围护体系结合坑内前撑注浆钢管桩施工技术

芮 扬

上海建工七建集团有限公司 上海 200050

注浆钢管斜抛撑是新型内支撑体系，施工方便，原材料工厂可预制化，施工中通过圈梁将注浆钢管与围护桩体结合成整体，受力性能较好，易于控制基坑变形[1-4]。结合工程实践中监测反馈的信息，对注浆工艺进行改进，应用双囊袋分阶段递进式注浆的创新技术，相较于常规的钻孔灌注桩排桩围护体系，其施工速度快，对环境污染小，经济优势明显；相较于型钢水泥土搅拌墙，对基坑变形的控制能力更强，在大面积软土深基坑施工中适用性好，能一定程度减少围护施工成本。

1 工程概况

某住宅项目位于上海市浦东新区，包括6栋高层住宅、32栋多层住宅和整体地下车库等。总建筑面积为19.6万 m2，地上建筑面积约10万 m2，地下建筑面积9.6万 m2。

项目基坑面积约11万 m2，挖深达到5.75 m，为整体地下1层地下室。基坑支护体系采用三轴搅拌桩内插预制板桩形式，基坑四周采用钢筋混凝土圈梁围檩，圈梁、角撑和预制板桩组成受力整体。同时，在基坑内设置φ325 mm×8 mm前撑注浆钢管斜撑，间距小于5 m，钢管下部插入坑内土体中，上部锚入钢筋混凝土圈梁，与三轴搅拌桩内插预制板桩形成完整的支护体系（图1）。由于本工程2.5倍基坑开挖深度范围内以粉性土为主，渗透系数大，透水性好，在动水条件下易产生流砂、管涌等现象。第③层淤泥质粉质黏土为淤泥质土，土质较为软弱，具有较明显的触变及流变特性，受扰动土体强度极易降低。

图1 围护体系实景

2 三轴搅拌桩内插预制板桩工艺简介

在软土地区基坑中使用较多的SMW工法桩，可重复利用，在一般小面积基坑施工中施工便捷、经济性适用较高，但其变形较大，对于环境要求等级较高的区域，适用效果不佳。

综合考虑施工工期、经济性及基坑环境保护要求等，预制混凝土板桩围护结构刚度大，预制质量控制容易，经济性好。使用预制钢筋混凝土板桩水泥土搅拌墙技术能很好地解决SMW工法桩的相关问题。采用预制钢筋混凝土板桩水泥土搅拌墙围护体系，其挡土与止水一体化施工，先行施工搅拌桩，后在水泥土搅拌墙内插设预制钢筋混凝土板桩，并根据不同环境条件选择预制钢筋混凝土板桩插设施工方法（静压边桩机、履带吊配合定位架）。

3 前撑注浆钢管桩的特点及适用性分析

3.1 特点

1）注浆钢管工厂化加工，构件质量易于控制，能有效减少对环境的影响。

2）注浆钢管长度可根据基坑开挖深度、环境条件等因素选择。

3）机械化施工，对环境的污染较小，且能缩减大量施工工期，施工过程中无噪声污染，产生的搅拌桩置换土可在硬化后作为施工便道基层，一定程度上减少了泥浆外运等措施费用。

4）有效突破基坑场地的限制，对场地条件适应性好，施工操作简单。

5）根据基坑环境增加双囊袋，大大提高了钢管刚度，减小了基坑变形。

3.2 适应性分析

本施工技术适用于基坑深度不超过7 m，特别是相对环境保护要求高、场地有局限性的基坑围护设计、施工。

4 施工工艺及操作要点分析

4.1 施工工艺原理

采用围护体系结合坑内前撑注浆钢管围护体系进行机械化施工，先行施工围护桩，围护桩施工完成后利用振动锤施工注浆钢管，注浆泵进行浆液注浆，根据不同环境条件调整注浆钢管的角度，一般控制在45°～60°，对于软土地基区域，注浆钢管增设囊袋注浆工艺。注浆钢管施工完成后进行围护圈梁施工，围护支撑强度达到设计强度的80%以上后进行土方开挖。注浆钢管支撑区域采用岛式挖土，先挖除坑边宽8 m范围的土方，待配筋垫层形成并达到养护强度后，再挖除中部土方，基础底板及相应区域换撑完成且达到设计强度后拆除支撑，进行结构施工。

4.2 施工工艺流程

场地平整→围护桩施工→沟槽开挖→桩位测放→钢管管体加工→钢管打设→钢管注浆→碎石填充→灌浆→圈梁施工→土方开挖→配筋垫层施工→底板及换撑施工→注浆钢管拆除、地下室结构施工

4.3 施工技术控制要点

1）注浆钢管材料的下料长度允许偏差为50 mm，使用前应清除油污、锈斑。钢管宜采用套管焊接，套管长度不应小于0.5倍桩径，型钢或钢构件宜采用钢板、角钢等焊接，如临空段焊接接头，连接套管的长度应加长1倍桩径。

2）钢管注浆自下而上分点分段进行，注浆钢管坑底段分段注浆，分段间距不大于3.0 m，梅花形布置，注浆孔直径8～10 mm，每个孔外设置倒刺，倒刺采用10 mm×10 mm×3 mm角钢，长15 mm，与钢管满焊连接，焊缝尺寸3 mm，同时辅助其他封闭措施，确保出浆孔的有效性。

3）注浆宜采用普通硅酸盐水泥，水泥应新鲜无结块，注浆浆液应搅拌均匀，随搅随用，并在初凝前用完；注浆时通过注浆泵加压，低速注入，流量不宜超过40 L/min，在砂性土、粉土中压力应不超过2 MPa，在黏性土中压力应不超过1 MPa。注浆浆液水灰比0.5～0.6，单根桩水泥用量按照设计值进行施工，注浆完成后钢管内填满20～40 mm级配碎石，并用纯水泥浆液灌满。

4）注浆钢管施工完成且养护后，应委托有资质的单位进行钢管注浆桩静载荷试验，确定单桩承载力。

5）支撑强度须达到设计强度80%方可开挖，土方开挖应遵循先撑后挖、限时支撑、严禁超挖的原则，无支撑暴露时间控制在8 h之内，无支撑暴露长度不大于30 m。开挖应按照分层、分段、分块、平衡、限时的方法确定顺序，基坑分层开挖厚度不应大于4 m，临时边坡坡度不大于1∶1.5（暗浜区域临时边坡坡度不大于1∶2.0）。

6）土方开挖采用岛式挖土，先挖除坑边8 m土方，待配筋垫层形成并达到养护强度后再挖除中部土方。配筋垫层设计厚度不应小于200 mm，一端应浇筑至围护桩边，另一端从前撑桩入土点外延2～4 m，并在开挖完成后8 h内浇筑完成，注浆钢管与垫层应可靠连接（图2）。在坑边配筋垫层施工完毕且养护不少于3 d后，方可大面积分块分层开挖，开挖流程应根据围护结构特点及环境制定合理方案。

图2 注浆钢管与配筋垫层连接效果图

7）对于软土地基区域，通过在注浆钢管上增设双囊袋提供刚度，减小基坑变形。双囊袋位于注浆钢管底部，囊袋长6 m、宽1 m，间距1 m，注浆压力0.5～1 MPa。

8）一般情况下，典型工程囊袋注浆共分4次注浆。第1次注浆时把双气囊放于底部，上气囊打开，注浆量为3桶（1桶为0.5 t水泥，水灰比为0.5～0.6；每次注浆2桶间歇10 min）；第2次注浆时气囊上提3 m，双气囊同时打开，注浆量为2桶；第3次注浆时气囊上提4 m，双气囊同时打开，注浆量为2桶；第4次注浆时气囊上提3 m，双气囊同时打开，注浆量为2桶。

9）支撑拆除应在相应区域换撑形成且达到设计强度后进行，对基坑变形要求比较高的位置需要待顶板换撑完成后再进行拆除。

支撑拆除可根据支撑布置形式及结构施工流程分区、分块进行，具体各分区拆除时间、顺序应结合围护设计意见。前撑注浆钢管穿底板结构部位需重点处理，以确保结构体系的防水要求（图3）。

图3 注浆钢管穿底板部位封堵效果图

4.4 质量控制要点

1）对于前撑注浆钢管，施工前检验应包括原材料质量、钢管尺寸和施工机械设备；施工检验包括定位及安放质量、钢管焊接质量、连接节点质量和注浆量；施工后检验包括前撑注浆钢管的承载性能试验。其中，原材料质量、钢管尺寸、钢管焊接质量、注浆量及前撑桩承载性能试验为主控项目，其余为一般项目。

2）对砂、石子、水泥、钢材等原材料质量的检验项目和方法应符合国家现行有关标准的规定。

3）注浆钢管施工完成后，应进行承载性能检测，检测时间宜在注浆结束28 d后，钢管单桩承载力不应小于设计值。静载荷试验时，桩的数量为总桩数的1%且不少于3根，变形按总沉降量30 mm控制；加载时沿注浆钢管桩轴向，设计最大加载量为600 kN。

5 紧邻在建地铁的软土超大基坑施工技术

5.1 基坑施工部署

本工程的地下结构几乎占满了整个基地，围护体边线与围墙的距离最小为2 m。其中，场地除东侧靠近云山路一侧有规划绿地位置可供临时使用外，其他方向的地面非常小，给现场施工带来一定的难度。施工中需策划好顶板道路问题，保证有条不紊，顺利生产。

基坑东侧有在建的轨交14号线，盾构边线与本基坑最短距离为25 m。根据地铁公司要求，需在地铁盾构到达本项目附近前完成其邻近50 m范围内的地下室结构施工。因此，本项目施工分5个区。

其中，Ⅰ区为地铁影响线范围内施工区域，确保在地铁盾构掘进至本项目前完成地下室结构施工。项目需要充分利用时间与空间效应，在满足基坑安全的条件下，完成支撑和挖土工作。

5.2 出土方式分析

根据业主设计资料及分块开挖工况，现场已设置3个施工大门，但在施工过程中发现大门具有一定的局限性。已有的3个大门，分别为北侧碧云路上2个大门（1#、2#）和南侧明月路上1个大门（3#）。这3个大门与1区距离较远，挖土运输距离较长，因此，在云山路明月路路口处新增1个大门（4#）用于开挖及人员进出，加快了出土速度。

5.3 土方开挖分块流程

土方开挖时分块之间放坡留土，流水作业，加强基坑变形控制和环境保护工作。按后浇带先后顺序划分5个区24小块。具体顺序为：Ⅰ区→Ⅱ区→Ⅲ区→Ⅳ区→Ⅴ区（每个区施工时，先开挖前撑式注浆钢管桩区域即坑边6 m宽区域，待反压钢板、配筋垫层施工完毕并养护后，再开挖中心区域土方），每个区内采用跳仓开挖的施工方式。每个区开挖到底后立即浇筑垫层，在中心区域垫层浇筑完成后再开挖另一区的中心区域，做到分区、分块地施工地下室底板及地下结构。

考虑到施工场地、施工道路布置及材料周转的需要，Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区每个区到底后立即浇筑垫层，在中心区域垫层浇筑完成后再开挖另一区的中心区域，Ⅲ区顶板施工完成后再进行Ⅳ土方开挖。同样，Ⅴ区也在Ⅳ区顶板施工完成后，由中间向南北两处大门区域进行土方开挖。

5.4 地下结构施工阶段组织控制

在围护桩与围墙距离狭窄的区域采用施工机械手分段插入施工，距离围护体较近的围墙在最初搭设阶段采用彩钢板施工。在该区域围护体施工时将彩钢板围墙拆除，待围护施工完成后，将该区域围墙采用项目部统一标准进行修缮，保证施工质量及工期的实现。

在地下施工阶段，对基坑采取分块施工，并将后施工的分块作为临时施工道路及材料周转场地，基础阶段根据供料计划，随到随入坑，并动态调整堆场，实现坑内材料近距离供给。

对挖土和顶板施工顺序进行合理规划，总体考虑由东向西、由两边往中间。由于本工程基坑跨度比较大，中间Ⅳ、Ⅴ区施工区在四周区域顶板养护完成后进行施工（重车行走道路底部顶板排架验算后搭设且不拆除），并将中间连接南北两侧大门位置区域的Ⅴ区最后开挖，以保证场内道路的布置及材料的周转场地需要。

地下室挖土、底板、墙顶板分区、分块、分阶段进行，在总进度计划不变的条件下，科学有效地利用搭接施工，创造施工操作场地，弥补周边交通通行条件差、周转场地小等不足。

6 施工监测反馈

通过对注浆钢管设置囊袋并优化相关构造，提高了注浆钢管的刚度和与地层的锚固力。

基坑开挖过程中，外部紧邻的煤气管沉降小于6 mm（围护设计要求控制范围小于10 mm），围护体测斜小于15 mm。在拆除钢管桩和地下室反筑回填后，整体测斜不超过40 mm，满足围护设计控制要求。

7 结语

注浆钢管斜抛撑支撑的围护形式可以解决围护靠近红线的问题。本工程围护体系中支护结构采用了三轴搅拌桩内插预制板桩的形式，预制板桩施工过程中容易挤压三轴搅拌桩，从而对周边环境产生一定的影响，在施工中需采取一定办法减少板桩施工的挤压效应，合理控制三轴搅拌桩的水灰比和板桩实施的时间段，以达到较好的实施效果。这个问题也可以作为后续其他类似工程实践中提升改进的研究点。

结合搅拌桩内置混凝土板桩和坑内前撑注浆钢管的新型围护施工工艺，很好地克服了场地外侧区域受限的不利施工条件，实现了围护结构预制装配化的施工理念。本工程在施工实践的基础上，总结出上海软土地基基坑注浆斜抛撑承载力的优化措施及不利因素，提炼出一套施工控制技术方法和经验，为后续类似围护设计和施工提供了大量的数据和实例支撑。