基于精準化往復注漿止水的大直徑鋼管圍護樁墻施工工藝

張潔龍 張阿晉

1. 上海建工房產有限公司 上海 200080；2. 上海建工集團工程研究總院 上海 201114

近年來，我國大中型城市核心區(qū)建設用地日趨減少，城市居民環(huán)保意識逐步加強，工程建設邊界條件極度嚴苛，對傳統(tǒng)臨時基坑工程建設技術提出了更高要求。如何突破富水軟土地區(qū)城市核心區(qū)基坑圍護結構面臨的緊鄰保護建（構）筑物、施工空間極度狹小、變形控制難度大、環(huán)保要求較高及施工工期高度壓縮等制約難題，并在此基礎上為地下空間預制裝配化建設進行探索研究，成為地下工程建設領域的技術熱點[1-3]。

因此，為了響應我國地下工程裝配化、綠色化建設需求，針對基坑工程傳統(tǒng)鋼管樁圍護結構止水效果差、施工精度低等缺點，在充分發(fā)揮鋼管樁圍護結構各向等強、抗彎剛度大、可回收利用等優(yōu)點的基礎上，探索具備高止水性能、低施工空間需求的新型高效化、裝配化及綠色化鋼管樁圍護結構施工工藝具有非常重要的研究意義和市場價值。

1 鋼管樁圍護止水方案比選

1.1 鋼管樁鎖扣止水

傳統(tǒng)鋼管樁止水主要依靠鎖扣接頭止水，該方法的主要原理是依托各類鎖扣連接接頭有效延長地下水的滲流路徑，減少鋼管樁兩側的水力梯度，進一步減少滲水量。常用鋼管樁鎖扣形式（圖1）主要有：CT型、LT型及CC型等。對于止水性能要求較高的基坑工程，可通過在接頭處注入止水材料，如水泥砂漿、膨潤土、黏土及聚氨酯等水硬性材料，提高接頭止水效果。

圖1 鋼管樁常用鎖扣形式

采用鎖扣接頭止水的鋼管樁，其止水性能主要取決于陰陽鎖扣的咬合程度及其密封程度，因此要求鎖扣接頭具有足夠的強度、剛度及一定的密封空間。

由于在實際施工過程中，鎖扣接頭存在變形的情況，不僅影響了陰陽鎖扣的咬合程度，而且大幅提高了注漿止水施工的難度，影響注漿材料在咬合部位的分布，使其止水效果大打折扣。

1.2 鋼管樁＋水泥土攪拌樁止水帷幕

鋼管樁除采用物理鎖扣接頭止水外，還可借助水泥土攪拌樁連續(xù)止水帷幕來達到管間止水的目的。依據(jù)水泥土攪拌樁止水帷幕的分布位置，主要分為2種：一種是水泥土攪拌樁止水帷幕分布在鋼管樁外圍〔圖2（a）〕，這種方式適用于圍護結構施工空間較大的基坑工程，鋼管樁圍護與水泥土攪拌樁止水帷幕可實現(xiàn)同步交叉施工，施工組織難度較低，且止水帷幕工程量較低；另一種是水泥土攪拌樁止水帷幕與鋼管樁圍護高度搭接施工〔圖2（b）〕，即先行施工2排（或3排）水泥土攪拌樁止水帷幕，再在水泥土強度較低時，及時插入鋼管樁完成圍護施工，這種方式多用于圍護結構施工空間受限的基坑工程。

圖2 鋼管樁+水泥土攪拌樁止水帷幕

鋼管樁結合水泥土攪拌樁止水帷幕的止水效果較多地依賴于水泥土攪拌樁的施工質量，由于現(xiàn)階段水泥土攪拌樁施工質量參差不齊，其止水效果控制難度較大，且對僅需管間止水的鋼管樁圍護結構而言，連續(xù)水泥土攪拌樁止水帷幕體系施工占地空間大，對施工空間的要求較高，工程建設成本較大，同時鋼管樁全斷面置于水泥土攪拌樁止水帷幕中，后期拔出阻力大幅增加，鋼管樁的循環(huán)再利用難度較大。

因此，在繼承傳統(tǒng)鋼管樁止水工藝優(yōu)勢的基礎上，擺脫鋼管樁鎖扣止水以增加繞流路徑為主、止水材料填充為輔的固有思維定勢，圍繞裝配化、精細化、綠色化施工理念，探索基于精準化往復注漿止水的鋼管圍護樁墻施工工藝及其成套施工技術，具有非常廣闊的市場應用前景。

2 基于精準化往復注漿止水的鋼管圍護樁墻工藝

2.1 工藝原理及優(yōu)點

基于精準化往復注漿止水的大直徑鋼管圍護樁墻施工工藝主要是依托鋼筋混凝土導墻（兼作支撐圍檁）將具備精準化往復注漿止水功能的鋼管樁通過多重內外套管承插連接形成圍護結構，及時施作水平及豎向支撐體系，進行土方開挖，并最終完成結構回筑。該工藝通過特有的鎖扣接頭（圖3），可依據(jù)水文地質情況，進行精準化、多次往復注漿止水，克服了傳統(tǒng)鎖扣補注漿止水施工難題，通過分地層精準化注漿，大幅降低了注漿工程量，提升了工程施工精細化水平，響應了我國工程施工綠色化建設理念。

圖3 鋼管樁結構示意

2.2 施工工藝流程

基于精準化往復注漿止水的大直徑鋼管圍護樁墻施工工藝主要包括鋼筋混凝土導墻（兼作圍檁）施工、鋼管樁主體打設、子鎖扣外套管施工、外套管內清孔、內套管施工、支撐體系施工、土方開挖及結構回筑等。

3 施工工藝關鍵技術

3.1 精準往復注漿止水鎖扣設計

為實現(xiàn)精準、往復注漿止水功能，本工藝摒棄了傳統(tǒng)鋼管樁主要依靠子母鎖扣物理咬合連接的止水方式，對傳統(tǒng)鎖扣接頭進行了系統(tǒng)性革新，具體表現(xiàn)在以下幾方面：

1）子鎖扣與鋼管樁采用承插接口形式連接，為后期精準化注漿施工提供了可行性，同時便于子鎖扣結構在施工過程中發(fā)生損壞時的及時更換。

2）子鎖扣與母鎖扣之間的土體在施工過程中予以保留，在充當部分阻水介質的同時，為子、母鎖扣連接提供了一定的設計冗余度，并降低了施工過程中的注漿量，進而減少子鎖扣更換過程中的摩擦阻力，為鎖扣接頭的周轉使用創(chuàng)造了有利條件。

3）子鎖扣結構包含外套管和內套管兩部分，內、外套管通過螺紋進行連接（圖4）。內、外套管表面均分布著止水注漿孔，該注漿孔的分布形式可依據(jù)工程水文地質情況進行調整，實現(xiàn)精準化按需注漿。其分布形式（圖5）主要有全斷面均勻分布、沿圓周方向螺旋狀分布或其他分布形式等，要求內外注漿孔采用等間距排列，以提升內、外套管的通用性和匹配率。通過螺紋可調整內、外套管注漿孔的對中與錯位，實現(xiàn)注漿狀態(tài)與非注漿狀態(tài)的自由切換，當內、外注漿管處于非注漿狀態(tài)時，可及時進行注漿管清洗，為往復注漿止水做好準備工作。

圖4 精準往復注漿止水子鎖扣結構示意

圖5 內外套管注漿孔分布示意

3.2 臨時導墻與支撐圍檁一體化施工技術

傳統(tǒng)鋼管樁圍護結構施工流程為先進行鋼管樁沉樁施工，再施工圍檁結構，該方法無法實現(xiàn)鋼管樁施工精度的有效控制。為了提升鋼管樁精準化施工水平，滿足子、母鎖扣套接施工須保證鋼管樁具有較高垂直度的要求，本工藝擬采用臨時導墻與支撐圍檁一體化施工技術，即先行施工臨時導墻，并預留鋼管樁及注漿孔洞，提高鋼管樁施工精確度；同時臨時導墻兼作水平支撐圍檁，因此臨時導墻結構設計應滿足土方開挖過程中水平支撐圍檁強度及剛度要求，并為鋼支撐或預制混凝土水平支撐構件與圍檁結構裝配化連接施工做好預埋件精準定位。

為了提升圍護結構施工效率，降低現(xiàn)場施工對周邊環(huán)境的影響，可采用臨時導墻預制裝配式施工，預制構件可考慮采用預埋灌漿套筒或UHPC連接技術。

3.3 鋼管樁自行走式沉樁施工技術

隨著我國城市更新速度的不斷加快，對大中型城市核心區(qū)既有地下結構的改造有著迫切的建設需求。但由于施工空間嚴重受限、工程施工對周邊居民影響嚴重及施工工期較短等制約因素，傳統(tǒng)鋼管樁施工工法如錘擊法、靜壓法及振動法施工等，面臨著越來越多的環(huán)境保護難題（如噪聲污染嚴重、占地空間大、擠土效應大、振動影響大等）且施工效率較低，無法滿足城市核心區(qū)狹小空間內鋼管樁高效化、綠色化施工要求。

為實現(xiàn)城市地下空間更新改造的現(xiàn)實要求，本工藝采用自行走式鋼管樁綠色化沉樁技術，即在臨時導墻上采用免共振沉樁技術先行施工數(shù)根鋼管樁，將動力單元、自行走式沉樁設備在已完成樁基頂部進行組裝，利用已完成樁基為后續(xù)鋼管樁沉入施工提供反力，且作為自行走式沉樁設備及待沉鋼管樁的移動及運輸軌道。該方法大大減少了鋼管樁沉樁施工空間需求，可在狹窄空間、低凈空區(qū)域進行施工，且充分利用支撐圍檁減少了臨時工程建設費用，社會、經(jīng)濟及環(huán)保效益突出，具有較好的應用前景。

4 結語

1）針對富水軟土地區(qū)鋼管樁圍護施工面臨的止水效果差、施工精度低等技術難題，深入分析傳統(tǒng)鋼管樁鎖扣止水、水泥土攪拌樁止水帷幕工藝缺點，提出了一種基于精準化往復注漿止水的大直徑鋼管圍護樁墻新型施工工藝。

2）該工藝通過特有的子、母鎖扣接頭設計，可依據(jù)工程水文地質情況，實現(xiàn)精準化按需注漿，并通過雙層子鎖扣結構注漿狀態(tài)與非注漿狀態(tài)的自由切換，實現(xiàn)鋼管樁圍護結構工作過程中的往復注漿止水，使得鋼管樁圍護結構止水功能的修復與增強成為可能。

3）通過臨時導墻與支撐圍檁一體化施工技術及鋼管樁狹窄區(qū)域低凈空自行走式沉樁施工技術，可有效提升鋼管樁圍護結構施工精度，減少鋼管樁施工空間需求，大大提升了鋼管樁圍護結構施工的綜合效益。