樁土撐-重力壩組合式基坑支護(hù)體系研究

丁志強(qiáng) 鄭 洪 羅亞楠 衛(wèi)海亮 朱 強(qiáng) 王 昌

中國建筑第八工程局有限公司青島分公司 山東 青島 266100

1 工程概況

上海虹橋物流項(xiàng)目總占地面積43 000 m2，總建筑面積147 500 m2，地上8層，地下2層，總工期為335 d。基坑開挖深度為8.5 m，局部集水坑和電梯井超挖1.5～4.2 m。

本工程基坑支護(hù)體系南片區(qū)采用常規(guī)方法施工，即2道密集內(nèi)支撐。北片區(qū)采用國內(nèi)首次研發(fā)應(yīng)用的樁土撐-重力壩組合式基坑支護(hù)體系，并采用1道簡易內(nèi)支撐（圖1）。

圖1 樁土撐-重力壩組合式基坑支護(hù)體系

2 工藝原理

根據(jù)巖土彈塑性理論模型，通過真空管井持續(xù)疏干降水可使土體發(fā)揮半重力壩效應(yīng)。在此理論基礎(chǔ)上，本工藝的核心在于雙排圍護(hù)樁間土形成重力壩并與前后排圍護(hù)樁及樁間土頂部配筋混凝土連系板形成整體受力。通過貫入注漿斜鋼管撐避讓地下室結(jié)構(gòu)并根據(jù)壓桿穩(wěn)定受力模型，以受力情況為依據(jù)設(shè)計(jì)足夠的嵌入長度。

斜鋼管撐端部采用分瓣成品樁尖，注漿過程中確保注漿量及注漿壓力，在斜鋼管撐底端劈裂樁尖周圍土體形成擴(kuò)大頭。同時(shí)頂部與圍檁剛性連接，組合形成整體受力。斜鋼管撐頂部嵌入樁間土的部分與周圍固結(jié)后的土體綜合受力，相對于底部原狀土內(nèi)懸臂段形成半剛性支座；確保斜鋼管撐的受力效果，并有效約束其變形。

斜鋼管撐在注漿前預(yù)先將頂部切割并焊接端部盲板及加勁板，注漿完成后與后排配筋混凝土圍檁整體澆筑形成剛性節(jié)點(diǎn)（圖2、圖3）[1-4]。

3 技術(shù)優(yōu)勢分析

3.1 大幅降低工程量及造價(jià)

本基坑支護(hù)體系采用雙排圍護(hù)樁及斜鋼管撐，對基坑圍護(hù)薄弱部位有針對性地進(jìn)行加強(qiáng)；常規(guī)軟土地區(qū)挖深8 m左右的基坑采用雙道內(nèi)支撐的設(shè)計(jì)，首道內(nèi)支撐多為鋼筋混凝土內(nèi)支撐，第2道內(nèi)支撐常規(guī)采用混凝土結(jié)構(gòu)或鋼管斜拋撐。

圖2 樁土撐-重力壩組合式基坑支護(hù)體系平面示意

圖3 樁土撐-重力壩組合式基坑支護(hù)體系

樁土撐組合式基坑支護(hù)體系相對常規(guī)基坑支護(hù)體系使內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)混凝土、立柱樁節(jié)約40%。在相似地質(zhì)及基坑深度條件下，樁土撐基坑支護(hù)體系較常規(guī)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)方案節(jié)約造價(jià)20%～30%。

3.2 有效提高施工工效，節(jié)約工期

通過減少內(nèi)支撐工程量，縮短了常規(guī)多道內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)體系所需的立柱樁、鋼筋混凝土內(nèi)支撐施工時(shí)間、必要的結(jié)構(gòu)混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間及支撐破除施工時(shí)間。因采用本基坑支護(hù)體系可實(shí)現(xiàn)大敞開式開挖，不僅土方開挖及外運(yùn)的效率實(shí)現(xiàn)了最大化，也使地下室結(jié)構(gòu)施工可避免受到破除第2道內(nèi)支撐的影響，實(shí)現(xiàn)均衡連續(xù)施工。

3.3 安全性高，對周邊環(huán)境影響小

在樁土撐組合式結(jié)構(gòu)整體受力的基礎(chǔ)上，本體系通過真空管井不間斷疏干降水實(shí)現(xiàn)雙排圍護(hù)樁間土固結(jié)，發(fā)揮半重力壩效應(yīng)，進(jìn)一步提高了基坑的穩(wěn)定性。根據(jù)工程實(shí)踐應(yīng)用中的監(jiān)測報(bào)告數(shù)據(jù)并通過與采用常規(guī)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的相鄰地塊工程變形情況進(jìn)行對比分析，樁土撐組合式基坑支護(hù)體系具有基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形小、周邊管線位移及沉降量小、支撐結(jié)構(gòu)軸力均衡且安全系數(shù)高等特點(diǎn)。

3.4 提高質(zhì)量，節(jié)材環(huán)保

本結(jié)構(gòu)體系避免了常規(guī)坑內(nèi)鋼管斜拋撐貫穿地下室結(jié)構(gòu)外墻，并減少了格構(gòu)柱貫穿地下室結(jié)構(gòu)板等情況的發(fā)生，降低了地下室結(jié)構(gòu)墻、板等構(gòu)件發(fā)生滲漏的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，提高了地下室結(jié)構(gòu)實(shí)體成型質(zhì)量。

同時(shí)，本結(jié)構(gòu)體系相對常規(guī)基坑結(jié)構(gòu)體系工程量，減少了內(nèi)支撐鋼筋、混凝土、型鋼等各類材料的使用。通過實(shí)現(xiàn)大開敞式開挖，不但大幅提高了土方開挖效率，而且降低了噪聲及揚(yáng)塵影響，也契合了當(dāng)前建筑業(yè)綠色環(huán)保施工的理念。

3.5 永、臨結(jié)合，提供施工便道

重力壩上部配筋混凝土連系板在起到基坑支護(hù)作用的同時(shí)，經(jīng)計(jì)算處理可提供臨時(shí)便道，高于常規(guī)施工便道標(biāo)準(zhǔn)，且不額外占用場地，不增加任何成本。

4 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

4.1 工藝流程

雙排圍護(hù)樁打設(shè)→清障、定位放線→引孔→斜鋼管撐打設(shè)→斜鋼管撐封蓋和加勁板→壓力注漿→鉆機(jī)移位→圍檁及配筋混凝土連系板施工→內(nèi)支撐施工

4.2 工藝要點(diǎn)

4.2.1 雙排圍護(hù)樁打設(shè)

根據(jù)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，基坑圍護(hù)樁可采用SMW工法樁或鉆孔灌注樁；根據(jù)相應(yīng)工藝首先完成雙排圍護(hù)樁的打設(shè)。在正式施工前應(yīng)對圍護(hù)樁前后排距離、樁位進(jìn)行測量放線并復(fù)核。如采用鉆孔灌注樁，還應(yīng)在圍護(hù)樁打設(shè)完畢后進(jìn)行止水帷幕施工。

4.2.2 清障、定位放線

在正式打設(shè)前必須對表層障礙物，如石塊、凝結(jié)的砂漿塊、不明地下管線等進(jìn)行詳細(xì)的勘察、清障處理。在引孔設(shè)備就位前進(jìn)行定位放線，開挖導(dǎo)槽并在設(shè)計(jì)貫入點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場標(biāo)記，導(dǎo)槽寬度宜為1.2 m。土方開挖后及時(shí)進(jìn)行外運(yùn)。

4.2.3 引孔

采用斜向鉆機(jī)進(jìn)行引孔，鉆機(jī)就位并固定后采用角度尺對鉆桿角度進(jìn)行標(biāo)定。引孔角度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求的貫入角度，應(yīng)確保避讓地下室底板及外墻，角度宜在50°～65°范圍內(nèi)。引孔深度為2～3 m，鉆桿貫穿圍護(hù)樁之間。引孔孔徑應(yīng)大于斜鋼管撐外徑。

4.2.4 斜鋼管撐打設(shè)

斜鋼管撐樁尖安裝及接長過程中應(yīng)注意滿焊，鋼管運(yùn)輸過程在管長三等分點(diǎn)處設(shè)置2個(gè)吊點(diǎn)，保證鋼管運(yùn)輸?shù)陌踩０卜胚^程中由機(jī)械手拎起端部，挖機(jī)配合吊住另一端，協(xié)助機(jī)械手將鋼管調(diào)整到孔位。在鋼管下放過程中，以鉆孔機(jī)的傾斜角作為校正，下放過程中務(wù)必做到準(zhǔn)確、平穩(wěn)。

4.2.5 斜鋼管撐封蓋和加勁板

斜鋼管撐打設(shè)完畢后將圍檁節(jié)點(diǎn)以上的超長部分氣割切掉，之后在頂端下部200 mm處鋼管內(nèi)焊接封蓋鋼板，使得鋼管形成底端縫狀開口的空腔。在距頂端封蓋500 mm處鉆1個(gè)直徑60 mm的孔，預(yù)先組合的弧形鋼板與長150 mm注漿短管和鋼管貼合并四周圍焊。鋼質(zhì)注漿短管直徑50 mm，通過預(yù)先套絲與注漿管緊固連接。在封蓋鋼板對應(yīng)位置，于鋼管外側(cè)焊接加勁板加強(qiáng)，與鋼管四周滿焊。

4.2.6 壓力注漿

對進(jìn)場水泥進(jìn)行檢查和復(fù)試，水泥種類及強(qiáng)度等級應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。制備漿液前應(yīng)準(zhǔn)備好后臺設(shè)備，注漿鋼管在使用前應(yīng)檢查有無破裂和堵塞，接口處要牢固，防止注漿壓力加大時(shí)開裂跑漿。注漿時(shí)通過注漿泵加壓，低速注入孔底。注漿時(shí)分段注入，注漿量不小于設(shè)計(jì)要求。

4.2.7 鉆機(jī)移位

按照定位放線，移動(dòng)機(jī)器，重復(fù)以上操作。

4.2.8 圍檁及配筋混凝土連系板施工

注漿完畢后平整表層土體并夯實(shí)，清理圍護(hù)樁頂部多余混凝土。前后2排圍護(hù)樁頂圍檁、連系板鋼筋綁扎并整體澆筑、養(yǎng)護(hù)。

4.2.9 內(nèi)支撐施工

基坑內(nèi)表層土開挖后進(jìn)行內(nèi)支撐施工。內(nèi)支撐形成對撐，養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后開始下部土方開挖。因支撐下部無障礙物，土方開挖效率實(shí)現(xiàn)最大化，邊開挖邊施工地下室結(jié)構(gòu)。隨地下室各層結(jié)構(gòu)板按照設(shè)計(jì)要求的位置進(jìn)行換撐施工，換撐達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拆除內(nèi)支撐。

5 結(jié)語

本工程基坑為國內(nèi)首次采用樁土撐-重力壩組合式基坑支護(hù)體系，與同一工程的鄰近基坑常規(guī)支護(hù)體系對比，不僅可節(jié)省工期150 d，而且還降低成本753.81萬元。目前地下部分已經(jīng)施工完成，充分驗(yàn)證了該技術(shù)的安全性和可靠性[5-7]。