前撐式注漿鋼管在基坑支護中的研究與應用

洪雷，王軍，劉承靈 （中建四局第六建筑工程有限公司，江蘇 蘇州 215000）

0 前言

隨著城市的不斷發展，城市地下空間不斷擴張，地下空間的深度也是越來越深，這對施工的技術及難度提出了新的挑戰。地下空間的深度影響著基坑的圍護形態。目前，在施工領域存在著各種基坑圍護形式，但每種形式都存在著各自的優缺點。因而，對基坑圍護形態在設計方面進行合理的選擇并優化可取得不同的效果與效益。前撐式注漿鋼管支撐是目前上海出現的一種新型的基坑支護形式。主要是通過將鋼管斜向壓入基底持力層，通過與懸臂式基坑支護形式連接，依靠注漿后增大土摩力來實現基坑穩定性。前撐注漿鋼管基坑支撐體系與傳統的支護形式不同，其最大的優勢：①支護先行施工，支護鋼管在開挖前進行施工，后期直接可進行土方開挖；②采用前撐式注漿鋼管價格相較于其他支護形式較為低廉；③前撐式注漿管管對土方開挖的干擾較小，便于挖土，可一挖到底；④前撐鋼管在土方開挖完成后可回收處理。

1 工藝特點

1.1 工藝簡單

前撐式注漿鋼管操作簡單便捷，在圍護施工階段可跟隨灌注樁同步施工，無需再單獨占用圍護時間。同時本施工技術在施工完成后，可直接開挖土方，無需二次進行支護施工。工藝簡單，方便快捷。

1.2 施工工期短

圖1 支撐形式

傳統深基坑支護模式需進行對撐支護或在施工至底板后再進行反拉支撐支護，施工周期長，還得等待混凝土的養護時間，后期還得使用工具拆除，比較費時。

采用新型支護形式后，在開挖前一次將支護施工完成，無需等待養護及拆模時間，后期也無需進行二次拆除，節約了工期。

1.3 經濟效益顯著

通過對比傳統深基坑支護形式，前撐式注漿鋼管能夠節約成本20%，且對于面積較大的深基坑，本技術在經濟效益方面優勢更為明顯。

2 施工流程及操作要點

2.1 工藝流程

工藝流程見圖2。

圖2 流程圖

2.2 工藝要點

2.2.1 豎向支護結構施工

本工法提供的前撐注漿鋼管式基坑支護結構施工方法中，豎向支護結構可采用形式包括地下連續墻、型鋼水泥土攪拌墻、灌注樁排樁支護等形式，豎向支護結構施工應滿足《建筑深基坑工程施工安全技術規范》（JGJ311-2013）、《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-2012）的要求。

2.2.2 溝槽開挖

根據豎向支護結構與前撐鋼管頂部連接方式（一般在豎向結構頂部澆筑圈梁），進行溝槽開挖、前撐鋼管定位放線、豎向支護結構頂部處理等工作。

2.2.3 前撐構、配件加工

組成前撐結構的主要構、配件以及施工過程需要用到的輔助配件包括：前撐鋼管、接頭鋼管、管尖、囊袋、高壓膠管等。

①前撐鋼管：鋼管長度及截面參數根據基坑土質、開挖深度等情況由圍護設計人員進行確定，長度大于10m的鋼管為便于施工可拆分為多節在現場壓管時焊接接長；前撐鋼管預注漿位置需鉆出泄漿孔，泄漿孔設置位置應根據地基土質選擇較佳持力層并與后述囊袋設置位置一致。

②接頭套管：當前撐鋼管采用2節以上鋼管現場接長時，為保證鋼管自身接長后的剛度，宜設置接頭套管，接頭套管內徑略大于前撐鋼管外徑，接頭套管長度無設計要求時不宜小于400mm，一端套在待接長的上部鋼管底部并提前焊接牢靠，另一端在壓樁過程鋼管接長時套接在下部鋼管端部，所有焊接均采用滿焊形式。

③管尖：為便于前撐鋼管壓樁施工，宜在最底部鋼管前端焊接管尖，根據土質情況可選用十字樁尖、開口型鋼樁尖、錐形樁尖3種形式。

④囊袋：為達到本工法施工的效果，同時最大限度提高經濟效益，本工法在前撐鋼管外側設置2～4個囊袋，注漿過程通過高壓膠管限位將水泥漿注入囊袋內，在鋼管外壁形成數個托盤，通過較佳持力層深度及厚度的選擇進行囊袋位置及尺寸的確定，將托盤設置在較佳持力層內，降低施工成本的同時實現承載能力最大化。

⑤高壓膠管：前撐鋼管注漿時，根據工法特點需精準位置注漿，為保證注漿位置與設計工況一致，需在鋼管內部較深位置設置封堵措施，本工法提供一種高壓膠管，下沉至設計深度后進行增壓封堵，以保證注漿位置準確。

2.2.4 插入前撐鋼管

前撐鋼管采用振動壓樁方式進行插入，采用不小于550型挖機安裝振動機械手采用靜壓法插入前撐鋼管，前撐鋼管采用多節現場接長時，前一節鋼管靜壓至端部高出地面500mm時，起吊并人工輔助就位后一根鋼管通過接頭套管套接在前一節鋼管頂部，重復前序工作直至打壓至設計標高。

根據現場土質情況，可能存在部分前撐鋼管靜壓施工難度較大的情況，必要時可采取引孔措施。

2.2.5 前撐鋼管注漿

前撐鋼管靜壓至設計標高后，隨注漿管沉入高壓膠管，送至囊標頂標高位置，采用空壓機對高壓膠管增壓固定后，將預先拌制的水泥漿液泵送至前撐鋼管內部，通過泄漿孔充滿囊袋，注漿泵需設置壓力表，通過注漿壓力及注漿量雙重控制。

前撐鋼管注漿順序應采取“注一跳一”施工，通過高壓膠管輔助采取囊袋式注漿方法進行分段精準注漿。

2.2.6 前撐鋼管內部碎石回填

前撐鋼管注漿至基坑開挖底標高位置后，上部鋼管內部不需要繼續進行注漿，采用集配良好的碎石回填充滿即可。

2.2.7 前撐鋼管頂部焊接錨固鋼筋

前撐鋼管靜壓至設計標高后，在前撐鋼管頂部外圍一圈焊接錨固鋼筋，需滿足錨固長度要求及設計要求，為縮短施工周期，該工序也可提前至與前撐鋼管注漿同步進行。

2.2.8 豎向支護結構與前撐鋼管頂部連接

一般對于采用地下連續墻、型鋼水泥土攪拌墻、灌注樁排樁支護等形式的豎向支護結構，與前撐鋼管頂部連接位置，可采用豎向支護結構預留錨固鋼筋，連接節點位置澆筑圈梁形式進行連接形成穩定的受力體系。

2.2.9 試驗與檢測

對于豎向支護結構（地下連續墻、型鋼水泥土攪拌墻、灌注樁排樁支護等），按照《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-2012）的要求進行樁身完整性以及承載力檢測。

對于前撐注漿鋼管，待注漿液及上部圈梁達到設計強度后，按照隨機抽取原則選取不少于3根前撐鋼管，頂部割斷并設置千斤頂，分5級進行加載，每級加載時間間隔1小時，在注漿鋼管離鋼管頂部1.5m～2.0m位置設置內力監測點，每個應力監測點四周各貼1個總計4個量程不小于最大加載量的應變片（計）。

2.2.10 前撐拆除

主體結構與豎向支護結構之間換撐構件施工完成并達到設計強度或回填夯實后，方可進行前撐拆除作業，前撐拆除后對地下室外墻、基礎筏板、樓板等部位的鋼管洞口進行打鑿以及封堵。

3 施工關鍵控制點

3.1 鋼管加工

鋼管現場分段進行焊接加工，根據現場具體土質確定鋼管底部是否焊接樁尖，土質較差的情況可不用焊接樁尖。在鋼管底部分三段開設直接3cm的注漿孔，每段開設6個孔洞，在孔洞外側利用塑料囊袋包裹固定封牢固，囊袋采用鋼囊箍進行固定。約束囊袋按照三個單獨分開加工，避免在鋼管下壓過程中有局部破損（圖 3）。

圖3 鋼管加工示意圖

3.2 打設鋼管

一般在打設鋼管時需進行挖溝槽進行引孔，如若土質較差，前撐鋼容易打入可直接利用帶振動臂挖掘機直接壓入預定深度。在壓入鋼管時要注意壓入角度，角度太大鋼管難以壓入，角度太小對基坑安全不可靠。故在打設鋼管時需使用振動臂挖掘機先將鋼管壓入一定深度，再調整角度。如角度存在較大偏差及時進行調整，待到滿足要求后可繼續下壓直至壓入指定標高。另外，特別注意工序的銜接以及進度的控制，一定要在主樓的高壓旋噴及壓密注漿等完成前完成前撐式鋼管的工作，以免后期出現無法壓入或者壓入困難的現象。

圖4 現場打設鋼管

3.3 鋼管注漿

前撐式注漿鋼管在注漿過程中需保持底部密封。為保證現場注漿過程的順利，需采用專用的封閉氣囊進行真空注漿。本封閉氣囊是通過吊繩將其放置在底部位置，再通過空氣壓縮機將中間的橡膠氣囊撐開，使得管內壓力較大，再通過中間注漿鋼管將漿液壓入通過預留的孔洞形成前段擴大頭。

圖5 封閉氣囊

4 工藝不足及優化建議

4.1 工藝不足

①前撐式注漿鋼管施工需穿越外墻及地下室底板，雖然在底板及外墻有加固堵漏措施且通過止水鋼板進行止水，但難免還是會存在滲漏的隱患。

②在建筑施工中，一般主樓存在電梯井與集水坑，在設計過程中，按照設計要求一般無法完全避開集水坑及電梯井，如果避開一般間距過大不能保證基坑的整體安全。

③采用前撐式注漿鋼管支護技術基坑底部通常需采用配筋墊層的做法，配筋墊層需隨挖隨澆筑混凝土，對施工整體流程及施工速度提出了挑戰。

4.2 優化建議

針對前置式注漿鋼管施工技術，在基坑圍護設計階段可通過計算，適當調整前撐鋼管的間距避開電梯井及集水井位置，同時在穿越地庫底板及外墻區域設計加強防水做法。如留設后澆帶后期采用微膨脹混凝土進行修補等方式。

5 結語

前撐式注漿鋼管支護技術是新型基坑支護技術。通過現場的施工及實施，不僅能大大提高現場的工作效率節省工期，對于需要做兩道水平支撐的基坑圍護只需要做一道支撐，能夠創造巨大的經濟效益及社會效益。前撐式注漿鋼管的成功實施，也為新型基坑支護模式創造的有利條件，為后續的基坑圍護提供了引路與借鑒。