单排前撑式注浆钢管+SMW工法基坑支护技术在软土地质中的应用

DONG Jiwei

1 工程概况

1.1 基坑概况

某住宅小区地下车库占地面积约17 000 m2,边长162 m×105 m，底板底标高-6 m，平均开挖深度5.4 m，承台开挖深度5.7 m，电梯井开挖深度7.3 m。其东侧为单层厂房，距基坑最小距离约8 m；西侧为住宅区，砖混结构基础埋深约-2 m，距基坑最小距离9 m；南侧为市政道路，市政管线距基坑19 m；北侧为河道，距基坑20 m。

1.2 地质概况

本工程位于长江入海口前缘，属于滨海软土土质（表1）。基坑安全等级为三级，西侧住宅区域为二级，环境保护等级为三级［1］。

表1 地质勘探情况

2 基坑支护概况

2.1 支护设计方案

基坑东、西两侧长边采用前撑式注浆钢管+SMW工法，南、北两侧短边采用水泥搅拌桩重力挡墙支护，局部坑中坑侧壁采用φ700@500双轴搅拌桩加固，坑底采用压密注浆封底；基坑内采用轻型井点降水，降水深度在开挖面以下1.0 m（图1）。

2.2 支护设计参数

SMW工法采用φ850@600三轴搅拌桩，内插H700×300×13×24型钢，桩长13.00 m，桩顶标高-1.00 m，型钢桩顶标高-0.50 m。冠梁截面为1.2 m×0.8 m，混凝土强度C35。搅拌桩水泥采用P.O 42.5，水泥掺量20%，即360 kg/m3,水灰比取1.5～2。型钢的插入方式采用“隔一插一”，个别区段密插。

前撑式注浆钢管杆体采用φ325×8钢管，长24 m，插入水平倾角45°，间距2.4～4.8 m不等，单管水泥用量不少于5 t。注浆浆液采用P.O 42.5普硅水泥，水灰比为0.55。钢管顶部固定在冠梁上，底端封闭插入土体，并布置梅花形出浆孔，孔径6～8 mm。支护剖面图见图2。

图1 基坑支护平面图

角部水平支撑采用φ609×16双拼钢管，立柱采用18 m长H400×400×13×21型钢，支撑中心标高-1.40 m（图3）。

2.3 基坑施工流程

基坑施工流程为：SMW工法桩→重力式挡墙→前撑注浆钢管→冠梁→水平角撑施工→坑中坑围护→井点降水→土方开挖→配筋垫层→底板浇筑及换撑→钢管割除→地下结构施工。

3 前撑式注浆钢管施工控制要点

3.1 施工顺序

前撑式注浆钢管施工顺序依次为：定位放线→挖工作沟槽→振入钢管→灌注水泥浆→补浆→钢管与冠梁连接→角部支撑安装。

3.2 插管及角度控制

图2 支护剖面图

图3 角部水平支撑示意图

采用振动机械手将钢管振入设计深度，注意钢管振入前应清除孔内虚土。下管初期，控制好机械手角度，先将钢管压入一定深度，待桩身角度正确并稳固，继续振动插管到位。

3.3 注浆

采用分段+约束式注浆工艺由下而上分3次进行注浆：第一次注浆量为设计注浆量的60%，第二、三次注浆量为设计注浆量的20%，每次注浆时间间隔1.0～1.5 h，注浆流量控制在20～40 L/min，以最终注浆压力1.5～2 MPa或单根桩水泥用量不小于5 t作为完成的标准。

3.4 静载试验

选取2根注浆钢管做静载试验，变形按总沉降量30 mm控制，极限加载量按600 kN控制。

3.5 基坑开挖要点

前撑注浆钢管区域设计有6 m宽、200 mm厚的配筋垫层，内配HRB335φ10@200×200双层双向钢筋网片。该区域采用“岛式跳仓”方式开挖，即从坑壁向内开挖，先挖除配筋垫层区域的土方，再进行分块跳仓浇筑，且跳仓分段长度为10～20 m，以避免支护结构暴露区段过长导致变形过大。

3.6 底板浇筑及换撑

在底板与围护墙体之间浇筑与底板同厚的素混凝土传力带。底板及传力带养护达到设计强度80%以后，方可割除前撑式注浆钢管（图4）。

4 工艺优势

与钢筋混凝土（或钢管）水平支撑+SMW工法支护技术相比，单排前撑式注浆钢管+SMW工法支护技术在地下6 m以内的软土地质中，具有降本、增效、安全、环保等明显优势，具体体现在：①支护排桩与内支撑可同时施工；②挖土、运土作业空间基本无阻碍，可铺开工作面进行多点作业；③避免了水平撑养护和拆除工况，开挖及地下结构可连续施工；④前撑式注浆钢管材料用量少，换撑后可割除部分回收使用；⑤根据现场工况特点，可选择多种支撑形式。

图4 配筋垫层及素混凝土传力带示意图

5 支护实施效果及问题

基坑监测结果显示，在基坑开挖及地下车库施工中，支护结构的最大位移与周边土体沉降均在警戒值以内，周边道路、建筑、市政管线均未受基坑施工影响，支护效果安全可靠。

但是，此工艺仍存在一定问题：①与有立柱的内支撑一样，前撑式注浆钢管在穿过地下室底板与外墙处，存在渗漏水隐患；②注浆钢管可能与地下结构特殊部位（如承台、坑洞、埋管等）或工程桩的定位发生碰撞。

要解决以上矛盾，首先应充分熟悉主体工程图纸，并通过BIM技术找到碰撞信息，在基坑支护设计时，提前优化支撑形式及调整前撑位置予以解决；其次，通过优化施工方案合理分段，在结构施工前，尽可能拆除注浆钢管。

6 结语

通过前撑式注浆钢管支撑技术，本工程节约工期45 d，降低支护造价约20%，降噪降尘环保效果良好。与重力挡墙、排桩+钢筋混凝土（或钢管）水平支撑相比，对于挖深6 m以内的软土基坑，面积越大，本技术优势越明显；但若基坑深度加深，则需增加注浆钢管长度或数量，经济性降低。