超大軟土深基坑圍護(hù)體系施工技術(shù)研究

劉輝

1 工程概況

本工程S11地塊住宅項(xiàng)目位于浦東金橋，項(xiàng)目占地面積約125000m2，總建筑面積約 196000m2?；又荛L(zhǎng) 1390m，開挖面積116500m2，普遍開挖深度為5.75m。圍護(hù)邊線緊貼用地紅線，基坑四周為市政道路，除靠近云山路一側(cè)，用地紅線緊貼道路邊人行道（下埋大量管線），基坑距離機(jī)動(dòng)車道距離為6～8m?；涌拷讟迓贰⒈淘坡芬粋?cè)紅線附近有直埋DN300供水管、DN200煤氣管，靠近明月路一側(cè)有DN300供水管。

工程四周施工條件復(fù)雜，根據(jù)地勘報(bào)告，原地塊內(nèi)含有大量明暗浜區(qū)域，地質(zhì)為典型上海濱海平原相。土層相關(guān)力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 基坑土層力學(xué)參數(shù)表

2 圍護(hù)體系選型及設(shè)計(jì)概況

項(xiàng)目東側(cè)靠近云山路一側(cè)為臨建地鐵14號(hào)線，項(xiàng)目需在地鐵施工前在其50m影響范圍內(nèi)完成結(jié)構(gòu)封頂及地下室回填完畢。項(xiàng)目于2017年7月中旬開始施工，地鐵預(yù)計(jì)施工時(shí)間為2017年12月，項(xiàng)目需要在9月初前完成其800m圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工，施工工期緊，工作任務(wù)量大。

根據(jù)目前上海此類深基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)方案[1]，其初期選擇主要有三種類型：①三軸攪拌樁+鉆孔灌注樁圍護(hù)；②SMW工法樁+609鋼管斜撐圍護(hù)；③攪拌樁內(nèi)置鋼筋混凝土板樁+注漿斜拋撐圍護(hù)。根據(jù)項(xiàng)目相關(guān)特性對(duì)比分析如表2所示[2]。

基于上述綜合因素考慮，本項(xiàng)目采用攪拌樁內(nèi)置鋼筋混凝土預(yù)制樁加注漿斜拋撐圍護(hù)的形式。具體應(yīng)用為：在已有成熟靜壓樁機(jī)施工技術(shù)的基礎(chǔ)上改裝夾具以滿足機(jī)械化插樁的條件，合理設(shè)置三軸攪拌樁施工參數(shù)及與板樁插設(shè)時(shí)間差，確保三軸止水效果、擠土效應(yīng)及樁土咬合程度；采用雙囊氣動(dòng)分隔多次注漿專利技術(shù)，確保斜拋撐底部土體加固效果。

典型圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖1所示，根據(jù)圍護(hù)邊挖土深度及受力計(jì)算選擇樁長(zhǎng)及配筋（13.5m/16.5m），圍護(hù)樁邊采用雙軸攪拌樁加固板樁下部土體[3]，提高圍護(hù)側(cè)向抗位移。斜拋撐底部深入⑤1-1持力層并保證底部3m延長(zhǎng)段注漿量，提高承載力；坑邊開挖及時(shí)形成配筋墊層，在拋撐與坑底設(shè)置反壓鋼板，使底板換撐前進(jìn)一步提高鋼管拋撐承載力，在空間和時(shí)間效應(yīng)內(nèi)控制基坑變形。施工步驟如圖2所示。

圖1 典型圍護(hù)結(jié)構(gòu)剖面示意圖

圖2 圍護(hù)及地下室結(jié)構(gòu)施工步驟示意圖

3 圍護(hù)施工技術(shù)研究

圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量好壞直接關(guān)乎基坑開挖安全，在施工中如何把控施工質(zhì)量，滿足設(shè)計(jì)要求是重中之重。本工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工主要控制點(diǎn)為三軸攪拌樁止水效果，預(yù)制板樁定位控制，鋼管斜拋撐角度及承載力控制。

3.1 三軸攪拌樁內(nèi)置預(yù)制板樁施工

3.1.1 預(yù)制板樁設(shè)計(jì)處理

表2

因板樁在預(yù)制、運(yùn)輸及施工過程中需多次以不同方式起吊，因此要對(duì)吊鉤進(jìn)行處理。預(yù)制時(shí)在樁兩側(cè)設(shè)置2個(gè)吊鉤（0.2倍樁長(zhǎng)），以便在轉(zhuǎn)運(yùn)及現(xiàn)場(chǎng)安放時(shí)吊裝，吊鉤突出樁身表面不得大于3cm，確保板樁正常通過送樁器。在樁頭下1.5m樁中部預(yù)埋φ100套管，作為后期靜壓樁機(jī)吊裝鎖具穿孔吊裝點(diǎn)。所有預(yù)埋件及開口位置經(jīng)驗(yàn)算后方可實(shí)施。

圖3 板樁吊點(diǎn)示意圖

圖4 攪拌樁與壓樁機(jī)位置示意圖

3.1.2 快速定位設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，預(yù)制板樁需插設(shè)在攪拌樁中心，否則可能產(chǎn)生止水帷幕漏水的不利因素，而二者為通過不同的大型機(jī)械施工完成的，如何快速準(zhǔn)確的完成兩者相對(duì)的定位是值得研究的一項(xiàng)技術(shù)。如圖5所示，三軸攪拌樁施工前根據(jù)圖紙進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)定位，并開挖溝槽。在溝槽外1～2m處安裝定位桿，定位上采用麻繩連起，用膠帶紙做好攪拌樁中心標(biāo)記。施工攪拌樁前在攪拌樁動(dòng)力頭前焊接樁心定位架，定位架寬度同定位桿至攪拌樁中心距離，三軸施工完成后，靜壓樁機(jī)采取同樣方法實(shí)現(xiàn)快速重合定位的效果。施工中三軸及板樁插設(shè)的垂直度則分別通過2個(gè)經(jīng)緯儀進(jìn)行校正。

圖5 攪拌樁與壓樁疊合定位方法

3.1.3 攪拌樁與壓樁施工流程配合

因三軸攪拌樁單次施工時(shí)間約為45min，水泥初凝時(shí)間2～4h。根據(jù)以往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，攪拌樁施工后間隔過長(zhǎng)插設(shè)板樁，將產(chǎn)生較大擠土效應(yīng)，會(huì)給基坑周邊管線產(chǎn)生較大隆起位移，而后期基坑開挖則會(huì)下沉，此兩種不利情況將給管線帶來較大危害。

為解決板樁插設(shè)的擠土效應(yīng)，現(xiàn)場(chǎng)針對(duì)不同參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，調(diào)整的主控參數(shù)為攪拌樁水灰比和二者間隔時(shí)間。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，三軸攪拌樁水灰比取1.9，單根施工時(shí)間控制在1h左右，確保水泥摻量及水泥土攪拌均勻，使得板樁插設(shè)時(shí)水泥土上涌。如上圖4所示，三軸攪拌樁施工3～4幅后移位，靜壓樁機(jī)插設(shè)板樁，使得二者間隔時(shí)間控制在3h以內(nèi)。

3.2 注漿鋼管斜拋撐施工

3.2.1 斜拋撐鋼管角度控制

斜拋撐鋼管設(shè)計(jì)與基坑豎向角度為50°，現(xiàn)場(chǎng)施工采用2種方式，即振動(dòng)錘和定位架兩種方式。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)外環(huán)境因素，預(yù)制鋼管分3節(jié)（8m/節(jié)）和4節(jié)（6m/節(jié)）。振動(dòng)錘施工鋼管時(shí)采取定位方式是分段實(shí)時(shí)糾偏的方式，主要操作為：第一節(jié)分首次、中間和根部定位，采用量角器靠鋼管的方式確定角度后振動(dòng)下沉，至中間和尾部重復(fù)測(cè)量并及時(shí)調(diào)整，保證尾部焊接下一組鋼管時(shí)角度偏差在允許范圍內(nèi)。采用定位架施工則需做好定位架基礎(chǔ)固定措施，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)基礎(chǔ)要求較高。

圖6 注漿示意圖

3.2.2 注漿施工控制

斜拋撐鋼管注漿采用雙囊密閉中間噴射注漿的形式，注漿壓力0.5～1MPa，漿液通過鋼管內(nèi)側(cè)高壓水泥漿輸送管送至上下部氣囊中間，加壓使得從開孔鋼管壁滲出加固鋼管周圍土體。施工時(shí)嚴(yán)控注漿量及注漿時(shí)間，具體如下：將鋼管底部3m范圍內(nèi)注漿分2次，上部12m間隔4次注漿最后一次注漿段位于土方開挖界面上。底部三米段首先將水泥漿（水灰比0.5）壓力值提高至1MPa穩(wěn)壓10min（注漿≤0.5T），控制注漿量后靜置5min，在控制注漿壓力0.7MPa至全部注漿完成，靜置10min防止?jié){液回流。上部首次穩(wěn)壓注漿量控制不大于0.4T，整體注漿完畢后立即回灌砂石至鋼管中及時(shí)補(bǔ)漿使鋼管形成一個(gè)整體?，F(xiàn)場(chǎng)管控過程中注意注漿及靜置的時(shí)間控制、水泥漿水灰比過小、注漿壓力過大等不利因素。

4 結(jié)語

通過對(duì)本工程現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)環(huán)境及其他條件進(jìn)行綜合考慮，選擇三軸攪拌樁內(nèi)置預(yù)制鋼筋混凝土板樁加注漿斜拋撐的圍護(hù)形式。鑒于現(xiàn)場(chǎng)施工的基礎(chǔ)上，總結(jié)出此圍護(hù)的可行性及操作流程、注意事項(xiàng)等施工技術(shù)和管理要點(diǎn)，表明類似圍護(hù)可用于場(chǎng)地環(huán)境限制、環(huán)保要求高、工期限制等條件下的軟土超大深基坑設(shè)計(jì)施工中。

[1]龔曉南，高有潮.深基坑工程設(shè)計(jì)施工手冊(cè)[J].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1998.

[2]劉國(guó)彬，王衛(wèi)東.深基坑工程手冊(cè)[J].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

[3]賈堅(jiān).控制基坑變形的坑內(nèi)加固機(jī)理研究及實(shí)踐[D].同濟(jì)大學(xué)，2003.