施春鋒

1. 上海建工二建集團(tuán)有限公司 上海 200090；2. 上海建筑工程逆作法工程技術(shù)研究中心 上海 200080

與現(xiàn)澆鋼筋混凝土水平支撐或鋼斜拋撐的支撐形式相比，前撐式注漿鋼管樁支護(hù)有著施工方便、節(jié)約成本、縮短工期等優(yōu)點(diǎn)。本文結(jié)合上海市浦東新區(qū)康橋工業(yè)區(qū)租賃住房項(xiàng)目的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工，探討前撐式注漿鋼管圍護(hù)體系應(yīng)用于黏粉性土及淤泥質(zhì)土地區(qū)的可靠性和安全性[1-4]。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

康橋工業(yè)區(qū)租賃房項(xiàng)目位于上海市浦東新區(qū)康橋鎮(zhèn)，工程總建筑面積為192 743.52 m2，其中地下建筑面積為57 164.48 m2，地上建筑面積為135 579.04 m2。工程建設(shè)內(nèi)容為新建10棟住宅樓和配套用房，及配套地下車庫(kù)和相關(guān)公共設(shè)施。工程基坑為地下1層地下室，基坑普遍開(kāi)挖深度為6.60 m，基坑安全等級(jí)三級(jí)。

1.2 圍護(hù)概況

根據(jù)基坑周邊環(huán)境、開(kāi)挖深度及土層情況，基坑圍護(hù)采用勁性水泥土攪拌樁（SMW工法樁）＋1道前撐式抗壓注漿鋼管支撐，如圖1所示。相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)為：SMW工法樁采用φ850 mm@600 mm三軸攪拌樁內(nèi)插H700 mm×300 mm型鋼，前撐式抗壓注漿鋼管規(guī)格為φ377 mm×10 mm，長(zhǎng)度26 m，水平傾角為45°±5°，單根鋼管注漿6 t，注漿完成后鋼管內(nèi)填滿碎石，水泥為P·O 42.5，角部采用φ609 mm×16 mm鋼管角撐。

圖1 前撐式注漿鋼管剖面

1.3 水文、地質(zhì)情況

根據(jù)該地區(qū)工程勘察報(bào)告，測(cè)得鉆孔潛水穩(wěn)定水位埋深在0.40～1.80 m，穩(wěn)定水位標(biāo)高在2.52～4.20 m。承壓水方面，按照高水位埋深0.5 m考慮，場(chǎng)地揭遇第⑦層承壓水。基坑普遍開(kāi)挖深度6.6 m，承壓水水頭埋深按不利因素3.0 m考慮。

2 基坑施工難特點(diǎn)

2.1 不良地質(zhì)，施工精度要求高

場(chǎng)地內(nèi)0.7～4.2 m之間為內(nèi)填土，且有暗浜（塘）分布，大部分已回填，暗浜（塘）底分布①2浜土層，厚度為0.3～2.0 m，以淤泥土為主，工程性質(zhì)較差。因此，施工過(guò)程中要嚴(yán)格控制前撐注漿鋼管樁的施工質(zhì)量，移樁和沉樁過(guò)程中對(duì)約束體做好保護(hù)。在注漿施工影響范圍內(nèi)，降水井施工需置后施工，避免漿液流動(dòng)對(duì)降水井造成不必要的影響。

2.2 新工藝應(yīng)用，施工技術(shù)難度大

本工程基坑采用的前撐式抗壓注漿鋼管支撐為新工藝支撐，鋼管支撐與地面成45°夾角，支撐安裝難度極大，角度控制困難。施工中將采用大型液壓機(jī)械手進(jìn)行鋼管的插管施工工作，并制作45°角，鋼管插管施工采取導(dǎo)向架，確保鋼管沿導(dǎo)向架徐徐插入預(yù)定標(biāo)高。

3 圍護(hù)體系比選

3.1 常規(guī)圍護(hù)體系

本工程基坑面積為50 250 m2，開(kāi)挖深度6.6 m，常規(guī)采用工法樁＋1道鋼筋混凝土支撐形式，或鋼管斜拋撐體系。

3.1.1 鋼筋混凝土水平支撐體系

鋼筋混凝土水平支撐安全可靠、工藝成熟，支撐時(shí)剛度大，能加強(qiáng)基坑上口剛度，減少坑頂位移，有效控制變形。但該體系成本高、工期長(zhǎng)、拆除不方便。本工程基坑面積大，在拆除支撐時(shí)需分塊拆除，因此不建議采用該圍護(hù)體系。

3.1.2 鋼管斜拋撐體系

鋼管斜拋撐支撐體系適用于規(guī)模大、形狀規(guī)則的基坑，可循環(huán)利用，節(jié)約成本。但工藝復(fù)雜，地下室底板需分2次澆筑，土方開(kāi)挖時(shí)間長(zhǎng)，須人為設(shè)置施工縫或后澆帶，對(duì)結(jié)構(gòu)受力及底板防水不利，因此不建議采用該圍護(hù)體系。

綜合考慮本工程基坑特點(diǎn)、工期及成本要求，突破常規(guī)基坑支護(hù)方式，采用無(wú)水平支撐的新型支護(hù)體系。

3.2 新型圍護(hù)體系

前撐式抗壓注漿鋼管支撐是采用相關(guān)設(shè)備將鋼管施工至坑底以下設(shè)計(jì)深度，鋼管桿體安放到位后進(jìn)行跟蹤注漿，鋼管穿過(guò)坑底區(qū)域設(shè)置一定厚度的配筋墊層，以增強(qiáng)圍護(hù)體承載力并控制基坑變形。

前撐式抗壓注漿鋼管支撐克服了水平支撐立柱多及支撐體量大、造價(jià)較高的缺點(diǎn)，地下室底板可一次性澆筑完成，施工工序簡(jiǎn)單，工期大大縮短。經(jīng)綜合考慮，支撐布置形式采用前撐式抗壓注漿鋼管支撐（角部采用鋼管角撐）形式。

3.3 工藝特點(diǎn)

3.3.1 工藝簡(jiǎn)單

在圍護(hù)施工階段可與樁基礎(chǔ)施工同步進(jìn)行，無(wú)需單獨(dú)占用圍護(hù)施工時(shí)間。同時(shí)，在施工完成后，土方可以直接開(kāi)挖，無(wú)需二次拆撐，簡(jiǎn)化了施工步驟，便于現(xiàn)場(chǎng)施工。

3.3.2 縮短施工工期

前撐式注漿鋼管圍護(hù)體系可以在開(kāi)挖前一次性將支護(hù)施工完成，無(wú)需等待混凝土養(yǎng)護(hù)及拆模，后期也無(wú)需進(jìn)行二次拆除，極大地縮短了施工工期。

3.3.3 節(jié)約成本

前撐式注漿管支撐新工藝有著很大的造價(jià)優(yōu)勢(shì)，尤其基坑面積越大，經(jīng)濟(jì)效益就越顯著。采用該新工藝，可節(jié)約工程基坑階段10%～20%的施工造價(jià)。

4 工藝參數(shù)的確定

4.1 施工相關(guān)參數(shù)要求

注漿工藝應(yīng)采用約束式工藝，約束式注漿工藝應(yīng)針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況實(shí)施注漿作業(yè)。最終注漿壓力應(yīng)在1.5～2.0 MPa之間，或單根樁水泥用量不少于6 t；注漿完成后鋼管內(nèi)填滿碎石，并用純水泥漿灌滿。

4.2 凈載荷試驗(yàn)要求

鋼管基本試驗(yàn)的數(shù)量為3根，沿注漿鋼管樁軸向進(jìn)行加載，設(shè)計(jì)最大加載量為90 t。沉降速率穩(wěn)定后加載下一級(jí)，卸載分級(jí)進(jìn)行，變形按總沉降量30～50 mm控制。

5 施工關(guān)鍵技術(shù)

5.1 施工流程

平整場(chǎng)地→清除地下障礙物→測(cè)量定位→吊車和機(jī)械手就位→安裝插管導(dǎo)向架→分段起吊鋼管放入導(dǎo)向架→機(jī)械手振動(dòng)插管→鋼管焊接接長(zhǎng)→機(jī)械手振動(dòng)插管→到達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高→管內(nèi)注漿→管內(nèi)填礫→成樁移位施工

5.2 測(cè)量定位

平整場(chǎng)地后，按照設(shè)計(jì)間距進(jìn)行測(cè)量定位，若發(fā)現(xiàn)型鋼占位，應(yīng)及時(shí)與設(shè)計(jì)溝通，做好樁位調(diào)整技術(shù)核定。測(cè)量定位后，預(yù)挖沉樁槽，沉樁槽深度控制在1.5 m左右。

5.3 安裝插管導(dǎo)向架

安裝插管導(dǎo)向架：設(shè)計(jì)要求鋼管成45°插入預(yù)定標(biāo)高，施工前可焊接制作45°鋼管導(dǎo)向架若干個(gè)，將導(dǎo)向架焊接約束在H型鋼上，防止導(dǎo)向架在使用過(guò)程中滑移，造成安全和質(zhì)量隱患。

機(jī)械手振動(dòng)插管：起吊鋼管放入導(dǎo)向架，待機(jī)械手振動(dòng)插管到一定深度，確保安全后再撤除吊鉤。機(jī)械手握持機(jī)構(gòu)前端使用特制鋼套管，用于套住鋼管進(jìn)行振動(dòng)，套管內(nèi)加墊彈性緩沖墊圈，以免損壞鋼管造成鋼管焊接連接困難。

鋼管接長(zhǎng)：鋼管采用外套管的方式焊接連接，套管一般長(zhǎng)度為200 mm，坑底附近及以上增至300 mm，焊接質(zhì)量必須確保密封，接頭強(qiáng)度指標(biāo)不低于原材料。本工程鋼管管長(zhǎng)26 m，首節(jié)使用長(zhǎng)管，計(jì)劃配置鋼管長(zhǎng)度為8 m＋6 m＋6 m＋6 m。

5.4 管內(nèi)注漿

插管達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，將法蘭連接盤焊接在鋼管上，變徑連接注漿管路。根據(jù)設(shè)計(jì)方案要求，采用普通硅酸鹽水泥（P·O 42.5），宜取水灰比0.55拌制水泥漿液，進(jìn)行注漿。計(jì)劃以單根樁水泥用量或最終注漿壓力值作為注漿最終完成的標(biāo)準(zhǔn)：?jiǎn)胃鶚蹲罱K注漿壓力應(yīng)在1.5～2.0 MPa之間，或水泥用量不少于6 t。注漿完成后，向鋼管內(nèi)填滿0.02～0.04 m級(jí)配碎石，施工完成后設(shè)置醒目標(biāo)識(shí)。

5.5 注漿管割除

當(dāng)注漿鋼管支撐的混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求時(shí)，便可進(jìn)行拆撐。拆除前拋撐支撐前，對(duì)應(yīng)施工段的混凝土強(qiáng)度需達(dá)到設(shè)計(jì)要求，否則禁止開(kāi)展下一道工序。拆除支撐使用氣割方法割除結(jié)構(gòu)外支撐，同時(shí)應(yīng)注意施工安全，在拆除過(guò)程中所用的機(jī)械設(shè)備、吊車由專人指揮，拆除支撐圍檁時(shí)注意吊車起吊位置。交叉拆除的支撐、鐵件按要求堆放在不影響施工的地方。

6 基坑變形結(jié)果分析

6.1 布置點(diǎn)位情況及監(jiān)測(cè)內(nèi)容

本文選取基坑施工過(guò)程中變形最大處的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析論證，即以深層墻體測(cè)斜CX39、CX40、CX41、CX42等4個(gè)測(cè)斜點(diǎn)，圍護(hù)墻頂平面、垂直位移Q39、Q40、Q41、Q42等4個(gè)圍護(hù)墻頂監(jiān)測(cè)點(diǎn)作為研究依據(jù)。具體位置見(jiàn)圖2。

圖2 基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

6.2 結(jié)果報(bào)告

在基坑開(kāi)挖的施工過(guò)程中，基坑位移值受土方開(kāi)挖、基坑深度、配筋墊層施工速度、周邊環(huán)境擾動(dòng)等因素影響。

深層墻體的側(cè)向位移在開(kāi)挖后從0 m隨深度增加而增加，相同深度位移大小隨著開(kāi)挖后時(shí)間的推移逐漸累積。產(chǎn)生位移的土體深度為地下5～6 m段，對(duì)應(yīng)本工程基坑開(kāi)挖深度6.6 m，約坑底位置處。位移最大測(cè)斜點(diǎn)為CX39，最大位移為33.29 mm，發(fā)生在地下5 m段。

圍護(hù)墻頂位移受基坑開(kāi)挖影響，底板完成時(shí)達(dá)到最大，位移圍護(hù)墻頂位移為Q39，平面位移為35 mm。

監(jiān)測(cè)點(diǎn)累積最大位移滿足設(shè)計(jì)要求，土體位移在地庫(kù)底板完成后，日位移增長(zhǎng)量小于1 mm，并逐漸趨于穩(wěn)定。

6.3 土體隆起量監(jiān)測(cè)

基坑施工階段，現(xiàn)場(chǎng)施工人員定時(shí)監(jiān)測(cè)基坑內(nèi)土體隆起量，判斷變形量較大區(qū)域墊層是否需要加固。通過(guò)5 d內(nèi)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可知，基礎(chǔ)底部土體隆起量每日增長(zhǎng)量小于1 mm，墊層無(wú)需加固。

7 結(jié)語(yǔ)

本工程通過(guò)前撐式抗壓注漿鋼管支撐技術(shù)新工藝在實(shí)際工程中的應(yīng)用，證明該技術(shù)的可靠性。從基坑開(kāi)挖到地庫(kù)底板完成，在此過(guò)程中多次監(jiān)測(cè)，基坑最大位移與周邊土體沉降均在可控范圍，證明了該工程的可靠性和安全性。

同時(shí)，該技術(shù)在本工程中的成功應(yīng)用，證明這是一種新型綠色高效的基坑支護(hù)技術(shù)。它不僅能代替原有復(fù)雜且高成本的支撐體系，大大縮短工期，還在創(chuàng)造巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，避免了拆撐時(shí)對(duì)環(huán)境的二次噪聲、粉塵污染及固態(tài)垃圾污染，實(shí)現(xiàn)了綠色施工。