孫全忠

中國地質工程上海有限公司，中國·上海 200000

1 引言

注漿鋼管樁是利用鋼構件來進行基坑圍護，取代傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結構，具有明顯的施工優(yōu)勢。注漿鋼管樁為直立開挖，不需要進行支撐，所以很大程度地加快了施工進度，并節(jié)省了施工材料。同時，施工操作簡單，造價成本低，工程結束后部分鋼管還可回收二次利用，所以具有較好的環(huán)保效果。下面論文就以筆者曾參與過的深基坑項目為切入點，就前撐式抗壓注漿鋼管樁的應用要點進行論述與說明。

2 項目概況

2.1 基坑概況

本工程擬建5 幢32 層～34 層住宅，場地設二層地下車庫。地下車庫基坑周長757m，開挖面積34000m2。本工程±0.000 相當于絕對標高+2.850m。場地整平絕對標高+2.400m，即相對標高-0.450m?；悠毡殚_挖深度為7.25～7.55m，電梯井、集水井落深1.4～2.4m。

2.2 基坑周邊環(huán)境概況

2.2.1 基坑東側

基坑邊線距離該側用地紅線最近約10.8m，該側圍墻與燃氣管線均在紅線以內(nèi)，圍墻距離基坑邊線最近約7.2m，燃氣管線距離基坑邊線最近約6.2m，燃氣管為分為兩根管線，中壓管埋深約1.3～1.7m，高壓管埋深約1.7～1.9m（見圖1）。

2.2.2 基坑南側

基坑邊線距離該側用地紅線約24.7m，該側圍墻在紅線以內(nèi)，基坑邊線距離圍墻最近約10.3m，紅線外7.0m 為16.2m 寬同豐東路。圍墻至道路間地下分布有給水、雨污水等管線，另有高壓線架空沿圍墻分布（見圖2）。

圖2 基坑南側（同豐東路）

2.2.3 基坑北側

基坑開挖底邊線距離用地紅線最近為15.8m，用地紅線外58.4m 為晨曦小學，基坑開挖底邊線北側11.4m 為市政給水（DN200）埋深1.0m，基坑開挖底邊線北側12.4m 為市政給水（DN200）埋深1.0m，基坑開挖底邊線北側12.8m為電力管道埋深0.5m，基坑開挖底邊線北側14.3m 為現(xiàn)場圍墻（見圖3）。

圖3 基坑北側（晨曦小學）

2.2.4 基坑西側

基坑開挖底邊線距離圍墻最近為4.0m，圍墻下起往西設有眾多一期管線：高壓電纜、消防管線、上水管線、污水管線、雨水管線，低壓燃氣DE110，埋深0.8m，高壓噴淋（DN200），埋深1.0m，高壓消防（DN150）埋深1.0m，市政給水（DN300），埋深1.0m，強電管線埋深1.1m?；娱_挖底邊線外4.0m 為已建一期小區(qū)內(nèi)部道路（寬6.0m），基坑開挖底邊線外15.7m 為1 棟18F 已建民房。

2.3 工程地質及水文地質條件

根據(jù)本工程勘察資料可知，該場地屬亞熱帶季風氣候區(qū)，場地所在區(qū)域地貌類型為長江三角洲南緣的沖、湖積平原上，地勢平坦[1]。工程基坑開挖影響深度范圍內(nèi)以粘性土土為主（見表1）。

表1 基坑影響范圍內(nèi)土層情況

本項目巖土工程勘察報告，潛水主要賦存于淺部層①雜填土及層②粉質粘土中，主要接受大氣降水的垂直補給及地表水體側滲補給，以自然蒸發(fā)為主要排泄途徑，水位隨季節(jié)性變化明顯，水位隨季節(jié)性變化明顯，勘察期間在鉆孔中觀測了場地內(nèi)潛水初見水位埋深0.50～1.50m，穩(wěn)定水位埋深0.8～2.24m。

本場地最淺承壓含水層為⑤層粉砂夾粉質粘土中的粉砂層、層⑥、層⑦、層⑧-1、層⑨粉砂層中，承壓水水位初見埋深19.5～20.2m，初見水位標高-16.95～17.30；穩(wěn)定水位埋深1.47～1.84m。本項目基坑普遍區(qū)域承壓水無突涌可能，局部深坑區(qū)域存在突涌可能。故局部深坑區(qū)域采取設置承壓降水井等措施。

2.4 不良地質條件

本項目主要不良地質條件為淺層雜填土及建筑垃圾、浜填土。根據(jù)本工程巖土工程勘察報告，場地淺部埋有大量混凝土塊、碎磚石等建筑垃圾，粒徑最大可達1.0m，南側原施工工棚拆除后遺留大量建筑垃圾，表層分布水泥地坪，厚約10～15cm。場地原分布兩水塘，整平過程中已被回填，回填土夾有大量碎石等建筑垃圾[2]。

3 工程基坑圍護方案的選型

本工程的基坑面積為34000m2，面積較大，周邊環(huán)境涉及學校、市政管線等，開挖時要注意對相關管線進行保護，并且軟弱的粘性土是主要的地基土類型，硬度差，支撐效果不理想，故而在開挖的過程中還需要采用合理的圍護擋土方案。下面就將對基坑圍護方案的具體選型方案進行說明。

3.1 圍護方案選型

基坑支護的施工建設不是孤立存在的，而是一個系統(tǒng)的工程，需要考慮多諸多方面的內(nèi)容。圍護結構一方面關系著工程周邊建筑的安全性，另一方面也關系著地下室施工以及土方開挖的成本，所以必須要綜合考慮施工操作、工期進度以及受力等要點。

通常，本工程所在地的類似地質條件、規(guī)模、難度的工程，多是采用鉆孔灌注樁+支撐、土釘墻支撐以及SMW工法支撐等施工技術，具體優(yōu)缺點與對本次基坑工程的適應性如表2所示。

表2 各類圍護方案的優(yōu)缺點及對本工程的適用性

3.2 支撐體系選型

對于平面布置與支撐體系的選型而言，一方面要注意保護好周邊環(huán)境，另一方面還要能夠方便土方開挖以及保障施工工期，要在保證工程建設質量的基礎上盡可能地縮短工程，從而減少工程的成本支出，提高工程的經(jīng)濟效益。

3.3 材料類型的選擇

根據(jù)材料類型的不同，鋼筋混凝土支撐與鋼（型鋼、鋼管）支撐是基坑工程建設中最為常用的兩種水平支撐方式。

①鋼支撐的優(yōu)點主要表現(xiàn)在通過施加預應力可以對基坑的變形問題進行切實的把控，并且施工速度快，無論是安裝還是拆除都更為簡便，可以節(jié)省更多的材料。但缺點也同樣較為明顯，如縱橫桿件間的連接為鉸接狀態(tài)，難以形成整體剛接，如此一來就導致基坑支撐系統(tǒng)的整體剛度難以達到工程要求，剛度較弱，所以對于一些不規(guī)則形狀基坑、或是平面跨度大的基坑不會采用鋼支撐的形式。

此外，鋼支撐會受限于截面尺寸，結構強度以及支撐剛度都并不是非常理想，所以如果基坑的單道支撐分擔的側向土壓力高度較大，或是開挖深度較深時，鋼支撐的支撐壓桿穩(wěn)定性以及位移控制都無法達到工程的預期要求[3]。

②與鋼支撐相比，鋼筋混凝土支撐結構的整體剛度更大，可以對基坑變形問題進行有效控制，并且鋼筋混凝土支撐可以現(xiàn)場澆筑，可靠性好，對于不規(guī)則形狀基坑的變形問題具有較好的控制效果。

因為本工程基坑的面積為34000m2，東西距離與南北距離基本都在200m 左右，面積較大，所以從施工成本、施工操作的難易程度或是桿件受力等方面進行分析，工程本工程并不適合采用水平支撐的形式。

鑒于建設單位的時間要求，基坑南側11#、13#的工期時間相對較為緊張，故而就需要進行分期施工，并且還要運用施工效率高、施工便利的技術。因為斜拋撐支撐需要進行基礎底板的澆筑，且要兩次挖土，所以整體所耗時間較長，后續(xù)的土方開挖難度也較大。同時，斜拋撐還涉及拆除作業(yè)，所以對于工期較為緊張的本次工程來說并不是特別適用。

另外，因為斜拋撐支撐需要進行架立，且在此之前周邊土體位移體量也較大，但如前文所述，本工程施工環(huán)境的周邊有諸多的市政管線，所以此種對環(huán)境影響較大的施工方式并不能切實的保障管線不受影響，尤其是基坑東側還有高壓燃氣管，所以斜拋撐支撐的方式從整體上來說并沒有足夠的優(yōu)勢。

經(jīng)過詳細的分析與多種施工方案的對比，最終決定在工程施工中采用前撐式抗壓注漿鋼管工藝。該施工工藝無論是從工期、成本還是操作難度上，都具有明顯的優(yōu)勢。同時，注漿鋼管支撐與圍護樁可以同步施工，即便后期需要再次挖土，也可以確?？觾?nèi)大面積土方整體開挖的安全性與便利性，另外，相較于常規(guī)支撐工藝技術，前撐式抗壓注漿鋼管工藝的施工時間也相對較短，在本工程中，至少可以將工期縮短50 天。

綜合以上分析，本次基坑工程的圍護體系選型確定為：普遍區(qū)域采用鉆孔灌注樁+前撐式抗壓注漿鋼管樁的圍護形式，基坑角部采用鉆孔灌注樁+一道鋼筋混凝土水平支撐的圍護形式。該支護方案已在本項目成功實踐，主要圍護體系鉆孔灌注樁門架+前撐式注漿鋼管斜撐典型剖面及現(xiàn)場施工實體如圖4所示。

圖4 典型剖面及現(xiàn)場施工實體圖

4 前撐式注漿鋼管樁的施工要點分析

4.1 施工流程

場地平整→溝槽開挖→樁位測放→鋼管管體加工→鋼管打設→鋼管注漿→碎石填充→鋼管與圈梁連接處內(nèi)置錨定板制作→施工完成。

4.2 工程的技術要求

①確保以下參數(shù)滿足工程的建設要求：如鋼管注漿孔數(shù)量、開孔直徑、開孔相對位置、倒刺的加工與焊接、短鋼筋焊接等。具體的施工操作中，施工人員一定要按照工程的設計圖紙進行規(guī)范的操作。

②鑒于工程的周邊環(huán)境的復雜性、土質條件以及施工工藝，要將抗壓注漿鋼管樁水平傾角控制在45°～60°。

③運用氣囊注漿裝置來進行鋼管的注漿，采用雙氣囊分段注漿來進行往上注漿段，而在底端，則要采用單氣囊注漿的方式。

④控制水泥漿液水灰比為0.55，以最終注漿壓力和單根樁水泥用量作為注漿最終完成效果的標準：最終注漿壓力不得小于1.5MPa，單根樁水泥用量也必須要滿足工程設計噸數(shù)的要求。

⑤在確保相應區(qū)域梁板以及可靠換撐形成，并且達到設計強度的80%后，可以開始進行注漿鋼管的拆除。

⑥前撐式抗壓注漿鋼管樁施工中還要注意避開結構柱、結構梁、工程樁以及局部深坑等。

4.3 施工要點

4.3.1 溝槽開挖

在結束圍護樁作業(yè)后，施工人員要立即清理樁頭以及樁頂?shù)母{，并做好圈梁的挖槽及清槽。同時，為保證施工的安全順利推進，還要將地下障礙物予以清理，要將其挖至為原狀土，如此就可以最大程度地規(guī)避塌方事故，避免影響鋼管的放置。

4.3.2 加工鋼管

本工程鋼管注漿樁桿體所采用的鋼管為Φ377×10mm，施工時要保障鋼管表面沒有銹斑或是油污。在下料的過程中，施工人員要嚴格按照工程的設計要求進行操作，要將下料長度誤差控制在50mm 內(nèi)；運用400×10mm 的套管來對注漿鋼管加以連接，控制套管長度在200mm。

此外，施工人員要將注漿孔以梅花形布設于鋼管的端部，每個孔外還要設置倒刺，孔的直徑應控制在8～10mm。倒刺要用角鐵，并與鋼管焊接連接，最后在借助一些封閉手段，確保出漿孔能夠發(fā)揮其自身的作用[4]。

4.3.3 打入鋼管

鋼管的打入如圖5所示。

圖5 鋼管的打入

4.3.4 孔底注漿

確定鋼管沉放到設計要求的位置后，用20-40mm 級配碎石將鋼管填滿，之后便可開始進行跟蹤注漿。注漿共三次，控制第一次的注漿量在設計要求的60%，第二次與第三次則為20%，每次注漿的間隔時間要控制在1.5～2.5 小時，鋼管內(nèi)用純水泥漿填滿[5]。

4.3.5 檢測樁的承載力

本工程共計75 根前撐鋼管樁，抽取其中3 根進行靜載荷試驗，并最終確定單樁承載力可以滿足工程的建設要求。

4.3.6 監(jiān)測

目前現(xiàn)場11 號樓區(qū)域已施工至地上一層，以11 號樓基坑南側中部最具有代表性的Q28 水平位移監(jiān)測點和P15深層位移監(jiān)測點為例進行解讀，在基坑開挖期間基坑位移的變化情況。11 號樓區(qū)域基坑于2020年4月3日開始開挖，2020年4月16日墊層相繼開始施工，5月20日整個11 號樓區(qū)域底板澆筑完成。

5 工程總結

通過監(jiān)測可以發(fā)現(xiàn)，目前工程的各項指標均在設計要求內(nèi)，鉆孔灌注樁門架+前撐式注漿鋼管支撐的方式是非常適用于本工程的。筆者通過施工的實踐參與，現(xiàn)就工程經(jīng)驗總結如下：

①因為基坑支護方案的選型受工程開發(fā)順序的影響較大，所以在設計階段就要立足于工程實際，統(tǒng)籌考量多方面的內(nèi)容，并就不同的施工方案進行對比，以此優(yōu)選出最合適工程建設且經(jīng)濟效益、社會效益最為突出的方案。

②與常規(guī)內(nèi)撐方案相比，前撐式注漿鋼管支撐體系在施工速度、成本以及操作的便利性等方面都具有突出的優(yōu)勢。雖然現(xiàn)階段該技術仍為專利技術，但相信在后期的大范圍推廣中，其議價空間還會更大，成本方面的優(yōu)勢能夠得到進一步的凸顯。

③因為基坑開挖的順序與方法與支護結構的穩(wěn)定性、可靠性緊密相關，所以在實際操作中，一定要依據(jù)工程的設計方案進行規(guī)范化的落實，如果施工中存在變動，則要立即加以調整，從而最大程度地保證工程的施工安全。