圍護(hù)體系結(jié)合坑內(nèi)前撐注漿鋼管樁施工技術(shù)

芮 揚(yáng)

上海建工七建集團(tuán)有限公司 上海 200050

注漿鋼管斜拋撐是新型內(nèi)支撐體系，施工方便，原材料工廠可預(yù)制化，施工中通過(guò)圈梁將注漿鋼管與圍護(hù)樁體結(jié)合成整體，受力性能較好，易于控制基坑變形[1-4]。結(jié)合工程實(shí)踐中監(jiān)測(cè)反饋的信息，對(duì)注漿工藝進(jìn)行改進(jìn)，應(yīng)用雙囊袋分階段遞進(jìn)式注漿的創(chuàng)新技術(shù)，相較于常規(guī)的鉆孔灌注樁排樁圍護(hù)體系，其施工速度快，對(duì)環(huán)境污染小，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)明顯；相較于型鋼水泥土攪拌墻，對(duì)基坑變形的控制能力更強(qiáng)，在大面積軟土深基坑施工中適用性好，能一定程度減少圍護(hù)施工成本。

1 工程概況

某住宅項(xiàng)目位于上海市浦東新區(qū)，包括6棟高層住宅、32棟多層住宅和整體地下車庫(kù)等?？偨ㄖ娣e為19.6萬(wàn) m2，地上建筑面積約10萬(wàn) m2，地下建筑面積9.6萬(wàn) m2。

項(xiàng)目基坑面積約11萬(wàn) m2，挖深達(dá)到5.75 m，為整體地下1層地下室。基坑支護(hù)體系采用三軸攪拌樁內(nèi)插預(yù)制板樁形式，基坑四周采用鋼筋混凝土圈梁圍檁，圈梁、角撐和預(yù)制板樁組成受力整體。同時(shí)，在基坑內(nèi)設(shè)置φ325 mm×8 mm前撐注漿鋼管斜撐，間距小于5 m，鋼管下部插入坑內(nèi)土體中，上部錨入鋼筋混凝土圈梁，與三軸攪拌樁內(nèi)插預(yù)制板樁形成完整的支護(hù)體系（圖1）。由于本工程2.5倍基坑開(kāi)挖深度范圍內(nèi)以粉性土為主，滲透系數(shù)大，透水性好，在動(dòng)水條件下易產(chǎn)生流砂、管涌等現(xiàn)象。第③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土為淤泥質(zhì)土，土質(zhì)較為軟弱，具有較明顯的觸變及流變特性，受擾動(dòng)土體強(qiáng)度極易降低。

圖1 圍護(hù)體系實(shí)景

2 三軸攪拌樁內(nèi)插預(yù)制板樁工藝簡(jiǎn)介

在軟土地區(qū)基坑中使用較多的SMW工法樁，可重復(fù)利用，在一般小面積基坑施工中施工便捷、經(jīng)濟(jì)性適用較高，但其變形較大，對(duì)于環(huán)境要求等級(jí)較高的區(qū)域，適用效果不佳。

綜合考慮施工工期、經(jīng)濟(jì)性及基坑環(huán)境保護(hù)要求等，預(yù)制混凝土板樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)剛度大，預(yù)制質(zhì)量控制容易，經(jīng)濟(jì)性好。使用預(yù)制鋼筋混凝土板樁水泥土攪拌墻技術(shù)能很好地解決SMW工法樁的相關(guān)問(wèn)題。采用預(yù)制鋼筋混凝土板樁水泥土攪拌墻圍護(hù)體系，其擋土與止水一體化施工，先行施工攪拌樁，后在水泥土攪拌墻內(nèi)插設(shè)預(yù)制鋼筋混凝土板樁，并根據(jù)不同環(huán)境條件選擇預(yù)制鋼筋混凝土板樁插設(shè)施工方法（靜壓邊樁機(jī)、履帶吊配合定位架）。

3 前撐注漿鋼管樁的特點(diǎn)及適用性分析

3.1 特點(diǎn)

1）注漿鋼管工廠化加工，構(gòu)件質(zhì)量易于控制，能有效減少對(duì)環(huán)境的影響。

2）注漿鋼管長(zhǎng)度可根據(jù)基坑開(kāi)挖深度、環(huán)境條件等因素選擇。

3）機(jī)械化施工，對(duì)環(huán)境的污染較小，且能縮減大量施工工期，施工過(guò)程中無(wú)噪聲污染，產(chǎn)生的攪拌樁置換土可在硬化后作為施工便道基層，一定程度上減少了泥漿外運(yùn)等措施費(fèi)用。

4）有效突破基坑場(chǎng)地的限制，對(duì)場(chǎng)地條件適應(yīng)性好，施工操作簡(jiǎn)單。

5）根據(jù)基坑環(huán)境增加雙囊袋，大大提高了鋼管剛度，減小了基坑變形。

3.2 適應(yīng)性分析

本施工技術(shù)適用于基坑深度不超過(guò)7 m，特別是相對(duì)環(huán)境保護(hù)要求高、場(chǎng)地有局限性的基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)、施工。

4 施工工藝及操作要點(diǎn)分析

4.1 施工工藝原理

采用圍護(hù)體系結(jié)合坑內(nèi)前撐注漿鋼管圍護(hù)體系進(jìn)行機(jī)械化施工，先行施工圍護(hù)樁，圍護(hù)樁施工完成后利用振動(dòng)錘施工注漿鋼管，注漿泵進(jìn)行漿液注漿，根據(jù)不同環(huán)境條件調(diào)整注漿鋼管的角度，一般控制在45°～60°，對(duì)于軟土地基區(qū)域，注漿鋼管增設(shè)囊袋注漿工藝。注漿鋼管施工完成后進(jìn)行圍護(hù)圈梁施工，圍護(hù)支撐強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%以上后進(jìn)行土方開(kāi)挖。注漿鋼管支撐區(qū)域采用島式挖土，先挖除坑邊寬8 m范圍的土方，待配筋墊層形成并達(dá)到養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度后，再挖除中部土方，基礎(chǔ)底板及相應(yīng)區(qū)域換撐完成且達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拆除支撐，進(jìn)行結(jié)構(gòu)施工。

4.2 施工工藝流程

場(chǎng)地平整→圍護(hù)樁施工→溝槽開(kāi)挖→樁位測(cè)放→鋼管管體加工→鋼管打設(shè)→鋼管注漿→碎石填充→灌漿→圈梁施工→土方開(kāi)挖→配筋墊層施工→底板及換撐施工→注漿鋼管拆除、地下室結(jié)構(gòu)施工

4.3 施工技術(shù)控制要點(diǎn)

1）注漿鋼管材料的下料長(zhǎng)度允許偏差為50 mm，使用前應(yīng)清除油污、銹斑。鋼管宜采用套管焊接，套管長(zhǎng)度不應(yīng)小于0.5倍樁徑，型鋼或鋼構(gòu)件宜采用鋼板、角鋼等焊接，如臨空段焊接接頭，連接套管的長(zhǎng)度應(yīng)加長(zhǎng)1倍樁徑。

2）鋼管注漿自下而上分點(diǎn)分段進(jìn)行，注漿鋼管坑底段分段注漿，分段間距不大于3.0 m，梅花形布置，注漿孔直徑8～10 mm，每個(gè)孔外設(shè)置倒刺，倒刺采用10 mm×10 mm×3 mm角鋼，長(zhǎng)15 mm，與鋼管滿焊連接，焊縫尺寸3 mm，同時(shí)輔助其他封閉措施，確保出漿孔的有效性。

3）注漿宜采用普通硅酸鹽水泥，水泥應(yīng)新鮮無(wú)結(jié)塊，注漿漿液應(yīng)攪拌均勻，隨攪隨用，并在初凝前用完；注漿時(shí)通過(guò)注漿泵加壓，低速注入，流量不宜超過(guò)40 L/min，在砂性土、粉土中壓力應(yīng)不超過(guò)2 MPa，在黏性土中壓力應(yīng)不超過(guò)1 MPa。注漿漿液水灰比0.5～0.6，單根樁水泥用量按照設(shè)計(jì)值進(jìn)行施工，注漿完成后鋼管內(nèi)填滿20～40 mm級(jí)配碎石，并用純水泥漿液灌滿。

4）注漿鋼管施工完成且養(yǎng)護(hù)后，應(yīng)委托有資質(zhì)的單位進(jìn)行鋼管注漿樁靜載荷試驗(yàn)，確定單樁承載力。

5）支撐強(qiáng)度須達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%方可開(kāi)挖，土方開(kāi)挖應(yīng)遵循先撐后挖、限時(shí)支撐、嚴(yán)禁超挖的原則，無(wú)支撐暴露時(shí)間控制在8 h之內(nèi)，無(wú)支撐暴露長(zhǎng)度不大于30 m。開(kāi)挖應(yīng)按照分層、分段、分塊、平衡、限時(shí)的方法確定順序，基坑分層開(kāi)挖厚度不應(yīng)大于4 m，臨時(shí)邊坡坡度不大于1∶1.5（暗浜區(qū)域臨時(shí)邊坡坡度不大于1∶2.0）。

6）土方開(kāi)挖采用島式挖土，先挖除坑邊8 m土方，待配筋墊層形成并達(dá)到養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度后再挖除中部土方。配筋墊層設(shè)計(jì)厚度不應(yīng)小于200 mm，一端應(yīng)澆筑至圍護(hù)樁邊，另一端從前撐樁入土點(diǎn)外延2～4 m，并在開(kāi)挖完成后8 h內(nèi)澆筑完成，注漿鋼管與墊層應(yīng)可靠連接（圖2）。在坑邊配筋墊層施工完畢且養(yǎng)護(hù)不少于3 d后，方可大面積分塊分層開(kāi)挖，開(kāi)挖流程應(yīng)根據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及環(huán)境制定合理方案。

圖2 注漿鋼管與配筋墊層連接效果圖

7）對(duì)于軟土地基區(qū)域，通過(guò)在注漿鋼管上增設(shè)雙囊袋提供剛度，減小基坑變形。雙囊袋位于注漿鋼管底部，囊袋長(zhǎng)6 m、寬1 m，間距1 m，注漿壓力0.5～1 MPa。

8）一般情況下，典型工程囊袋注漿共分4次注漿。第1次注漿時(shí)把雙氣囊放于底部，上氣囊打開(kāi)，注漿量為3桶（1桶為0.5 t水泥，水灰比為0.5～0.6；每次注漿2桶間歇10 min）；第2次注漿時(shí)氣囊上提3 m，雙氣囊同時(shí)打開(kāi)，注漿量為2桶；第3次注漿時(shí)氣囊上提4 m，雙氣囊同時(shí)打開(kāi)，注漿量為2桶；第4次注漿時(shí)氣囊上提3 m，雙氣囊同時(shí)打開(kāi)，注漿量為2桶。

9）支撐拆除應(yīng)在相應(yīng)區(qū)域換撐形成且達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行，對(duì)基坑變形要求比較高的位置需要待頂板換撐完成后再進(jìn)行拆除。

支撐拆除可根據(jù)支撐布置形式及結(jié)構(gòu)施工流程分區(qū)、分塊進(jìn)行，具體各分區(qū)拆除時(shí)間、順序應(yīng)結(jié)合圍護(hù)設(shè)計(jì)意見(jiàn)。前撐注漿鋼管穿底板結(jié)構(gòu)部位需重點(diǎn)處理，以確保結(jié)構(gòu)體系的防水要求（圖3）。

圖3 注漿鋼管穿底板部位封堵效果圖

4.4 質(zhì)量控制要點(diǎn)

1）對(duì)于前撐注漿鋼管，施工前檢驗(yàn)應(yīng)包括原材料質(zhì)量、鋼管尺寸和施工機(jī)械設(shè)備；施工檢驗(yàn)包括定位及安放質(zhì)量、鋼管焊接質(zhì)量、連接節(jié)點(diǎn)質(zhì)量和注漿量；施工后檢驗(yàn)包括前撐注漿鋼管的承載性能試驗(yàn)。其中，原材料質(zhì)量、鋼管尺寸、鋼管焊接質(zhì)量、注漿量及前撐樁承載性能試驗(yàn)為主控項(xiàng)目，其余為一般項(xiàng)目。

2）對(duì)砂、石子、水泥、鋼材等原材料質(zhì)量的檢驗(yàn)項(xiàng)目和方法應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

3）注漿鋼管施工完成后，應(yīng)進(jìn)行承載性能檢測(cè)，檢測(cè)時(shí)間宜在注漿結(jié)束28 d后，鋼管單樁承載力不應(yīng)小于設(shè)計(jì)值。靜載荷試驗(yàn)時(shí)，樁的數(shù)量為總樁數(shù)的1%且不少于3根，變形按總沉降量30 mm控制；加載時(shí)沿注漿鋼管樁軸向，設(shè)計(jì)最大加載量為600 kN。

5 緊鄰在建地鐵的軟土超大基坑施工技術(shù)

5.1 基坑施工部署

本工程的地下結(jié)構(gòu)幾乎占滿了整個(gè)基地，圍護(hù)體邊線與圍墻的距離最小為2 m。其中，場(chǎng)地除東側(cè)靠近云山路一側(cè)有規(guī)劃綠地位置可供臨時(shí)使用外，其他方向的地面非常小，給現(xiàn)場(chǎng)施工帶來(lái)一定的難度。施工中需策劃好頂板道路問(wèn)題，保證有條不紊，順利生產(chǎn)。

基坑?xùn)|側(cè)有在建的軌交14號(hào)線，盾構(gòu)邊線與本基坑最短距離為25 m。根據(jù)地鐵公司要求，需在地鐵盾構(gòu)到達(dá)本項(xiàng)目附近前完成其鄰近50 m范圍內(nèi)的地下室結(jié)構(gòu)施工。因此，本項(xiàng)目施工分5個(gè)區(qū)。

其中，Ⅰ區(qū)為地鐵影響線范圍內(nèi)施工區(qū)域，確保在地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)至本項(xiàng)目前完成地下室結(jié)構(gòu)施工。項(xiàng)目需要充分利用時(shí)間與空間效應(yīng)，在滿足基坑安全的條件下，完成支撐和挖土工作。

5.2 出土方式分析

根據(jù)業(yè)主設(shè)計(jì)資料及分塊開(kāi)挖工況，現(xiàn)場(chǎng)已設(shè)置3個(gè)施工大門(mén)，但在施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)大門(mén)具有一定的局限性。已有的3個(gè)大門(mén)，分別為北側(cè)碧云路上2個(gè)大門(mén)（1#、2#）和南側(cè)明月路上1個(gè)大門(mén)（3#）。這3個(gè)大門(mén)與1區(qū)距離較遠(yuǎn)，挖土運(yùn)輸距離較長(zhǎng)，因此，在云山路明月路路口處新增1個(gè)大門(mén)（4#）用于開(kāi)挖及人員進(jìn)出，加快了出土速度。

5.3 土方開(kāi)挖分塊流程

土方開(kāi)挖時(shí)分塊之間放坡留土，流水作業(yè)，加強(qiáng)基坑變形控制和環(huán)境保護(hù)工作。按后澆帶先后順序劃分5個(gè)區(qū)24小塊。具體順序?yàn)椋孩駞^(qū)→Ⅱ區(qū)→Ⅲ區(qū)→Ⅳ區(qū)→Ⅴ區(qū)（每個(gè)區(qū)施工時(shí)，先開(kāi)挖前撐式注漿鋼管樁區(qū)域即坑邊6 m寬區(qū)域，待反壓鋼板、配筋墊層施工完畢并養(yǎng)護(hù)后，再開(kāi)挖中心區(qū)域土方），每個(gè)區(qū)內(nèi)采用跳倉(cāng)開(kāi)挖的施工方式。每個(gè)區(qū)開(kāi)挖到底后立即澆筑墊層，在中心區(qū)域墊層澆筑完成后再開(kāi)挖另一區(qū)的中心區(qū)域，做到分區(qū)、分塊地施工地下室底板及地下結(jié)構(gòu)。

考慮到施工場(chǎng)地、施工道路布置及材料周轉(zhuǎn)的需要，Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)每個(gè)區(qū)到底后立即澆筑墊層，在中心區(qū)域墊層澆筑完成后再開(kāi)挖另一區(qū)的中心區(qū)域，Ⅲ區(qū)頂板施工完成后再進(jìn)行Ⅳ土方開(kāi)挖。同樣，Ⅴ區(qū)也在Ⅳ區(qū)頂板施工完成后，由中間向南北兩處大門(mén)區(qū)域進(jìn)行土方開(kāi)挖。

5.4 地下結(jié)構(gòu)施工階段組織控制

在圍護(hù)樁與圍墻距離狹窄的區(qū)域采用施工機(jī)械手分段插入施工，距離圍護(hù)體較近的圍墻在最初搭設(shè)階段采用彩鋼板施工。在該區(qū)域圍護(hù)體施工時(shí)將彩鋼板圍墻拆除，待圍護(hù)施工完成后，將該區(qū)域圍墻采用項(xiàng)目部統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修繕，保證施工質(zhì)量及工期的實(shí)現(xiàn)。

在地下施工階段，對(duì)基坑采取分塊施工，并將后施工的分塊作為臨時(shí)施工道路及材料周轉(zhuǎn)場(chǎng)地，基礎(chǔ)階段根據(jù)供料計(jì)劃，隨到隨入坑，并動(dòng)態(tài)調(diào)整堆場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)坑內(nèi)材料近距離供給。

對(duì)挖土和頂板施工順序進(jìn)行合理規(guī)劃，總體考慮由東向西、由兩邊往中間。由于本工程基坑跨度比較大，中間Ⅳ、Ⅴ區(qū)施工區(qū)在四周區(qū)域頂板養(yǎng)護(hù)完成后進(jìn)行施工（重車行走道路底部頂板排架驗(yàn)算后搭設(shè)且不拆除），并將中間連接南北兩側(cè)大門(mén)位置區(qū)域的Ⅴ區(qū)最后開(kāi)挖，以保證場(chǎng)內(nèi)道路的布置及材料的周轉(zhuǎn)場(chǎng)地需要。

地下室挖土、底板、墻頂板分區(qū)、分塊、分階段進(jìn)行，在總進(jìn)度計(jì)劃不變的條件下，科學(xué)有效地利用搭接施工，創(chuàng)造施工操作場(chǎng)地，彌補(bǔ)周邊交通通行條件差、周轉(zhuǎn)場(chǎng)地小等不足。

6 施工監(jiān)測(cè)反饋

通過(guò)對(duì)注漿鋼管設(shè)置囊袋并優(yōu)化相關(guān)構(gòu)造，提高了注漿鋼管的剛度和與地層的錨固力。

基坑開(kāi)挖過(guò)程中，外部緊鄰的煤氣管沉降小于6 mm（圍護(hù)設(shè)計(jì)要求控制范圍小于10 mm），圍護(hù)體測(cè)斜小于15 mm。在拆除鋼管樁和地下室反筑回填后，整體測(cè)斜不超過(guò)40 mm，滿足圍護(hù)設(shè)計(jì)控制要求。

7 結(jié)語(yǔ)

注漿鋼管斜拋撐支撐的圍護(hù)形式可以解決圍護(hù)靠近紅線的問(wèn)題。本工程圍護(hù)體系中支護(hù)結(jié)構(gòu)采用了三軸攪拌樁內(nèi)插預(yù)制板樁的形式，預(yù)制板樁施工過(guò)程中容易擠壓三軸攪拌樁，從而對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生一定的影響，在施工中需采取一定辦法減少板樁施工的擠壓效應(yīng)，合理控制三軸攪拌樁的水灰比和板樁實(shí)施的時(shí)間段，以達(dá)到較好的實(shí)施效果。這個(gè)問(wèn)題也可以作為后續(xù)其他類似工程實(shí)踐中提升改進(jìn)的研究點(diǎn)。

結(jié)合攪拌樁內(nèi)置混凝土板樁和坑內(nèi)前撐注漿鋼管的新型圍護(hù)施工工藝，很好地克服了場(chǎng)地外側(cè)區(qū)域受限的不利施工條件，實(shí)現(xiàn)了圍護(hù)結(jié)構(gòu)預(yù)制裝配化的施工理念。本工程在施工實(shí)踐的基礎(chǔ)上，總結(jié)出上海軟土地基基坑注漿斜拋撐承載力的優(yōu)化措施及不利因素，提煉出一套施工控制技術(shù)方法和經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)類似圍護(hù)設(shè)計(jì)和施工提供了大量的數(shù)據(jù)和實(shí)例支撐。