圍護體系結合坑內前撐注漿鋼管樁施工技術

芮 揚

上海建工七建集團有限公司 上海 200050

注漿鋼管斜拋撐是新型內支撐體系，施工方便，原材料工廠可預制化，施工中通過圈梁將注漿鋼管與圍護樁體結合成整體，受力性能較好，易于控制基坑變形[1-4]。結合工程實踐中監測反饋的信息，對注漿工藝進行改進，應用雙囊袋分階段遞進式注漿的創新技術，相較于常規的鉆孔灌注樁排樁圍護體系，其施工速度快，對環境污染小，經濟優勢明顯；相較于型鋼水泥土攪拌墻，對基坑變形的控制能力更強，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施工成本。

1 工程概況

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

項目基坑面積約11萬 m2，挖深達到5.75 m，為整體地下1層地下室?；又ёo體系采用三軸攪拌樁內插預制板樁形式，基坑四周采用鋼筋混凝土圈梁圍檁，圈梁、角撐和預制板樁組成受力整體。同時，在基坑內設置φ325 mm×8 mm前撐注漿鋼管斜撐，間距小于5 m，鋼管下部插入坑內土體中，上部錨入鋼筋混凝土圈梁，與三軸攪拌樁內插預制板樁形成完整的支護體系（圖1）。由于本工程2.5倍基坑開挖深度范圍內以粉性土為主，滲透系數大，透水性好，在動水條件下易產生流砂、管涌等現象。第③層淤泥質粉質黏土為淤泥質土，土質較為軟弱，具有較明顯的觸變及流變特性，受擾動土體強度極易降低。

圖1 圍護體系實景

2 三軸攪拌樁內插預制板樁工藝簡介

在軟土地區基坑中使用較多的SMW工法樁，可重復利用，在一般小面積基坑施工中施工便捷、經濟性適用較高，但其變形較大，對于環境要求等級較高的區域，適用效果不佳。

綜合考慮施工工期、經濟性及基坑環境保護要求等，預制混凝土板樁圍護結構剛度大，預制質量控制容易，經濟性好。使用預制鋼筋混凝土板樁水泥土攪拌墻技術能很好地解決SMW工法樁的相關問題。采用預制鋼筋混凝土板樁水泥土攪拌墻圍護體系，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插設預制鋼筋混凝土板樁，并根據不同環境條件選擇預制鋼筋混凝土板樁插設施工方法（靜壓邊樁機、履帶吊配合定位架）。

3 前撐注漿鋼管樁的特點及適用性分析

3.1 特點

1）注漿鋼管工廠化加工，構件質量易于控制，能有效減少對環境的影響。

2）注漿鋼管長度可根據基坑開挖深度、環境條件等因素選擇。

3）機械化施工，對環境的污染較小，且能縮減大量施工工期，施工過程中無噪聲污染，產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等措施費用。

4）有效突破基坑場地的限制，對場地條件適應性好，施工操作簡單。

5）根據基坑環境增加雙囊袋，大大提高了鋼管剛度，減小了基坑變形。

3.2 適應性分析

本施工技術適用于基坑深度不超過7 m，特別是相對環境保護要求高、場地有局限性的基坑圍護設計、施工。

4 施工工藝及操作要點分析

4.1 施工工藝原理

采用圍護體系結合坑內前撐注漿鋼管圍護體系進行機械化施工，先行施工圍護樁，圍護樁施工完成后利用振動錘施工注漿鋼管，注漿泵進行漿液注漿，根據不同環境條件調整注漿鋼管的角度，一般控制在45°～60°，對于軟土地基區域，注漿鋼管增設囊袋注漿工藝。注漿鋼管施工完成后進行圍護圈梁施工，圍護支撐強度達到設計強度的80%以上后進行土方開挖。注漿鋼管支撐區域采用島式挖土，先挖除坑邊寬8 m范圍的土方，待配筋墊層形成并達到養護強度后，再挖除中部土方，基礎底板及相應區域換撐完成且達到設計強度后拆除支撐，進行結構施工。

4.2 施工工藝流程

場地平整→圍護樁施工→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→灌漿→圈梁施工→土方開挖→配筋墊層施工→底板及換撐施工→注漿鋼管拆除、地下室結構施工

4.3 施工技術控制要點

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

2）鋼管注漿自下而上分點分段進行，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，每個孔外設置倒刺，倒刺采用10 mm×10 mm×3 mm角鋼，長15 mm，與鋼管滿焊連接，焊縫尺寸3 mm，同時輔助其他封閉措施，確保出漿孔的有效性。

3）注漿宜采用普通硅酸鹽水泥，水泥應新鮮無結塊，注漿漿液應攪拌均勻，隨攪隨用，并在初凝前用完；注漿時通過注漿泵加壓，低速注入，流量不宜超過40 L/min，在砂性土、粉土中壓力應不超過2 MPa，在黏性土中壓力應不超過1 MPa。注漿漿液水灰比0.5～0.6，單根樁水泥用量按照設計值進行施工，注漿完成后鋼管內填滿20～40 mm級配碎石，并用純水泥漿液灌滿。

4）注漿鋼管施工完成且養護后，應委托有資質的單位進行鋼管注漿樁靜載荷試驗，確定單樁承載力。

5）支撐強度須達到設計強度80%方可開挖，土方開挖應遵循先撐后挖、限時支撐、嚴禁超挖的原則，無支撐暴露時間控制在8 h之內，無支撐暴露長度不大于30 m。開挖應按照分層、分段、分塊、平衡、限時的方法確定順序，基坑分層開挖厚度不應大于4 m，臨時邊坡坡度不大于1∶1.5（暗浜區域臨時邊坡坡度不大于1∶2.0）。

6）土方開挖采用島式挖土，先挖除坑邊8 m土方，待配筋墊層形成并達到養護強度后再挖除中部土方。配筋墊層設計厚度不應小于200 mm，一端應澆筑至圍護樁邊，另一端從前撐樁入土點外延2～4 m，并在開挖完成后8 h內澆筑完成，注漿鋼管與墊層應可靠連接（圖2）。在坑邊配筋墊層施工完畢且養護不少于3 d后，方可大面積分塊分層開挖，開挖流程應根據圍護結構特點及環境制定合理方案。

圖2 注漿鋼管與配筋墊層連接效果圖

7）對于軟土地基區域，通過在注漿鋼管上增設雙囊袋提供剛度，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次注漿時把雙氣囊放于底部，上氣囊打開，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次注漿時氣囊上提3 m，雙氣囊同時打開，注漿量為2桶；第3次注漿時氣囊上提4 m，雙氣囊同時打開，注漿量為2桶；第4次注漿時氣囊上提3 m，雙氣囊同時打開，注漿量為2桶。

9）支撐拆除應在相應區域換撐形成且達到設計強度后進行，對基坑變形要求比較高的位置需要待頂板換撐完成后再進行拆除。

支撐拆除可根據支撐布置形式及結構施工流程分區、分塊進行，具體各分區拆除時間、順序應結合圍護設計意見。前撐注漿鋼管穿底板結構部位需重點處理，以確保結構體系的防水要求（圖3）。

圖3 注漿鋼管穿底板部位封堵效果圖

4.4 質量控制要點

1）對于前撐注漿鋼管，施工前檢驗應包括原材料質量、鋼管尺寸和施工機械設備；施工檢驗包括定位及安放質量、鋼管焊接質量、連接節點質量和注漿量；施工后檢驗包括前撐注漿鋼管的承載性能試驗。其中，原材料質量、鋼管尺寸、鋼管焊接質量、注漿量及前撐樁承載性能試驗為主控項目，其余為一般項目。

2）對砂、石子、水泥、鋼材等原材料質量的檢驗項目和方法應符合國家現行有關標準的規定。

3）注漿鋼管施工完成后，應進行承載性能檢測，檢測時間宜在注漿結束28 d后，鋼管單樁承載力不應小于設計值。靜載荷試驗時，樁的數量為總樁數的1%且不少于3根，變形按總沉降量30 mm控制；加載時沿注漿鋼管樁軸向，設計最大加載量為600 kN。

5 緊鄰在建地鐵的軟土超大基坑施工技術

5.1 基坑施工部署

本工程的地下結構幾乎占滿了整個基地，圍護體邊線與圍墻的距離最小為2 m。其中，場地除東側靠近云山路一側有規劃綠地位置可供臨時使用外，其他方向的地面非常小，給現場施工帶來一定的難度。施工中需策劃好頂板道路問題，保證有條不紊，順利生產。

基坑東側有在建的軌交14號線，盾構邊線與本基坑最短距離為25 m。根據地鐵公司要求，需在地鐵盾構到達本項目附近前完成其鄰近50 m范圍內的地下室結構施工。因此，本項目施工分5個區。

其中，Ⅰ區為地鐵影響線范圍內施工區域，確保在地鐵盾構掘進至本項目前完成地下室結構施工。項目需要充分利用時間與空間效應，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

根據業主設計資料及分塊開挖工況，現場已設置3個施工大門，但在施工過程中發現大門具有一定的局限性。已有的3個大門，分別為北側碧云路上2個大門（1#、2#）和南側明月路上1個大門（3#）。這3個大門與1區距離較遠，挖土運輸距離較長，因此，在云山路明月路路口處新增1個大門（4#）用于開挖及人員進出，加快了出土速度。

5.3 土方開挖分塊流程

土方開挖時分塊之間放坡留土，流水作業，加強基坑變形控制和環境保護工作。按后澆帶先后順序劃分5個區24小塊。具體順序為：Ⅰ區→Ⅱ區→Ⅲ區→Ⅳ區→Ⅴ區（每個區施工時，先開挖前撐式注漿鋼管樁區域即坑邊6 m寬區域，待反壓鋼板、配筋墊層施工完畢并養護后，再開挖中心區域土方），每個區內采用跳倉開挖的施工方式。每個區開挖到底后立即澆筑墊層，在中心區域墊層澆筑完成后再開挖另一區的中心區域，做到分區、分塊地施工地下室底板及地下結構。

考慮到施工場地、施工道路布置及材料周轉的需要，Ⅰ區、Ⅱ區、Ⅲ區每個區到底后立即澆筑墊層，在中心區域墊層澆筑完成后再開挖另一區的中心區域，Ⅲ區頂板施工完成后再進行Ⅳ土方開挖。同樣，Ⅴ區也在Ⅳ區頂板施工完成后，由中間向南北兩處大門區域進行土方開挖。

5.4 地下結構施工階段組織控制

在圍護樁與圍墻距離狹窄的區域采用施工機械手分段插入施工，距離圍護體較近的圍墻在最初搭設階段采用彩鋼板施工。在該區域圍護體施工時將彩鋼板圍墻拆除，待圍護施工完成后，將該區域圍墻采用項目部統一標準進行修繕，保證施工質量及工期的實現。

在地下施工階段，對基坑采取分塊施工，并將后施工的分塊作為臨時施工道路及材料周轉場地，基礎階段根據供料計劃，隨到隨入坑，并動態調整堆場，實現坑內材料近距離供給。

對挖土和頂板施工順序進行合理規劃，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區施工區在四周區域頂板養護完成后進行施工（重車行走道路底部頂板排架驗算后搭設且不拆除），并將中間連接南北兩側大門位置區域的Ⅴ區最后開挖，以保證場內道路的布置及材料的周轉場地需要。

地下室挖土、底板、墻頂板分區、分塊、分階段進行，在總進度計劃不變的條件下，科學有效地利用搭接施工，創造施工操作場地，彌補周邊交通通行條件差、周轉場地小等不足。

6 施工監測反饋

通過對注漿鋼管設置囊袋并優化相關構造，提高了注漿鋼管的剛度和與地層的錨固力。

基坑開挖過程中，外部緊鄰的煤氣管沉降小于6 mm（圍護設計要求控制范圍小于10 mm），圍護體測斜小于15 mm。在拆除鋼管樁和地下室反筑回填后，整體測斜不超過40 mm，滿足圍護設計控制要求。

7 結語

注漿鋼管斜拋撐支撐的圍護形式可以解決圍護靠近紅線的問題。本工程圍護體系中支護結構采用了三軸攪拌樁內插預制板樁的形式，預制板樁施工過程中容易擠壓三軸攪拌樁，從而對周邊環境產生一定的影響，在施工中需采取一定辦法減少板樁施工的擠壓效應，合理控制三軸攪拌樁的水灰比和板樁實施的時間段，以達到較好的實施效果。這個問題也可以作為后續其他類似工程實踐中提升改進的研究點。

結合攪拌樁內置混凝土板樁和坑內前撐注漿鋼管的新型圍護施工工藝，很好地克服了場地外側區域受限的不利施工條件，實現了圍護結構預制裝配化的施工理念。本工程在施工實踐的基礎上，總結出上海軟土地基基坑注漿斜拋撐承載力的優化措施及不利因素，提煉出一套施工控制技術方法和經驗，為后續類似圍護設計和施工提供了大量的數據和實例支撐。