圍護體系結合前撐注漿鋼管樁施工監(jiān)測技術研究

吳煒程 陸朝君

上海建工七建集團有限公司 上海 200050

隨著城市建設和地下工程的發(fā)展，基坑支護體系與周邊環(huán)境的適應性要求越來越高，選擇安全合理的支護體系是確?；影踩珜嵤┑闹匾蛩豙1-3]?；诖?，本文介紹了圍護體系結合坑內前撐注漿鋼管樁施工技術，并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行了分析。圍護體系結合坑內前撐注漿鋼管樁的應用大大提高了基坑圍護的承載能力、變形控制能力和施工效率，尤其適用于場地周邊環(huán)境受限的情況，具備綠色、高效、環(huán)保及節(jié)約造價等優(yōu)點。

1 工程概況

S11地塊住宅項目位于上海市浦東新區(qū)碧云國際社區(qū)的中部，北靠碧云路，南至明月路，西鄰白樺路，東到云山路。

本工程主要包括6棟中高層住宅、32棟多層住宅、6棟商業(yè)、門衛(wèi)、PT站及整體地下車庫等。本工程占地面積125 519.70 m2，總建筑面積為196 419.83 m2，地上建筑面積100 628.14 m2，地下建筑面積95 791.69 m2。

本工程地下1層，基坑開挖深度5.65～5.75 m，基坑中部局部落深0.40～5.75 m；土方開挖面積超大，達到116 500 m2，基坑周長1 390 m?；影踩燃壢墸h(huán)境保護等級三級，工程基坑支護的設計使用年限為2年。

2 基坑圍護體系概況

2.1 三軸攪拌樁內插預制板樁

項目基坑圍護結構采用φ1 000 mm@1 500 mm的三軸攪拌樁內插有效樁長分別為13.5、16.5m的750 mm 300 mm@1 125 mm預制板樁（插二跳一），起到擋土和止水的作用。

2.2 圍檁和支撐

本工程沿基坑四周通長設置1道截面尺寸1 300 mm 700 mm的圈梁圍檁，基坑角部局部設置截面尺寸為700 mm 700 mm的鋼筋混凝土支撐，與預制板樁共同受力作用。

2.3 前撐注漿鋼管樁

本工程在基坑內設置φ325 mm 8 mm前撐注漿鋼管斜拋撐，平面間距不大于5 m，鋼管下端錨入土體，上端與圍護圈梁斜向錨固，并與三軸攪拌樁內插預制板樁形成完整的支護體系（圖1）。

鋼管斜撐入土傾角為50°左右，鋼管在插入土體后分段注漿，分段長度不大于3 m，漿液采用P·O 42.5水泥，水灰比0.5～0.6，單管總注漿量不小于5 t。

圖1 圍護體系剖面效果

2.4 坑內加固

本工程在基坑內設置坑內加固，加固采用2φ700 mm@1 000 mm雙軸攪拌樁，其中基坑周邊被動區(qū)土體加固深度為坑底以下4 m，水泥摻量為13%，坑內局部深坑加固水泥摻量為13%。

3 基坑監(jiān)測技術研究

3.1 基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

本工程基坑靠近東側云山路部分有規(guī)劃的軌道交通線路，軌道交通線路盾構施工工期緊接在本工程基坑施工開工之后。為保證施工進度，本工程基坑靠近云山路部分，在地鐵盾構抵達前，需完成全部的上部結構。所以基坑東側需要先行開挖?；邮┕ぐ唇涍^專家評審的設計和施工方案分塊跳倉施工，每次開挖長度不大于30 m。施工過程中測得基坑變形值較大，測斜的最大變形累計值基本在80～100 mm。

前期根據(jù)圍護設計圖紙，前撐注漿鋼管樁采取鋼管外注漿的形式，未采用囊袋包裹。土方開挖和地下結構施工過程中部分典型點位測斜的監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計結果如圖2所示。

圖2 部分點位的累計偏移量-深度曲線

取典型點位CX9的監(jiān)測值作為分析案例，9月22日土方開挖開始監(jiān)測，9月22日—10月2日的監(jiān)測頻率是每天2次，10月3日—11月24日的監(jiān)測頻率是每天1次，11月27日—次年1月23日的監(jiān)測頻率改為三天1次。實際變形監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖3所示。

由圖3可知，基坑在開挖過程中變形突變，待墊層和底板澆筑完成后，基坑變形趨于平穩(wěn)，但隨著基坑暴露時間的增加，累計變形仍在逐漸增大，后續(xù)增幅為20 mm左右，基坑變形超過設計報警值。

圖3 測斜CX9隨時間變形值

3.2 基坑監(jiān)測情況分析和圍護體系優(yōu)化

首先，基坑開挖是一個卸載過程，開挖面以下土層的卸載會引起土體抵抗變形能力的下降。其次，在施工過程中，不可避免地會對土體造成擾動，尤其對靈敏度較大的土層，施工擾動會使其強度和承載力發(fā)生較大變化。

此外，軟土一般具有流變性，基坑施工過程往往會持續(xù)較長的時間，土體的流變性很大程度上增大了圍護體的變形。

針對基坑變形大的實際情況，協(xié)同圍護設計進行研究，主要原因分析如下：前撐式注漿鋼管的軸力達不到要求，設計鋼管支撐力較??；基坑外水位過高，部分素填土不均勻，導致坑外水土壓力過大。所以需對圍護結構進行深化改良，以保證圍護結構穩(wěn)定，從而確保白樺路一側重要電纜及煤氣管線的安全。

為此，創(chuàng)新設計了鋼管外包囊袋的結構形式，以提升圍護前撐注漿鋼管的承載力，現(xiàn)場結合試驗驗證了其加固效果。原設計樁外注漿的前撐鋼管樁承載力設計值為600 kN，根據(jù)計算現(xiàn)外包囊袋的前撐注漿鋼管樁承載力設計值達到1 100 kN。

3.3 圍護體系優(yōu)化后的基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計

通過以上分析，后期靠近白樺路一側前撐注漿鋼管樁采用雙囊袋包裹注漿，開挖工況遵循原設計方案，每次開挖長度不大于30 m。選擇典型點位CX17-1、CX25、CX26、CX26-1、CX26-2作為基坑變形的監(jiān)測點數(shù)據(jù)分析對象，土方開挖和地下結構施工過程中的相關監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖4所示。

圖4 CX17-1～CX26-2的累計偏移量-深度曲線

基坑變形處于設計允許的40 mm范圍內，土方開挖過程中測斜變形基本在15 mm，后期變形可控?；油饷簹夤芫€變形在6 mm左右，處于設計允許的10 mm范圍內。

4 基坑監(jiān)測反分析

針對本工程不同施工階段的監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用同濟大學啟明星軟件FRWS7，將實際監(jiān)測成果輸入啟明星的反分析軟件中，按照相關規(guī)范要求以及地勘報告的數(shù)據(jù)限制了土體m值的變化范圍，最終得到表1所示成果（典型點位實測值和反分析結果基本吻合）。

表1 m值變化范圍

測點CX25的水平位移如圖5所示。

圖5 測斜CX25的累計偏移量-深度曲線（反分析）

測點CX26的水平位移如圖6所示。

圖6 測斜CX26的累計偏移量-深度曲線（反分析）

5 前撐注漿鋼管樁結合囊袋施工技術

針對注漿工藝優(yōu)化分段注漿的方法，采用特殊的囊袋注漿工藝，其主要內容如下：注漿工具（圖7）兩端采用不低于一定長度的空心橡膠圓柱體，內部可以充氣并在2個空心橡膠圓柱體內分別設置1根氣管，外部分別連接1個氣泵供其充放氣使用，從而保證橡膠能緊貼鋼管壁，中間注漿管（外界注漿設備）漿液由注漿管內擴散至鋼管外側土體中（囊袋內），形成加強型摩擦樁受力體系及擴孔樁受力體系。

圖7 注漿工具示意

使用鋼管囊袋（圖8），其囊袋綁扎至鋼管外側并用抱箍固定，抱箍間距略大于兩氣囊間注漿管間距。鋼管樁身注漿完成后，內填滿20～40 mm級配碎石，并用純水泥漿液灌滿，成樁完成。石子的粒徑必須滿足設計要求，且以不夾雜有機物質和泥土為宜。

圖8 鋼管囊袋示意

6 結語

通過對監(jiān)測內容進行詳細的分析，結合現(xiàn)場實施相互補充、相互驗證，及時糾正了施工中所出現(xiàn)的問題，減少了不必要的損失。

針對軟土地區(qū)較為復雜的地質情況，監(jiān)測工作是非常重要和不可或缺的，本工程所取得的成果資料，可供今后同類基坑工程項目借鑒。