系，可装配可循环，环境友好，场地清洁干净，对土体扰动小，且经济性更优。

此外，较现有混凝土旋喷灌注桩等桩墙技术，可节约工程造价20%以上，成为除放坡之 外最为经济的基坑围护形式；地下1层，节省关键路线上工期1.5～2个月，地下二层或多层，节约工期3～4个月。