單排前撐式注漿鋼管+SMW工法基坑支護(hù)技術(shù)在軟土地質(zhì)中的應(yīng)用

DONG Jiwei

1 工程概況

1.1 基坑概況

某住宅小區(qū)地下車庫占地面積約17 000 m2,邊長162 m×105 m，底板底標(biāo)高-6 m，平均開挖深度5.4 m，承臺開挖深度5.7 m，電梯井開挖深度7.3 m。其東側(cè)為單層廠房，距基坑最小距離約8 m；西側(cè)為住宅區(qū)，磚混結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)埋深約-2 m，距基坑最小距離9 m；南側(cè)為市政道路，市政管線距基坑19 m；北側(cè)為河道，距基坑20 m。

1.2 地質(zhì)概況

本工程位于長江入海口前緣，屬于濱海軟土土質(zhì)（表1）。基坑安全等級為三級，西側(cè)住宅區(qū)域為二級，環(huán)境保護(hù)等級為三級［1］。

表1 地質(zhì)勘探情況

2 基坑支護(hù)概況

2.1 支護(hù)設(shè)計方案

基坑?xùn)|、西兩側(cè)長邊采用前撐式注漿鋼管+SMW工法，南、北兩側(cè)短邊采用水泥攪拌樁重力擋墻支護(hù)，局部坑中坑側(cè)壁采用φ700@500雙軸攪拌樁加固，坑底采用壓密注漿封底；基坑內(nèi)采用輕型井點(diǎn)降水，降水深度在開挖面以下1.0 m（圖1）。

2.2 支護(hù)設(shè)計參數(shù)

SMW工法采用φ850@600三軸攪拌樁，內(nèi)插H700×300×13×24型鋼，樁長13.00 m，樁頂標(biāo)高-1.00 m，型鋼樁頂標(biāo)高-0.50 m。冠梁截面為1.2 m×0.8 m，混凝土強(qiáng)度C35。攪拌樁水泥采用P.O 42.5，水泥摻量20%，即360 kg/m3,水灰比取1.5～2。型鋼的插入方式采用“隔一插一”，個別區(qū)段密插。

前撐式注漿鋼管桿體采用φ325×8鋼管，長24 m，插入水平傾角45°，間距2.4～4.8 m不等，單管水泥用量不少于5 t。注漿漿液采用P.O 42.5普硅水泥，水灰比為0.55。鋼管頂部固定在冠梁上，底端封閉插入土體，并布置梅花形出漿孔，孔徑6～8 mm。支護(hù)剖面圖見圖2。

圖1 基坑支護(hù)平面圖

角部水平支撐采用φ609×16雙拼鋼管，立柱采用18 m長H400×400×13×21型鋼，支撐中心標(biāo)高-1.40 m（圖3）。

2.3 基坑施工流程

基坑施工流程為：SMW工法樁→重力式擋墻→前撐注漿鋼管→冠梁→水平角撐施工→坑中坑圍護(hù)→井點(diǎn)降水→土方開挖→配筋墊層→底板澆筑及換撐→鋼管割除→地下結(jié)構(gòu)施工。

3 前撐式注漿鋼管施工控制要點(diǎn)

3.1 施工順序

前撐式注漿鋼管施工順序依次為：定位放線→挖工作溝槽→振入鋼管→灌注水泥漿→補(bǔ)漿→鋼管與冠梁連接→角部支撐安裝。

3.2 插管及角度控制

圖2 支護(hù)剖面圖

圖3 角部水平支撐示意圖

采用振動機(jī)械手將鋼管振入設(shè)計深度，注意鋼管振入前應(yīng)清除孔內(nèi)虛土。下管初期，控制好機(jī)械手角度，先將鋼管壓入一定深度，待樁身角度正確并穩(wěn)固，繼續(xù)振動插管到位。

3.3 注漿

采用分段+約束式注漿工藝由下而上分3次進(jìn)行注漿：第一次注漿量為設(shè)計注漿量的60%，第二、三次注漿量為設(shè)計注漿量的20%，每次注漿時間間隔1.0～1.5 h，注漿流量控制在20～40 L/min，以最終注漿壓力1.5～2 MPa或單根樁水泥用量不小于5 t作為完成的標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 靜載試驗

選取2根注漿鋼管做靜載試驗，變形按總沉降量30 mm控制，極限加載量按600 kN控制。

3.5 基坑開挖要點(diǎn)

前撐注漿鋼管區(qū)域設(shè)計有6 m寬、200 mm厚的配筋墊層，內(nèi)配HRB335φ10@200×200雙層雙向鋼筋網(wǎng)片。該區(qū)域采用“島式跳倉”方式開挖，即從坑壁向內(nèi)開挖，先挖除配筋墊層區(qū)域的土方，再進(jìn)行分塊跳倉澆筑，且跳倉分段長度為10～20 m，以避免支護(hù)結(jié)構(gòu)暴露區(qū)段過長導(dǎo)致變形過大。

3.6 底板澆筑及換撐

在底板與圍護(hù)墻體之間澆筑與底板同厚的素混凝土傳力帶。底板及傳力帶養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度80%以后，方可割除前撐式注漿鋼管（圖4）。

4 工藝優(yōu)勢

與鋼筋混凝土（或鋼管）水平支撐+SMW工法支護(hù)技術(shù)相比，單排前撐式注漿鋼管+SMW工法支護(hù)技術(shù)在地下6 m以內(nèi)的軟土地質(zhì)中，具有降本、增效、安全、環(huán)保等明顯優(yōu)勢，具體體現(xiàn)在：①支護(hù)排樁與內(nèi)支撐可同時施工；②挖土、運(yùn)土作業(yè)空間基本無阻礙，可鋪開工作面進(jìn)行多點(diǎn)作業(yè)；③避免了水平撐養(yǎng)護(hù)和拆除工況，開挖及地下結(jié)構(gòu)可連續(xù)施工；④前撐式注漿鋼管材料用量少，換撐后可割除部分回收使用；⑤根據(jù)現(xiàn)場工況特點(diǎn)，可選擇多種支撐形式。

圖4 配筋墊層及素混凝土傳力帶示意圖

5 支護(hù)實(shí)施效果及問題

基坑監(jiān)測結(jié)果顯示，在基坑開挖及地下車庫施工中，支護(hù)結(jié)構(gòu)的最大位移與周邊土體沉降均在警戒值以內(nèi)，周邊道路、建筑、市政管線均未受基坑施工影響，支護(hù)效果安全可靠。

但是，此工藝仍存在一定問題：①與有立柱的內(nèi)支撐一樣，前撐式注漿鋼管在穿過地下室底板與外墻處，存在滲漏水隱患；②注漿鋼管可能與地下結(jié)構(gòu)特殊部位（如承臺、坑洞、埋管等）或工程樁的定位發(fā)生碰撞。

要解決以上矛盾，首先應(yīng)充分熟悉主體工程圖紙，并通過BIM技術(shù)找到碰撞信息，在基坑支護(hù)設(shè)計時，提前優(yōu)化支撐形式及調(diào)整前撐位置予以解決；其次，通過優(yōu)化施工方案合理分段，在結(jié)構(gòu)施工前，盡可能拆除注漿鋼管。

6 結(jié)語

通過前撐式注漿鋼管支撐技術(shù)，本工程節(jié)約工期45 d，降低支護(hù)造價約20%，降噪降塵環(huán)保效果良好。與重力擋墻、排樁+鋼筋混凝土（或鋼管）水平支撐相比，對于挖深6 m以內(nèi)的軟土基坑，面積越大，本技術(shù)優(yōu)勢越明顯；但若基坑深度加深，則需增加注漿鋼管長度或數(shù)量，經(jīng)濟(jì)性降低。