预制混凝土矩形构件复合水泥土墙在复杂环境条件下的施工技术

金森平

上海建工七建集团有限公司 上海 200050

1 工程概况

上海建工医院病房楼改建项目位于上海市虹口区中山北一路666号，东至建工小区，南至天峰公寓，西至中山北一路，北至中山北二路。

本工程新建1栋地上6层病房楼以及1层地下车库。建筑占地面积890.3 m2，总建筑面积8 415 m2。基坑面积约2 670 m2，周长约212 m。东侧与南侧采用单排φ1 000 mm@1 500 mm三轴水泥土搅拌桩内插预制混凝土矩形构件750 mm×300 mm@750 mm，西侧和北侧采用双排φ850 mm@600 mm三轴水泥土搅拌桩内套打φ800 mm@950 mm钻孔灌注桩（图1）。φ1 000 mm三轴水泥土搅拌桩止水帷幕东侧桩长16、16.5 m，南侧桩长18.5 m；φ850 mm三轴搅拌桩西侧桩长12.35、12.65 m，北侧桩长12.35 m。钻孔灌注桩西侧选用φ800 mm@950 mm形式，桩长16.5、15.7 m，北侧亦选用φ800 mm@950 mm形式，桩长17.2 m。各围护形式的水泥掺量为20%，采用42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比1.5～2.0。

预制混凝土构件截面为矩形（图2），尺寸为750 mm×300 mm，间距750 mm，长度为15.5、16.0、18.0 m。混凝土设计强度为C30（水下混凝土提高一级）。

图1 建工医院基坑围护体系平面

图2 预制混凝土矩形构件

本工程为在运营中医院的改建项目，既要保证医院的正常运营，不影响院内的正常工作和休息，又要顺利完成施工。在如此复杂的环境条件下，为合理、安全地进行施工，基坑东、南两侧采取预制混凝土矩形构件复合水泥土墙，保证围护施工的顺利实施。

2 围护施工难点和特点

2.1 紧邻建筑、管线，保护要求高

基坑南侧1 m范围内有院内排水管道以及数棵几十年树龄的高大乔木，基坑东侧1.8 m外为医院南北主干道及主要地下管线，且施工操作空间有限。为此在设计之初就考虑到这一特殊的周边环境保护因素，结合实际工程情况，将钢筋混凝土板桩与SMW工法桩墙相结合，即在水泥土搅拌桩内插入刚度较大的预制混凝土矩形构件，两者结合形成复合水泥土墙体，类似搅拌桩板桩复合结构。既弥补了水泥土搅拌桩刚度较其他围护形式小的缺陷，又加强了SMW工法桩施工工艺的经济性和便捷性，是一种安全、高效和经济的围护型式。

2.2 院内施工“声、光、尘”控制要求高

医院内新型围护桩由于不需对预制板桩进行拔除，且占用空间小，可以有效避免对周边环境如树木以及地下管线的损害，同时对病人及周边居民的影响程度也降到了最小。

3 主要施工技术

3.1 三轴搅拌桩施工方案

1）施工工艺流程：清除地下障碍物、平整场地→测量、放线→开挖沟槽→设置导架、定位→机械设备就位→喷浆下钻与提升→预制桩插入。

2）三轴搅拌桩止水帷幕施工采用重复套钻，以确保墙体连续性、保证接头的施工质量。三轴搅拌桩的搭接施工，以及施工机械的垂直度补救都是依靠重复套钻来保证的，从而确保止水效果（图3）。

图3 三轴搅拌桩止水帷幕的施工顺序（套打连接）

3.2 预制混凝土矩形构件吊装施工方案

预制桩750 mm×300 mm为专业厂家定制，并分段分次先后运输到现场。预制桩的构件尺寸、规格要求、配筋率均严格满足设计要求。桩体表面外观平面密实，局部蜂窝的缺损面积不得超过桩身表面总面积的0.5%，并应不过分集中。由于混凝土收缩而产生的裂缝宽度≤20 mm，宽度≤0.5 mm。桩顶、桩尖处严禁有蜂窝、麻面、裂缝和掉角。

待搅拌桩施工完毕后0.5 h，将预制混凝土矩形构件插入搅拌桩内，施工前需确保垂直度。构件插入依靠自重插入，严禁采用多次重复起吊并松钩下落的插入方法。

采用50 t汽车吊，起吊用钢丝绳为φ28 mm的钢丝绳2根，起吊用卸扣为10 t节的卸扣2只。

预制混凝土矩形构件的吊装，采用两点起吊法；矩形构件插入搅拌桩内时，采用单点起吊法。吊装过程中，在构件下处设置一个桩端保护器，以防构件端部受撞击损坏。桩端保护器随着矩形构件逐步垂直过程中，自由转动承托矩形构件的端部，直到矩形构件垂直起吊，并悬空离地。现场采用50 t吊机吊装预制矩形构件，根据设计图纸，插入规定位置。

吊装过程中，先依靠构件自重往下插到一定深度，而后采用吊机悬挂振动锤，钳制矩形构件顶的连接钢板，将矩形构件缓慢插入（图4）。

图4 预制混凝土矩形构件起吊示意

在三轴搅拌桩沟槽上方架设好定位用型钢及定位卡，固定插入预制矩形构件的平面位置，确保定位卡牢固、水平。之后将预制矩形构件中心对准桩位中心，并沿着定位卡缓慢且垂直地插入搅拌桩内[1-4]。

根据现场标高控制点，利用水准仪将其引到定位用型钢上。根据定位用型钢与预制矩形构件顶标高的高差，采用焊接φ25 mm吊筋或8#槽钢用以控制矩形构件的顶标高，误差控制在3 cm以内。

待搅拌桩达到一定的硬化强度后，再撤除φ25 mm吊筋及相应型钢。

若预制矩形构件下插达不到设计标高，则提升预制构件，重复下插施工，并使其达到设计标高，结合采用振动锤送入的方法，下插过程中始终跟踪控制预制构件垂直度。

4 实施效果

4.1 现场施工成果

根据围护设计图纸，顺利完成了预制桩的全部吊装施工。

4.2 监测数据报告

4.2.1  围护顶部垂直位移和水平位移监测数据

在深基坑施工过程中，基坑围护顶布设WD01～WD08共10个垂直位移及水平位移测点，录得各测点在监测工作结束时的变形数据（图5、图6），预制混凝土矩形构件涉及点为WD03～WD06。

从图5、图6可以看出，围护顶部总体变化不大，在垂直方向上位移最大值为－19.5 mm；在水平方向上位移最大值为＋29.0 mm。

图5 围护顶水平位移变化曲线

图6 围护顶垂直位移变化曲线

4.2.2  围护体系测斜监测数据

在围护体系布设CX01～CX05共5个测斜孔，预制混凝土矩形构件涉及点为CX03、CX04，录得相应监测数据（图7、图8）。

图7 CX03孔变形曲线

图8 CX04孔变形曲线

从基坑桩基施工开始，到基坑回填完毕，监测的数据趋于收敛。本工程的基坑围护结构承受了开挖等外力的考验，确保了基坑的稳定，保障了周边复杂环境的安全。

5 结语

本工程的围护设计、现场施工及基坑监测的应用表明，预制混凝土矩形构件复合水泥土墙在复杂环境条件下具有安全方便、施工效率高、基坑变形小、绿色环保等诸多优点，在越来越多的市区复杂环境工程中具有良好的推广前景。