前撑式注浆管在深基坑工程中的应用

施春锋

1. 上海建工二建集团有限公司 上海 200090；2. 上海建筑工程逆作法工程技术研究中心 上海 200080

与现浇钢筋混凝土水平支撑或钢斜抛撑的支撑形式相比，前撑式注浆钢管桩支护有着施工方便、节约成本、缩短工期等优点。本文结合上海市浦东新区康桥工业区租赁住房项目的基坑围护结构施工，探讨前撑式注浆钢管围护体系应用于黏粉性土及淤泥质土地区的可靠性和安全性[1-4]。

1 工程概况

1.1 项目概况

康桥工业区租赁房项目位于上海市浦东新区康桥镇，工程总建筑面积为192 743.52 m2，其中地下建筑面积为57 164.48 m2，地上建筑面积为135 579.04 m2。工程建设内容为新建10栋住宅楼和配套用房，及配套地下车库和相关公共设施。工程基坑为地下1层地下室，基坑普遍开挖深度为6.60 m，基坑安全等级三级。

1.2 围护概况

根据基坑周边环境、开挖深度及土层情况，基坑围护采用劲性水泥土搅拌桩（SMW工法桩）＋1道前撑式抗压注浆钢管支撑，如图1所示。相关设计参数为：SMW工法桩采用φ850 mm@600 mm三轴搅拌桩内插H700 mm×300 mm型钢，前撑式抗压注浆钢管规格为φ377 mm×10 mm，长度26 m，水平倾角为45°±5°，单根钢管注浆6 t，注浆完成后钢管内填满碎石，水泥为P·O 42.5，角部采用φ609 mm×16 mm钢管角撑。

图1 前撑式注浆钢管剖面

1.3 水文、地质情况

根据该地区工程勘察报告，测得钻孔潜水稳定水位埋深在0.40～1.80 m，稳定水位标高在2.52～4.20 m。承压水方面，按照高水位埋深0.5 m考虑，场地揭遇第⑦层承压水。基坑普遍开挖深度6.6 m，承压水水头埋深按不利因素3.0 m考虑。

2 基坑施工难特点

2.1 不良地质，施工精度要求高

场地内0.7～4.2 m之间为内填土，且有暗浜（塘）分布，大部分已回填，暗浜（塘）底分布①2浜土层，厚度为0.3～2.0 m，以淤泥土为主，工程性质较差。因此，施工过程中要严格控制前撑注浆钢管桩的施工质量，移桩和沉桩过程中对约束体做好保护。在注浆施工影响范围内，降水井施工需置后施工，避免浆液流动对降水井造成不必要的影响。

2.2 新工艺应用，施工技术难度大

本工程基坑采用的前撑式抗压注浆钢管支撑为新工艺支撑，钢管支撑与地面成45°夹角，支撑安装难度极大，角度控制困难。施工中将采用大型液压机械手进行钢管的插管施工工作，并制作45°角，钢管插管施工采取导向架，确保钢管沿导向架徐徐插入预定标高。

3 围护体系比选

3.1 常规围护体系

本工程基坑面积为50 250 m2，开挖深度6.6 m，常规采用工法桩＋1道钢筋混凝土支撑形式，或钢管斜抛撑体系。

3.1.1 钢筋混凝土水平支撑体系

钢筋混凝土水平支撑安全可靠、工艺成熟，支撑时刚度大，能加强基坑上口刚度，减少坑顶位移，有效控制变形。但该体系成本高、工期长、拆除不方便。本工程基坑面积大，在拆除支撑时需分块拆除，因此不建议采用该围护体系。

3.1.2 钢管斜抛撑体系

钢管斜抛撑支撑体系适用于规模大、形状规则的基坑，可循环利用，节约成本。但工艺复杂，地下室底板需分2次浇筑，土方开挖时间长，须人为设置施工缝或后浇带，对结构受力及底板防水不利，因此不建议采用该围护体系。

综合考虑本工程基坑特点、工期及成本要求，突破常规基坑支护方式，采用无水平支撑的新型支护体系。

3.2 新型围护体系

前撑式抗压注浆钢管支撑是采用相关设备将钢管施工至坑底以下设计深度，钢管杆体安放到位后进行跟踪注浆，钢管穿过坑底区域设置一定厚度的配筋垫层，以增强围护体承载力并控制基坑变形。

前撑式抗压注浆钢管支撑克服了水平支撑立柱多及支撑体量大、造价较高的缺点，地下室底板可一次性浇筑完成，施工工序简单，工期大大缩短。经综合考虑，支撑布置形式采用前撑式抗压注浆钢管支撑（角部采用钢管角撑）形式。

3.3 工艺特点

3.3.1 工艺简单

在围护施工阶段可与桩基础施工同步进行，无需单独占用围护施工时间。同时，在施工完成后，土方可以直接开挖，无需二次拆撑，简化了施工步骤，便于现场施工。

3.3.2 缩短施工工期

前撑式注浆钢管围护体系可以在开挖前一次性将支护施工完成，无需等待混凝土养护及拆模，后期也无需进行二次拆除，极大地缩短了施工工期。

3.3.3 节约成本

前撑式注浆管支撑新工艺有着很大的造价优势，尤其基坑面积越大，经济效益就越显著。采用该新工艺，可节约工程基坑阶段10%～20%的施工造价。

4 工艺参数的确定

4.1 施工相关参数要求

注浆工艺应采用约束式工艺，约束式注浆工艺应针对现场实际施工情况实施注浆作业。最终注浆压力应在1.5～2.0 MPa之间，或单根桩水泥用量不少于6 t；注浆完成后钢管内填满碎石，并用纯水泥浆灌满。

4.2 净载荷试验要求

钢管基本试验的数量为3根，沿注浆钢管桩轴向进行加载，设计最大加载量为90 t。沉降速率稳定后加载下一级，卸载分级进行，变形按总沉降量30～50 mm控制。

5 施工关键技术

5.1 施工流程

平整场地→清除地下障碍物→测量定位→吊车和机械手就位→安装插管导向架→分段起吊钢管放入导向架→机械手振动插管→钢管焊接接长→机械手振动插管→到达设计标高→管内注浆→管内填砾→成桩移位施工

5.2 测量定位

平整场地后，按照设计间距进行测量定位，若发现型钢占位，应及时与设计沟通，做好桩位调整技术核定。测量定位后，预挖沉桩槽，沉桩槽深度控制在1.5 m左右。

5.3 安装插管导向架

安装插管导向架：设计要求钢管成45°插入预定标高，施工前可焊接制作45°钢管导向架若干个，将导向架焊接约束在H型钢上，防止导向架在使用过程中滑移，造成安全和质量隐患。

机械手振动插管：起吊钢管放入导向架，待机械手振动插管到一定深度，确保安全后再撤除吊钩。机械手握持机构前端使用特制钢套管，用于套住钢管进行振动，套管内加垫弹性缓冲垫圈，以免损坏钢管造成钢管焊接连接困难。

钢管接长：钢管采用外套管的方式焊接连接，套管一般长度为200 mm，坑底附近及以上增至300 mm，焊接质量必须确保密封，接头强度指标不低于原材料。本工程钢管管长26 m，首节使用长管，计划配置钢管长度为8 m＋6 m＋6 m＋6 m。

5.4 管内注浆

插管达到设计标高后，将法兰连接盘焊接在钢管上，变径连接注浆管路。根据设计方案要求，采用普通硅酸盐水泥（P·O 42.5），宜取水灰比0.55拌制水泥浆液，进行注浆。计划以单根桩水泥用量或最终注浆压力值作为注浆最终完成的标准：单根桩最终注浆压力应在1.5～2.0 MPa之间，或水泥用量不少于6 t。注浆完成后，向钢管内填满0.02～0.04 m级配碎石，施工完成后设置醒目标识。

5.5 注浆管割除

当注浆钢管支撑的混凝土强度达到要求时，便可进行拆撑。拆除前抛撑支撑前，对应施工段的混凝土强度需达到设计要求，否则禁止开展下一道工序。拆除支撑使用气割方法割除结构外支撑，同时应注意施工安全，在拆除过程中所用的机械设备、吊车由专人指挥，拆除支撑围檩时注意吊车起吊位置。交叉拆除的支撑、铁件按要求堆放在不影响施工的地方。

6 基坑变形结果分析

6.1 布置点位情况及监测内容

本文选取基坑施工过程中变形最大处的数据进行分析论证，即以深层墙体测斜CX39、CX40、CX41、CX42等4个测斜点，围护墙顶平面、垂直位移Q39、Q40、Q41、Q42等4个围护墙顶监测点作为研究依据。具体位置见图2。

图2 基坑监测点布置

6.2 结果报告

在基坑开挖的施工过程中，基坑位移值受土方开挖、基坑深度、配筋垫层施工速度、周边环境扰动等因素影响。

深层墙体的侧向位移在开挖后从0 m随深度增加而增加，相同深度位移大小随着开挖后时间的推移逐渐累积。产生位移的土体深度为地下5～6 m段，对应本工程基坑开挖深度6.6 m，约坑底位置处。位移最大测斜点为CX39，最大位移为33.29 mm，发生在地下5 m段。

围护墙顶位移受基坑开挖影响，底板完成时达到最大，位移围护墙顶位移为Q39，平面位移为35 mm。

监测点累积最大位移满足设计要求，土体位移在地库底板完成后，日位移增长量小于1 mm，并逐渐趋于稳定。

6.3 土体隆起量监测

基坑施工阶段，现场施工人员定时监测基坑内土体隆起量，判断变形量较大区域垫层是否需要加固。通过5 d内的数据统计可知，基础底部土体隆起量每日增长量小于1 mm，垫层无需加固。

7 结语

本工程通过前撑式抗压注浆钢管支撑技术新工艺在实际工程中的应用，证明该技术的可靠性。从基坑开挖到地库底板完成，在此过程中多次监测，基坑最大位移与周边土体沉降均在可控范围，证明了该工程的可靠性和安全性。

同时，该技术在本工程中的成功应用，证明这是一种新型绿色高效的基坑支护技术。它不仅能代替原有复杂且高成本的支撑体系，大大缩短工期，还在创造巨大的社会效益和经济效益的同时，避免了拆撑时对环境的二次噪声、粉尘污染及固态垃圾污染，实现了绿色施工。