圍護(hù)體系結(jié)合前撐注漿鋼管樁施工監(jiān)測技術(shù)研究

吳煒程 陸朝君

上海建工七建集團(tuán)有限公司 上海 200050

隨著城市建設(shè)和地下工程的發(fā)展，基坑支護(hù)體系與周邊環(huán)境的適應(yīng)性要求越來越高，選擇安全合理的支護(hù)體系是確保基坑安全實(shí)施的重要因素[1-3]。基于此，本文介紹了圍護(hù)體系結(jié)合坑內(nèi)前撐注漿鋼管樁施工技術(shù)，并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。圍護(hù)體系結(jié)合坑內(nèi)前撐注漿鋼管樁的應(yīng)用大大提高了基坑圍護(hù)的承載能力、變形控制能力和施工效率，尤其適用于場地周邊環(huán)境受限的情況，具備綠色、高效、環(huán)保及節(jié)約造價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。

1 工程概況

S11地塊住宅項(xiàng)目位于上海市浦東新區(qū)碧云國際社區(qū)的中部，北靠碧云路，南至明月路，西鄰白樺路，東到云山路。

本工程主要包括6棟中高層住宅、32棟多層住宅、6棟商業(yè)、門衛(wèi)、PT站及整體地下車庫等。本工程占地面積125 519.70 m2，總建筑面積為196 419.83 m2，地上建筑面積100 628.14 m2，地下建筑面積95 791.69 m2。

本工程地下1層，基坑開挖深度5.65～5.75 m，基坑中部局部落深0.40～5.75 m；土方開挖面積超大，達(dá)到116 500 m2，基坑周長1 390 m。基坑安全等級(jí)三級(jí)，環(huán)境保護(hù)等級(jí)三級(jí)，工程基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)使用年限為2年。

2 基坑圍護(hù)體系概況

2.1 三軸攪拌樁內(nèi)插預(yù)制板樁

項(xiàng)目基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用φ1 000 mm@1 500 mm的三軸攪拌樁內(nèi)插有效樁長分別為13.5、16.5m的750 mm 300 mm@1 125 mm預(yù)制板樁（插二跳一），起到擋土和止水的作用。

2.2 圍檁和支撐

本工程沿基坑四周通長設(shè)置1道截面尺寸1 300 mm 700 mm的圈梁圍檁，基坑角部局部設(shè)置截面尺寸為700 mm 700 mm的鋼筋混凝土支撐，與預(yù)制板樁共同受力作用。

2.3 前撐注漿鋼管樁

本工程在基坑內(nèi)設(shè)置φ325 mm 8 mm前撐注漿鋼管斜拋撐，平面間距不大于5 m，鋼管下端錨入土體，上端與圍護(hù)圈梁斜向錨固，并與三軸攪拌樁內(nèi)插預(yù)制板樁形成完整的支護(hù)體系（圖1）。

鋼管斜撐入土傾角為50°左右，鋼管在插入土體后分段注漿，分段長度不大于3 m，漿液采用P·O 42.5水泥，水灰比0.5～0.6，單管總注漿量不小于5 t。

圖1 圍護(hù)體系剖面效果

2.4 坑內(nèi)加固

本工程在基坑內(nèi)設(shè)置坑內(nèi)加固，加固采用2φ700 mm@1 000 mm雙軸攪拌樁，其中基坑周邊被動(dòng)區(qū)土體加固深度為坑底以下4 m，水泥摻量為13%，坑內(nèi)局部深坑加固水泥摻量為13%。

3 基坑監(jiān)測技術(shù)研究

3.1 基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

本工程基坑靠近東側(cè)云山路部分有規(guī)劃的軌道交通線路，軌道交通線路盾構(gòu)施工工期緊接在本工程基坑施工開工之后。為保證施工進(jìn)度，本工程基坑靠近云山路部分，在地鐵盾構(gòu)抵達(dá)前，需完成全部的上部結(jié)構(gòu)。所以基坑?xùn)|側(cè)需要先行開挖。基坑施工按經(jīng)過專家評(píng)審的設(shè)計(jì)和施工方案分塊跳倉施工，每次開挖長度不大于30 m。施工過程中測得基坑變形值較大，測斜的最大變形累計(jì)值基本在80～100 mm。

前期根據(jù)圍護(hù)設(shè)計(jì)圖紙，前撐注漿鋼管樁采取鋼管外注漿的形式，未采用囊袋包裹。土方開挖和地下結(jié)構(gòu)施工過程中部分典型點(diǎn)位測斜的監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖2所示。

圖2 部分點(diǎn)位的累計(jì)偏移量-深度曲線

取典型點(diǎn)位CX9的監(jiān)測值作為分析案例，9月22日土方開挖開始監(jiān)測，9月22日—10月2日的監(jiān)測頻率是每天2次，10月3日—11月24日的監(jiān)測頻率是每天1次，11月27日—次年1月23日的監(jiān)測頻率改為三天1次。實(shí)際變形監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖3所示。

由圖3可知，基坑在開挖過程中變形突變，待墊層和底板澆筑完成后，基坑變形趨于平穩(wěn)，但隨著基坑暴露時(shí)間的增加，累計(jì)變形仍在逐漸增大，后續(xù)增幅為20 mm左右，基坑變形超過設(shè)計(jì)報(bào)警值。

圖3 測斜CX9隨時(shí)間變形值

3.2 基坑監(jiān)測情況分析和圍護(hù)體系優(yōu)化

首先，基坑開挖是一個(gè)卸載過程，開挖面以下土層的卸載會(huì)引起土體抵抗變形能力的下降。其次，在施工過程中，不可避免地會(huì)對土體造成擾動(dòng)，尤其對靈敏度較大的土層，施工擾動(dòng)會(huì)使其強(qiáng)度和承載力發(fā)生較大變化。

此外，軟土一般具有流變性，基坑施工過程往往會(huì)持續(xù)較長的時(shí)間，土體的流變性很大程度上增大了圍護(hù)體的變形。

針對基坑變形大的實(shí)際情況，協(xié)同圍護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，主要原因分析如下：前撐式注漿鋼管的軸力達(dá)不到要求，設(shè)計(jì)鋼管支撐力較小；基坑外水位過高，部分素填土不均勻，導(dǎo)致坑外水土壓力過大。所以需對圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行深化改良，以保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，從而確保白樺路一側(cè)重要電纜及煤氣管線的安全。

為此，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了鋼管外包囊袋的結(jié)構(gòu)形式，以提升圍護(hù)前撐注漿鋼管的承載力，現(xiàn)場結(jié)合試驗(yàn)驗(yàn)證了其加固效果。原設(shè)計(jì)樁外注漿的前撐鋼管樁承載力設(shè)計(jì)值為600 kN，根據(jù)計(jì)算現(xiàn)外包囊袋的前撐注漿鋼管樁承載力設(shè)計(jì)值達(dá)到1 100 kN。

3.3 圍護(hù)體系優(yōu)化后的基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

通過以上分析，后期靠近白樺路一側(cè)前撐注漿鋼管樁采用雙囊袋包裹注漿，開挖工況遵循原設(shè)計(jì)方案，每次開挖長度不大于30 m。選擇典型點(diǎn)位CX17-1、CX25、CX26、CX26-1、CX26-2作為基坑變形的監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)分析對象，土方開挖和地下結(jié)構(gòu)施工過程中的相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖4所示。

圖4 CX17-1～CX26-2的累計(jì)偏移量-深度曲線

基坑變形處于設(shè)計(jì)允許的40 mm范圍內(nèi)，土方開挖過程中測斜變形基本在15 mm，后期變形可控。基坑外煤氣管線變形在6 mm左右，處于設(shè)計(jì)允許的10 mm范圍內(nèi)。

4 基坑監(jiān)測反分析

針對本工程不同施工階段的監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用同濟(jì)大學(xué)啟明星軟件FRWS7，將實(shí)際監(jiān)測成果輸入啟明星的反分析軟件中，按照相關(guān)規(guī)范要求以及地勘報(bào)告的數(shù)據(jù)限制了土體m值的變化范圍，最終得到表1所示成果（典型點(diǎn)位實(shí)測值和反分析結(jié)果基本吻合）。

表1 m值變化范圍

測點(diǎn)CX25的水平位移如圖5所示。

圖5 測斜CX25的累計(jì)偏移量-深度曲線（反分析）

測點(diǎn)CX26的水平位移如圖6所示。

圖6 測斜CX26的累計(jì)偏移量-深度曲線（反分析）

5 前撐注漿鋼管樁結(jié)合囊袋施工技術(shù)

針對注漿工藝優(yōu)化分段注漿的方法，采用特殊的囊袋注漿工藝，其主要內(nèi)容如下：注漿工具（圖7）兩端采用不低于一定長度的空心橡膠圓柱體，內(nèi)部可以充氣并在2個(gè)空心橡膠圓柱體內(nèi)分別設(shè)置1根氣管，外部分別連接1個(gè)氣泵供其充放氣使用，從而保證橡膠能緊貼鋼管壁，中間注漿管（外界注漿設(shè)備）漿液由注漿管內(nèi)擴(kuò)散至鋼管外側(cè)土體中（囊袋內(nèi)），形成加強(qiáng)型摩擦樁受力體系及擴(kuò)孔樁受力體系。

圖7 注漿工具示意

使用鋼管囊袋（圖8），其囊袋綁扎至鋼管外側(cè)并用抱箍固定，抱箍間距略大于兩氣囊間注漿管間距。鋼管樁身注漿完成后，內(nèi)填滿20～40 mm級(jí)配碎石，并用純水泥漿液灌滿，成樁完成。石子的粒徑必須滿足設(shè)計(jì)要求，且以不夾雜有機(jī)物質(zhì)和泥土為宜。

圖8 鋼管囊袋示意

6 結(jié)語

通過對監(jiān)測內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)的分析，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)施相互補(bǔ)充、相互驗(yàn)證，及時(shí)糾正了施工中所出現(xiàn)的問題，減少了不必要的損失。

針對軟土地區(qū)較為復(fù)雜的地質(zhì)情況，監(jiān)測工作是非常重要和不可或缺的，本工程所取得的成果資料，可供今后同類基坑工程項(xiàng)目借鑒。