前置注漿鋼管斜拋撐技術(shù)在軟土深基坑工程中應(yīng)用實(shí)踐

劉?h

摘要：隨著城市開發(fā)進(jìn)程不斷的深入，新工程周邊的環(huán)境愈加復(fù)雜，地下建設(shè)階段周邊環(huán)境保護(hù)的需求和技術(shù)難度越來(lái)越大。當(dāng)今房地產(chǎn)開發(fā)企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越側(cè)重于技術(shù)實(shí)力方面，優(yōu)秀的設(shè)計(jì)選型和現(xiàn)場(chǎng)組織管理，將會(huì)較大降低項(xiàng)目開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)、提高項(xiàng)目品質(zhì)及開發(fā)周期競(jìng)爭(zhēng)力。本文重點(diǎn)闡述在軟土深基坑工程中，選用前置注漿鋼管斜拋撐新型支護(hù)結(jié)構(gòu)，并采用約束式鋼管側(cè)注漿工藝，通過(guò)真實(shí)案例全過(guò)程實(shí)踐中的利弊點(diǎn)分析，為今后其他工程選用此工藝時(shí)提供參考。

關(guān)鍵詞：前置注漿鋼管;斜拋撐;軟土深基坑;約束式注漿

1 工程概況

工程位于上海市閔行區(qū)，本文論述依據(jù)為其分期開發(fā)的一期工程，基坑開挖面積25000㎡，基坑周長(zhǎng)約680m，基坑開挖深度9.70m。

基坑?xùn)|、南兩側(cè)距紅線約4m，并緊鄰超高壓塔及河流，環(huán)境保護(hù)要求高，該基坑兩側(cè)圍護(hù)體系采用雙排鉆孔灌注樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)結(jié)合三軸攪拌樁止水+注漿鋼管斜撐體系（角部二道砼支撐）。西、北兩側(cè)連接同一項(xiàng)目分期開發(fā)其他期段地下室，該基坑兩側(cè)采用三軸攪拌樁止水+放坡（鋼筋砼護(hù)坡）形式。見平面示意圖一。

2 前置注漿鋼管斜拋撐工藝簡(jiǎn)介

鉆孔灌注樁、三軸攪拌樁圍護(hù)施工→坑內(nèi)雙軸土體加固→上道工序完成7日內(nèi)開始鋼管入土點(diǎn)溝槽開挖→控制點(diǎn)、控制線測(cè)量→鋼管打入設(shè)計(jì)標(biāo)高→圖二所示三只鋼管側(cè)的囊袋內(nèi)分別注入水泥漿→鋼管內(nèi)灌滿水泥漿及級(jí)配碎石→鋼管上端連接的鋼筋混凝土圍檁施工→土方開挖→坑邊9m配筋墊層施工→基礎(chǔ)底板及素砼傳力帶施工→地下二層結(jié)構(gòu)中層板及傳力板帶施工→前置注漿鋼管割除→底板洞封堵。剖面構(gòu)造見圖二。

3 前置注漿鋼管斜拋撐工藝優(yōu)勢(shì)

相比傳統(tǒng)的支撐體系，在施工工期、成本造價(jià)、控制基坑變形、拆除時(shí)噪音污染及環(huán)境保護(hù)等眾多方面均有明顯的優(yōu)勢(shì)。

3.1 可大幅縮短施工工期

針對(duì)本項(xiàng)目實(shí)際特點(diǎn)，相比較傳統(tǒng)的鋼筋砼水平支撐結(jié)構(gòu)，地下結(jié)構(gòu)施工工期計(jì)劃見圖三。對(duì)比后明顯可見：采用前置注漿鋼管斜拋撐結(jié)構(gòu)對(duì)該工程地下施工階段可節(jié)約112天工期，節(jié)約地下施工階段工期比例為35%。

3.1.1 傳統(tǒng)水平支撐系統(tǒng)需設(shè)置上下兩道。土方開挖至第二道支撐標(biāo)高后，需施工完成全部第二道水平支撐，并待其整體達(dá)到設(shè)計(jì)養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度，方可進(jìn)行下一層土方開挖。

而前置注漿鋼管斜拋撐工藝在基坑土方開挖前一次施工完成，直接可按島式、傳統(tǒng)的分層分段開挖的方式施工即可，大大縮短土方開挖工期。

3.1.2 傳統(tǒng)水平支撐需全部地下室底板及傳力帶完成后，方可拆除第二道支撐;全部中層板及傳力帶完成后方可第一道支撐拆除。

而前置注漿鋼管斜拋撐工藝在某區(qū)段中層板及傳力帶完成后即可拆除該區(qū)段斜拋撐，隨即施工地下一層結(jié)構(gòu)及地上結(jié)構(gòu)，對(duì)分段組織流水施工、合理的工序穿插提供了良好的基礎(chǔ)條件，大幅加快了地下、地上主體結(jié)構(gòu)施工進(jìn)度。

3.2 節(jié)約成本造價(jià)

針對(duì)本工程來(lái)說(shuō)，若采用傳統(tǒng)兩道鋼筋砼水平支撐結(jié)構(gòu)：需要形成整體封閉圍檁及對(duì)撐，而西側(cè)及北側(cè)本可放坡工藝的部分，則需修改為三軸攪拌樁止水+鉆孔灌注樁圍護(hù)，基坑中需設(shè)置立柱樁及格構(gòu)柱，示意圖如圖四。

針對(duì)本工程實(shí)際工況，綜合考慮兩支撐體系結(jié)構(gòu)的施工及后續(xù)拆除成本，概算結(jié)果為：前置注漿鋼管斜拋撐工藝可在地下圍護(hù)施工中直接造價(jià)降低20.85%（詳見表一）。

3.3 基坑圍護(hù)整體變形量較小

根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，選取代表性的12#斜拋撐，在對(duì)應(yīng)區(qū)域地下結(jié)構(gòu)施工期間，統(tǒng)計(jì)注漿鋼管的軸力變化及對(duì)應(yīng)位置圍檁沉降、水平位移數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)走勢(shì)圖見圖五。可見其對(duì)應(yīng)位置圍檁水平最大水平位移為32mm，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)報(bào)警值50mm。而對(duì)應(yīng)位置頂部最大向下沉降量?jī)H為3.9mm，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)報(bào)警值40mm。

3.4 采用約束式注漿工藝確保了斜鋼管側(cè)注漿質(zhì)量

如圖二所示，注漿鋼管在坑底以下預(yù)設(shè)包裹有三只約束體，底部?jī)芍蛔饔脼樽⑷胨疂{后形成靠近樁端的擴(kuò)大頭，直接提高承載力，上端一只囊袋主要起桿件穩(wěn)定作用。通過(guò)在斜鋼管加工階段卡箍固定在設(shè)計(jì)位置的囊袋輔助實(shí)現(xiàn)，囊袋材料具有強(qiáng)度高和一定程度防溢漿的特性。

在鋼管打入土體設(shè)計(jì)標(biāo)高后，將通過(guò)鋼管側(cè)壁具有止回功能的預(yù)留孔，分段向三囊袋內(nèi)注漿。

該約束式注漿工藝有效確保了水泥漿在設(shè)計(jì)深度的鋼管外側(cè)均勻分布，約束囊袋脹開后對(duì)周圍土體進(jìn)行擠壓，同時(shí)會(huì)有部分水泥漿外滲至土體，形成擴(kuò)大體，大大提高斜鋼管軸向承載力。

約束式注漿工藝確保了每根斜鋼管外側(cè)注水泥漿時(shí)不冒漿、不串漿，保證了每根斜鋼管側(cè)注漿的質(zhì)量穩(wěn)定性，實(shí)際單樁承載力檢測(cè)甚至超過(guò)設(shè)計(jì)預(yù)期的抗壓承載能力，單樁靜載試驗(yàn)Q-S曲線見圖六。

3.5 對(duì)于某區(qū)域單體先行施工提供了條件

3.5.1 在本工程前期銷售規(guī)劃時(shí)，已擬定19#單體為銷售展示樣板樓，已設(shè)定為里程碑節(jié)點(diǎn)工期目標(biāo)。

3.5.2 因開發(fā)面積較大，單體較多，預(yù)售證需分區(qū)域領(lǐng)取，某片區(qū)多棟單體的主體結(jié)構(gòu)需在銷售計(jì)劃目標(biāo)時(shí)間內(nèi)完成，滿足申領(lǐng)預(yù)售許可證的條件。

上述兩種情況無(wú)論在本工程還是其他工程，均比較普遍。而采用此斜拋撐工藝后，只要滿足整體圍護(hù)施工完成封閉且養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，即可按照島式開挖、分層分段開挖的要求，分區(qū)域先行完成目標(biāo)任務(wù)較重區(qū)段的地下室，依據(jù)條件分段割除該區(qū)域鋼管斜支撐，隨即開始施工地上結(jié)構(gòu)。無(wú)需類似鋼筋砼水平支撐要求的地下中層板及傳力板帶全部完成后方可一次性拆除全部水平支撐的條件限制。

4 工程實(shí)踐中顯露的工藝弊端

在項(xiàng)目實(shí)踐中也顯露出了該工藝的一些不足之處，集中表現(xiàn)在：斜拋撐打入時(shí)易遇到地下障礙物或工程樁、地下二層柱或梁施工與斜鋼管沖突、鋼管打入時(shí)噪聲及振動(dòng)污染較大等問(wèn)題。

盡管這些問(wèn)題在施工過(guò)程中均得到了逐個(gè)解決落實(shí)或補(bǔ)救，但在此羅列以便于其他類似項(xiàng)目應(yīng)用參考。

4.1 斜拋撐打入土體施工時(shí)易遇障礙物

根據(jù)工程實(shí)踐來(lái)看，主要有以下幾個(gè)方面造成的：

4.1.1 本項(xiàng)目為舊廠房改造項(xiàng)目，原有老樁及地下構(gòu)筑物未清除徹底的情況比較普遍。

4.1.2 地塊外輪廓不規(guī)則，地下室主軸線與圍護(hù)軸線不平行，造成了斜鋼管穿過(guò)承臺(tái)群樁時(shí)與工程樁的設(shè)計(jì)間距較小，造成即使正常的施工角度誤差，也較大概率地在施工時(shí)遇到工程樁。

4.1.3 坑邊加固及坑底加固的水泥土攪拌樁形成一定強(qiáng)度后，形成障礙物。

4.1.4 按設(shè)計(jì)要求，斜拋撐的末端需打入⑤2-2粉砂層，粉砂土層存在一定程度的不均勻性，也造成部分斜拋撐施工時(shí)無(wú)法將設(shè)計(jì)長(zhǎng)度全部打入。

4.2 斜拋撐與地下二層柱或中層梁沖突

因斜拋撐設(shè)計(jì)間距在3.6米左右，在考慮群樁避讓等因素后，不可避免的會(huì)出現(xiàn)斜拋撐與地下二層柱或中層梁沖突。此類問(wèn)題在配筋墊層達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度或底板及傳力帶達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，經(jīng)設(shè)計(jì)師核算確認(rèn)，可采取將影響斜拋撐割除或相沖突次梁二次澆注等措施。

4.3 打入鋼管時(shí)噪聲及振動(dòng)污染較大

斜鋼管打入土體時(shí)采用履帶式液壓挖土機(jī)換裝專用打樁夾具（機(jī)械手），液壓并配合振動(dòng)打入。樁端進(jìn)入一定土層后即需要較大振動(dòng)貫力，此時(shí)振動(dòng)及噪聲污染較大。

4.4 針對(duì)此工藝專業(yè)的規(guī)范不夠完善

針對(duì)此工藝的規(guī)范不夠完善，專業(yè)設(shè)計(jì)、施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)尚且只有團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別。而且此工藝在類似深基坑的可參考案例較少。本工程能最終采用此工藝，很大程度上尚取決于項(xiàng)目開發(fā)團(tuán)隊(duì)的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析和決策能力。

5 優(yōu)化建議

5.1 約束體以上部分的注漿鋼管采用可回收的格構(gòu)柱形式代替，有效提高圍護(hù)支撐的可回收率，減少建筑垃圾的產(chǎn)生。

5.2 對(duì)相關(guān)區(qū)域的地下障礙物進(jìn)行全面物探，并采用BIM技術(shù)綜合主體結(jié)構(gòu)、地質(zhì)勘察成果、工程樁及已探明的地障定位等整體建模設(shè)計(jì)，從設(shè)計(jì)階段避免遇到?jīng)_突的問(wèn)題。

5.3 采用引孔工藝，成孔一定深度后再液壓振動(dòng)插入鋼管，以降低斜拋撐施工的傾角誤差。

6 結(jié)語(yǔ)

本工程采用此工藝取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，經(jīng)濟(jì)上取得了施工成本的降低并順利完成了各項(xiàng)營(yíng)銷相關(guān)的里程碑工期目標(biāo)，而基坑變形量小、對(duì)周邊環(huán)境影響微弱以及在圍護(hù)工程中混凝土用量的減少創(chuàng)造了良好的社會(huì)效益。

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