高強(qiáng)度灌漿料在地鐵基坑鋼支撐圍檁體系中 的運(yùn)用與研究

賈文強(qiáng)

上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 上海 200000

隨著我國城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)，大城市、特大城市在建設(shè)規(guī)模擴(kuò)張的同時(shí)也在朝著更高、更深的方向快速發(fā)展。其中，城市軌道交通、地下空間開發(fā)過程中，地下連續(xù)墻搭配鋼支撐+鋼圍檁是運(yùn)用極為廣泛的支撐體系，對控制基坑變形和保護(hù)周邊環(huán)境有著積極作用。輸水工程、城市地下空間開發(fā)等涉及深基坑、超深基坑的工程越來越多地出現(xiàn)，且大多分布于土地緊張、環(huán)境敏感的城市中心地區(qū)。在這些深基坑施工過程中，地下連續(xù)墻通常采用銑接頭形式，應(yīng)用地下連續(xù)墻搭配鋼支撐＋鋼圍檁，可以將鋼支撐軸力有效地傳導(dǎo)、分散于地下連續(xù)墻之上，并抑制地下連續(xù)墻接縫錯(cuò)位。但目前，我國深基坑工程中鋼圍檁與地下連續(xù)墻之間存在的間隙主要采用細(xì)石混凝土進(jìn)行填 充[1]。該填充料流動性差且強(qiáng)度需要數(shù)日才可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，在其強(qiáng)度未發(fā)展到位之前，圍檁與地下連續(xù)墻間隙處支撐力不足，縫隙持續(xù)壓縮，直接導(dǎo)致地下連續(xù)墻向基坑內(nèi)側(cè)徐變，進(jìn)而引起圍護(hù)外側(cè)土體沉降，對周邊環(huán)境的穩(wěn)定產(chǎn)生影響[2]。因此，縮短填充料的強(qiáng)度發(fā)展時(shí)間，提高間隙填充密實(shí)度，確保鋼圍檁與地下連續(xù)墻間隙填充的及時(shí)性和有效性是控制基坑變形的關(guān)鍵。

本文以上海軌道交通14號線豫園站工程為案例，詳細(xì)論述了地下連續(xù)墻與鋼圍檁間隙采用高強(qiáng)度灌漿填充的技術(shù)要點(diǎn)及運(yùn)用效果。

1 灌漿料填充施工

1.1 工藝原理及特點(diǎn)

1.1.1 工藝原理

本工法主要采用高強(qiáng)度灌漿料替換普通細(xì)石混凝土對鋼圍檁與圍護(hù)間隙進(jìn)行填充。與細(xì)石混凝土相比，高強(qiáng)度灌漿料具有高流動性、高強(qiáng)度及強(qiáng)度發(fā)展快速等特點(diǎn)。高強(qiáng)度灌漿料的高流動性確保漿料能流入各種形狀、大小的縫隙，使圍檁與地下連續(xù)墻形成緊密連接，不留空隙[3]。而其強(qiáng)度可以在24 h之內(nèi)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，且后續(xù)仍繼續(xù)發(fā)展，可遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通混凝土的強(qiáng)度，達(dá)到約60 MPa，確保鋼圍檁與地下連續(xù)墻間力的傳導(dǎo)介質(zhì)快速、有效形成，并盡早將支撐力傳導(dǎo)到圍護(hù)之上，大大減小了圍護(hù)因圍檁間隙壓縮而產(chǎn)生的變形。

1.1.2 工藝特點(diǎn)

1）流動性強(qiáng)，填充密實(shí)。普通細(xì)石混凝土坍落度為180～220 mm，骨料直徑最大1.5 mm。鋼圍檁安裝到位后，由于地下連續(xù)墻表面凹凸不平，故鋼圍檁與地下連續(xù)墻間的縫隙有寬有窄。普通細(xì)石混凝土對寬大的縫隙有較好的填充效果，但受到流動性和骨料直徑的限制，對狹窄的縫隙很難完全填充，從而很容易產(chǎn)生空隙。高強(qiáng)灌漿料的流動性很強(qiáng)，流動速度為10～17 s，可以達(dá)到自流平；骨料粒徑均小于5 mm，可以很好地填充大、小縫隙，確保圍檁后縫隙填充致密[4]。

2）強(qiáng)度高且發(fā)展迅速。普通細(xì)石混凝土填充縫隙后，需要數(shù)十天時(shí)間才能達(dá)到設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度。圍檁與地下連續(xù)墻間的縫隙填充料強(qiáng)度不足是引起圍護(hù)變形的主要原因之一。采用高強(qiáng)度灌漿料進(jìn)行縫隙填充，填充料填充后，12～15 h強(qiáng)度可以達(dá)到約10 MPa，15～20 h強(qiáng)度可達(dá)到20～30 MPa，24 h強(qiáng)度可以達(dá)到30～40 MPa。填充料強(qiáng)度在24 h內(nèi)即可完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求[5]。

1.2 施工工藝

高強(qiáng)度灌漿料施工時(shí)按照如下工藝流程進(jìn)行：

1）鑿平。鋼圍檁安裝前，需要對混凝土面存在的凹凸不平或者錯(cuò)臺高差進(jìn)行鑿平。

2）圍檁安裝。圍檁貼于混凝土鑿平面放置，對于局部凹陷較深、無法與鑿平面齊平的位置，在圍檁與圍護(hù)凹陷之間的縫隙處插入鋼楔加強(qiáng)[6]。

3）下口封堵。為避免灌漿料灌入縫隙后從下口流出，縫隙下口采用雙快水泥進(jìn)行人工涂抹，十幾分鐘后即可硬化形成封堵。

4）灌漿料制備。每拌制1 m3灌料需要2.5 t成品干粉態(tài)灌漿料，拌制用水量為干粉量的10%，采用人工攪拌 即可。

5）灌漿料填充。拌制好的灌漿料具有很好的流動性，可采用漏斗、滑槽接于圍檁與地下連續(xù)墻縫隙上口，緩慢倒入，確?？p隙內(nèi)空氣排出。重復(fù)檢查、補(bǔ)灌，直至灌料面不再下降，與圍檁頂邊齊平。

6）養(yǎng)護(hù)。灌漿料填充完成30 min后，加蓋濕麻袋、濕棉被等進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

2 工程實(shí)例運(yùn)用及研究

2.1 工程概況

上海市軌道交通14號線豫園站位于上海中心城區(qū)，車站主體位于人民路北側(cè)下方，騎跨江西南路。車站南側(cè)緊鄰人民路隧道且局部與隧道共用圍護(hù)，西側(cè)為河南南路及軌交10號線區(qū)間隧道，西北角為一座新上海城市廣場，西南角為軌交10號線豫園站，東北角有5棵廣玉蘭古樹及2棟磚混結(jié)構(gòu)6層房屋。

車站主體內(nèi)凈總長209.00 m，標(biāo)準(zhǔn)段內(nèi)凈寬21.05 m，主體端頭井采用明挖順作法、標(biāo)準(zhǔn)段采用逆作法施工，基坑保護(hù)等級為一級。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用厚1 200 mm地下連續(xù)墻，地下連續(xù)墻深65 m，采用銑接頭形式，墻底位于⑦2灰色粉砂層。車站底板埋深最深達(dá)35.9 m，是上海已建和在建車站中最深的地鐵車站。

車站第1、3、5、7道支撐為混凝土支撐體系，第2、4、6、8、9道為全圍檁鋼支撐體系。其中，第2、4道鋼支撐直徑609 mm，第6、8、9道鋼支撐直徑800 mm。鋼支撐全部采用伺服系統(tǒng)，鋼圍檁采用700 mm×300 mm的H型鋼雙拼，外觀尺寸700 mm×600 mm。

2.2 灌漿料填充施工

本工程鋼圍檁全部采用700 mm×300 mm的雙拼H型鋼，除東坑上2道鋼支撐圍檁后采用細(xì)石混凝土填充外，其余鋼圍檁與地下連續(xù)墻的間隙全部采用高強(qiáng)度灌漿料進(jìn)行填充（圖1），灌漿料摻水量為10%。

圖1 灌漿料填充剖面

2.3 效果分析

2.3.1 強(qiáng)度發(fā)展

現(xiàn)場采用高強(qiáng)度灌漿料制作試塊，水灰比0.12。制成試塊后，通過檢測，24 h強(qiáng)度達(dá)到26 MPa，32 h強(qiáng)度達(dá)到48 MPa，說明灌漿料在短時(shí)間內(nèi)即可達(dá)到鋼圍檁后的填充強(qiáng)度要求。

2.3.2 填充密實(shí)度

東坑上2道鋼支撐圍檁后為細(xì)石混凝土填充，其余圍檁后均采用了灌漿料填充。支撐拆除完成后，通過現(xiàn)場觀察、測量，發(fā)現(xiàn)細(xì)石混凝土對于縫隙的填充率基本為20%～50%，圍檁后縫隙存在連續(xù)空腔，如圖2所示。

采用灌漿料進(jìn)行填充的空隙密實(shí)度良好，填充率100%，圍檁后無空腔，填充料密實(shí)、連續(xù)，拆除圍檁后，填充效果如圖3所示。

圖2 細(xì)石混凝土填充后效果

圖3 灌漿料填充后效果

由此可見，灌漿料可以很好地將圍檁后的縫隙進(jìn)行填充，克服了細(xì)石混凝土填充效果不足的缺陷。

2.3.3 圍護(hù)變形

在基坑開挖過程中，每一道鋼支撐施工時(shí)間約10 d，東坑上2道鋼支撐圍檁后采用細(xì)石混凝土填充，剩余鋼圍檁后采用高強(qiáng)度灌漿料進(jìn)行填充[7-9]。基坑開挖結(jié)束后，圍護(hù)最大變形點(diǎn)為P20（圖4）。

圖4 基坑圍護(hù)監(jiān)測布點(diǎn)平面

選取P20點(diǎn)分別在細(xì)石混凝土及高強(qiáng)灌漿料填充圍檁后間隙的情況下，在基坑開挖及鋼支撐架設(shè)過程中的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比（圖5）。

圖5 開挖期間P20點(diǎn)變形數(shù)據(jù)

通過對比可直觀發(fā)現(xiàn)，采用細(xì)石混凝土填充鋼圍檁與地下連續(xù)墻間隙的方法，支撐所在土層從開挖到整層結(jié)束，P20點(diǎn)圍護(hù)側(cè)向位移增加7.7 mm，且前5 d位移增長明顯，為5.5 mm。

采用高強(qiáng)度灌漿料填充方法，整層土方開挖完成后，P20點(diǎn)圍護(hù)側(cè)向位移增加2.1 mm?？梢哉f明，采用高強(qiáng)度灌漿料對于基坑變形的控制效果明顯優(yōu)于細(xì)石混凝土的 填充[10-12]。

3 結(jié)語

1）高強(qiáng)度灌漿料填充后強(qiáng)度發(fā)展迅速且強(qiáng)度高。填充料12～15 h的強(qiáng)度可以達(dá)到約10 MPa，24 h的強(qiáng)度可以達(dá)到20～30 MPa，32 h的強(qiáng)度達(dá)到48 MPa，填充料強(qiáng)度在短時(shí)間內(nèi)即可完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2）高強(qiáng)度灌漿料填充密實(shí)度高。普通細(xì)石混凝土縫隙填充率普遍為30%～50%，本工法高強(qiáng)灌漿料的流動性很強(qiáng)，骨料粒徑均小于5 mm，縫隙填充率達(dá)100%，很好地確保了圍檁后縫隙填充致密。

3）采用高強(qiáng)灌漿料替代普通細(xì)石混凝土更有利于減小基坑變形。采用高強(qiáng)度灌漿料填充圍檁與地下連續(xù)墻的縫隙，填充料可以快速達(dá)到強(qiáng)度，且填充密實(shí)，很好地減小了圍檁與地下連續(xù)墻間縫隙壓縮導(dǎo)致的地下連續(xù)墻位移。