灌注桩＋前撑式注浆钢管基坑支护技术研究

张进联（五冶集团上海有限公司，上海 201900）

以上海梅陇镇某地块动迁安置房项目基坑工程为例，在工程紧邻地铁和住宅等重要建筑物的及软土地基的复杂情况下，本工程一层地下室基坑工程施工中，为确保施工质量和周边建、构筑物施工安全，采用了灌注桩＋前撑式注浆钢管＋水泥土搅拌桩基坑支护技术，与常规灌注桩＋水平内支撑相比，具有缩短工期、提高效率、节约成本的作用。通过该工艺的施工，为相类似环境下基坑支护技术的应用与研究提供了一定的借鉴。

1 工程概况

（1）本工程地下室施工基坑大致呈矩形，基坑总开挖面积约 76208 m2，基坑外圈围护周长约 1267 m。本工程基坑的参数如表 1 所示。

表1 基坑开挖汇总表

（2）基坑环境：本工程北侧是商业综合楼，现主体施工已经完成，商业综合楼地下室以北为地铁，住宅地下室距离15 号线地铁控制线最近为 66.5 m，距离地铁风井最近处为42.9 m。距离综合商业楼地下室外墙 9 m。东侧北段地下室距离用地红线 3.6～7.2 m，该侧红线外有较多 2～6 F 建筑，且场地标高较高，该位置保护要求较高。东侧南段是城市道路，地下室距离红线 5.0～10.9 m，道路下方有地下管线。

（3）地质简介：本次勘察所揭示拟建场地土层按其时代、成因、埋藏条件及物理力学性能等因素综合考虑地基土可分为 7 大层及若干亚层。各层地基土的特征如表 2 所示。

表2 基坑围护、降水设计参数表

基坑安全等级为三级，基坑东北侧环境保护等级为二级，其余侧均为三级。

2 工程特点及方案选择

2.1 工程特点

与灌注桩＋水平支撑支护技术相比，灌注桩＋前撑式注浆钢管支护技术，具有以下特点：①土方开挖基本不受作业空间影响，可分块同时开挖，节约工期；②不用做水平支撑，节约了水平支撑和立柱等材料，免除了水平支撑施工和拆除，节约了成本和工期；③前撑式注浆钢管材料用量较水平支撑大幅减少，且地下结构施工完后部分材料可回收利用，节约施工成本。④大面积基坑施工可根据现场工况灵活选择不同支撑形式，在保证安全情况下节约成本。

2.2 支护设计方案

基坑北、东两边采用灌注桩＋前撑式注浆钢管＋水泥土搅拌桩基坑支护，西、南两侧采用水泥土搅拌桩重力挡墙支护，坑内采用双轴水泥土搅拌桩墩式加固。基坑降水采用真空深井井点降水，降水深度确保地下水位位于开挖面以下 1.0 m。

2.3 支护设计参数

北侧基坑支护采用 11 m 长 Φ700@900 钻孔灌注桩＋Φ325 mm×8 mm 前撑式注浆钢管，采用 12 m 长Φ850 mm @1200 三轴搅拌桩作为止水帷幕，水泥掺量为20%，坑内采用 4 m 长 Φ700 mm 双轴搅拌桩作为坑内加固，压密注浆作为坑内加固与围护桩之间的补强。每孔每延米的注浆量，取水泥用量 120 kg。

前撑式注浆钢管杆体采用 Φ325 mm×8 mm钢管，长 22 m，插入水平倾角 45°，间距 4.0 m，单管水泥用量≥5 t。注浆浆液采用 P·O 42.5 级普通硅酸盐水泥，水灰比一般采用 0.55。前撑式注浆钢管支撑一端与混凝土冠梁有效结合，另一端插入基坑底部并进行注浆加固处理，角部采用钢管水平支撑。支护剖面如图 1 所示。

图1 支护剖面图

－1 F，无对撑，排桩设砼圈梁，局部设置角撑，其余位置采用斜撑，基坑支撑体系如表 3 所示。

表3 基坑支撑体系汇总表

3 前撑式注浆钢管施工要点

3.1 前撑式注浆钢管施工流程

施工顺序：沟槽开挖→平整施工区域场地→定位放线→振入钢管→灌注水泥浆→补浆→钢管与冠梁连接（浇筑冠梁、安装水平支撑）。

3.2 开挖沟槽、平整场地

由于现场场地标高高出冠梁顶标高，整个施工区域需开挖一条 50 cm 左右的沟槽，以便成孔施工。并且需平整出 5 m 左右宽的施工区域。

3.3 定位放线

按照图纸要求采用钢尺确定孔位以木桩或钢钎做为标记和编号，与基坑内桩基重合处做适当调整。

3.4 钢管加工和安装

钢管按照图纸进行加工，焊缝需饱满平顺，采用专用设备将钢管振入设计标高，钢管振入前应清除孔内虚土。在钢管安装过程中，以震动锤的倾斜角作为校正，严格控制成孔的位置和角度偏差，成孔倾角误差范围不大于 1%。安装过程中务必做到准确、均速、平稳。在安设完后应及时注浆。

3.5 灌注水泥浆

注浆钢管在使用前应检查有无破裂和堵塞，接口处要牢固，防止注浆压力加大时开裂跑浆。采用分段＋约束式注浆工艺，分三次注浆，第一次注浆量为设计注浆量的 60%，第二、三次注浆量为设计注浆量的 20%，每次注浆时间间隔 1.5～2.5 h，注浆流量控制在 20～30 L/min，注浆最终完成的标准以单根桩水泥用量控制（≥6.0 t）。注浆时通过注浆泵加压，灌入孔底后，缓慢拔出注浆管，然后进行下根桩注浆，间隔 1.5～2 h 再次对前一根桩重复注浆一次，直至砂浆饱满。

3.6 检测要求

进行钢管注浆桩静载荷试验确定单桩承载力，静载荷试验要求：①静载荷试验桩的数量：不少于 3 根。②变形按总沉降量 40 mm 控制。③加载方向及加载量：沿注浆钢管桩轴向方向加载；Φ 325 mm×8 mm 钢管设计最大加载量按照设计要求确定。④荷载分级要求：分 10 级加载，分级加载间隔时间为 1 h。

注浆钢管施工完成后，应进行承载性能检测，检测时间在注浆结束后不宜少于 28 d，钢管单桩承载力不应小于设计值。检测数量在同一条件下≥3 根，且不宜小于总桩数的1%；当注浆钢管总数在 50 根以内时，不应少于两根。

4 结 语

本工程地下结构已施工完毕，按照设计和施工规范要求，在基坑开挖及地下室结构施工期间，对建筑沉降及水平位移、坑外地表土体位移、周边地下管线位移、桩顶的垂直与水平位移、围护墙体测斜、支撑轴力、坑内外地下水位等项目进行监测，监测数据显示各项指标数据均在规范允许范围内，保证了施工围护结构及周边建、构筑物施工安全。

以本基坑支护工程为例，和灌注桩＋水平支撑支护相比，灌注桩＋前撑式注浆钢管支撑技术节约工期约 20%，降低支护造价约 25%，对于挖深－7.0 m 以内的上海地区大面积基坑施工，本工艺采用基坑支护技术优势较为明显。如果基坑开挖深度超过 9.0 m，则注浆钢管需增加长度或数量将增加较多，施工成本和施工安全均收到较大影响。