預制構件復合水泥土攪拌樁墻在基坑圍護中的應用

成克錦

1. 上海建工四建集團有限公司 上海 201103；2. 上海建筑改建與持續利用工程技術研究中心 上海 201103

1 預制構件復合水泥土攪拌樁墻簡介

常規的型鋼水泥土攪拌墻（SMW）具有型鋼可回收利用、施工工藝成熟、短工期內成本低等優點；但抗彎剛度相對較弱，在基坑規模大、施工周期較長時，經濟性優勢不明顯，且型鋼拔除后樁體內部空隙需要處理。基于此，提出了采用鋼筋混凝土預制構件代替SMW工法樁中型鋼的新型圍護體形式[1]，其材料消耗少、綜合造價低、施工效率高、環境影響小，特別適合挖深10 m左右的基坑工程。

1.1 工藝原理

預制構件復合水泥土攪拌樁墻（圖1）類似于SMW工法樁，不同之處在于插入水泥土攪拌樁中的材料，前者是鋼筋混凝土預制構件[2-4]，后者是H型鋼。

圖1 預制構件復合水泥土攪拌樁墻剖面

1.2 工藝流程

預制構件復合水泥土攪拌樁墻施工工藝流程與H型鋼SMW工法樁基本相同，差別在于插入的是預制構件，增加了構件制作環節。

具體工藝流程如下：場地清障、場地平整→測量放樣→開挖溝槽、設置導架與定位→樁機就位→水泥漿液制備→噴漿、攪拌成樁→預制構件質量檢查→預制構件吊裝、定位→插預制構件→清理溝槽內泥漿→整理施工記錄→施工完成。

2 項目應用介紹

2.1 工程概況

上海華力芯片生產線項目位于上海市浦東新區康橋工業區南區，場地東至規劃中的良虹路、南至古恩路、北至古博路、西至北橫河。項目總用地面積426 367 m2，建筑面積450 700 m2，主要建筑為F1生產廠房及支持區、C1動力廠房、E1工程調度樓、P1研發樓、P3倒班宿舍，以及廢水處理站、變電站、柴油發電機、倉庫等單位工程（圖2）。其中，地上建筑面積396 510 m2，地下建筑面積54 190 m2。

圖2 上海華力芯片生產線項目平面示意

2.2 地質條件

基坑開挖深度范圍內土層分布：①素填土及局部分布的②層浜底淤泥，③層淤泥質黏性土及③夾層粉層砂與黏土互層，④層淤泥質黏性土。其中第③、④層淤泥質黏性土厚度大，其土層飽和，為流塑狀軟土，土的物理力學指標較差。

2.3 圍護設計

本項目有8個建（構）筑物且設有地下1層，根據開挖深度不同：3個單體（T1、S1、D1）采用自然放坡形式；2個單體（P1、E1）采用水泥土攪拌樁重力壩形式；3個單體（F1、C1、P3）采用預制構件復合水泥土攪拌樁墻。

F1、C1、P3這3個單體基坑及圍護形式具體情況如下：

1）F1生產廠房支持區基坑面積約3 500 m2，基坑延長約275 m，開挖深度6.8 m；C1動力廠房基坑面積約12 700 m2，基坑延長約469 m，開挖深度6.60 m；P3地下車庫基坑面積約18 615 m2，基坑延長約576 m，開挖深度為5.95～6.85 m。基坑安全等級為三級。

2）F1、C1、P3這3個單體基坑采用三軸攪拌樁φ850 mm@600 mm，搭接250 mm，水泥摻量20%（暗浜處調至25%），水灰比1.5～2.0，內插C30預制混凝土構件650 mm×300 mm，密插形式（圖3）。樁長度：C1動力廠房為15.0 m和19.0 m，F1廠房為15.0 m，P3地庫為15.0 m。插入比分別為1∶1.50、1∶1.43、1∶1.41。支撐體系采用工具式預應力魚腹梁鋼結構內支撐。

圖3 預制方樁剖面及截面尺寸示意

3 關鍵施工技術介紹

3.1 水泥土攪拌樁施工

水泥土攪拌樁施工時必須按照SMW工法樁規定的成樁順序和工藝要求進行（圖4），其中陰影部分為重復套鉆，以保證墻體的連續性和接頭的施工質量，三軸水泥攪拌樁的搭接以及施工設備的垂直度補救依靠重復套鉆來保證，以達到止水的作用。

圖4 三軸攪拌樁施工順序（套打連接）

3.2 預制構件吊裝施工

按設計圖紙加工預制構件前，制訂吊裝方法，對構件進行吊裝驗算。構件進場后，除常規要求外，需關注樁頂甩筋長度是否滿足要求。由于預制構件頂標高低于地面，因此需根據樁頂標高要求，在甩筋處焊接φ12 mm、L=4 m的鋼筋，用于控制下沉標高。預制樁寬度650 mm一側畫出中線，作為插入時垂直度控制依據。現場吊裝時采用50 t履帶吊，起吊時采用兩點起吊法，預制構件插入時采用單點起吊法。

3.3 過程控制關鍵技術

1）成樁順序和工藝及質量標準，除與常規SMW套打工藝相同外，主要采用二噴二攪工藝，考慮預制樁體積與型鋼的差異和擠壓效應，成孔深度較設計要求略深100 mm左右為宜。

2）預制樁插入時間：三軸樁成孔結束后30 min內，預制樁依靠自重插入下沉。

3）預制樁插入采用單點起吊，構件拉毛倒置于上方，在溝槽上方設定好型鋼定位卡，以固定預制構件平面位置，并對垂直度進行控制。

4）測量預制構件標高，宜低于設計控制值100 mm。

5）待三軸樁硬化后，去除吊筋與型鋼的連系。

6）檢查與驗收時，對已插入的預制樁，重點檢查標高控制情況，尤其檢查已完成的相鄰樁的標高變動情況，對上浮高于200 mm的樁采用振動錘再次送入（圖5）。

圖5 預制構件插入完成后施工現場

3.4 存在的問題及解決措施

1）標高控制問題：3個基坑工程的圍護分批施工，在進行第1個基坑工程施工時，由于設計標高要求，預制樁下插需送樁至地面下2 500 mm以上，再加上對排土效應預估不足，出現一定數量的標高偏差，約占總根數的25%，未達標高范圍在300～1 500 mm之間，其中13根樁高出1 000 mm以上。經設計單位復核，作坑底補樁處理。其余樁的偏差，根據分布情況和相鄰樁的關系以及受力分析，基本滿足要求，不作處理。在后續的2個基坑工程中，首先對場地標高進行大面積卸土處理，使之基本達到與樁頂標高一致，并比設計鉆孔深度超鉆200 mm，預留上浮量，再同時對前后受擠壓上浮超出標高的樁及時進行復壓處理。另外，及時對溝槽內的泥漿進行排放。通過上述措施的實施，后續2個基坑工程圍護頂標高得到較好的控制，標高誤差基本控制在100 mm范圍內。

2）工效問題：φ850 mm成孔與650 mm×300 mm斷面預制構件的匹配度余量較小，造成預制樁下沉緩慢，常規每天僅完成14根，尤其是最后幾幅更為明顯。經與設計單位溝通，三軸孔徑由φ850 mm改為φ900 mm，修改后的方案較之前能夠更順利地實施，相應的也提高了施工工效。

4 實施效果

3個基坑工程采用預制構件復合水泥土攪拌樁墻作為圍護體，在基坑開挖施工的整個過程中，經過156次的監測，墻頂沉降最大值13.3 mm，墻體最大水平位移128 mm，深層水平位移最大值59.5 mm，盡管個別數據超出設計限值，但未發現有滲水痕跡，說明圍護體的施工質量和剛度達到預期效果。

5 結語

預制構件復合水泥土攪拌樁墻作為新型圍護體，優點明顯，但在施工過程中還存在有待完善的地方，如標高控制問題和工效問題等。對于該新工藝今后的發展，筆者有以下幾點想法和建議：

1）今后在進行預制構件的截面設計時，可以考慮預制樁斷面改為兩側開槽或中間空腹等形式，可以較好地克服排土效應，更方便樁頂標高控制，當然構件加工成本也有待進一步考慮。

2）可對泥漿水灰比與排土效應的關系進行進一步分析和優化。

3）簡易的操作工具有待配套，如送樁、復壓、標高桿和擱置等。

4）編制相應的推薦標準和規定。