内抛式注浆钢管支撑技术在某项目基坑围护中的应用

邱恒

摘要：某拟建大型商业综合体项目基坑西侧浦锦路中部约120m范围的原基坑围护设计方案采用斜抛撑，须对底板进行分块施工，由于基坑外侧不具备挖土条件，现场挖土存在一定难度，而且围护方案的选型及施工对总体工程的施工进度影响较大，因此采用内抛式注浆钢管围护替代原斜抛撑，钻孔灌注桩/土工法同原设计。内抛式注浆钢管支撑是一项基坑支护新技术，优化施工流程及工期;可实现敞开式开挖土方，无支撑施工、养护和拆除工况，无换撑工序，节省施工工期。

关键词：建筑物;基坑围护;斜抛撑;内抛式注浆钢管

1 引言

某拟建大型商业综合体项目，位于上海市闵行区，场地地势较平坦，共布设 12 幢 9 层办公或商铺、2栋2层展示和餐饮、1 栋 5 层商业楼、一个集中地下车库及相关的配套设施，总建筑面积为 153450 平方米。基坑总面积约5.0万m2，基坑周长约1000m。设置一层地下室，建筑±0.000相当于绝对标高+5.100m，周边道路路面绝对标高约+4.400m，本工程地下室底板板面相对标高统一为-5.600m，地库底板厚度400mm，主楼底板厚度650mm，一般地下车库底板开挖深度为5.40m，主楼区域底板开挖深度为5.65m。

基坑西侧浦锦路中部约120m范围原设计方案采用斜抛撑，须对底板进行分块施工，由于基坑外侧不具备挖土条件，现场挖土存在一定难度，而且围护方案的选型及施工对总体工程的施工进度影响较大，所以在确保工程安全和质量的前提下，实现投资效益最优化显得尤为重要。

2 拟建场地条件分析

2.1 地层条件

根据本场地勘察资料，该勘察场地位于长江三角洲入海口东南前缘，其地貌属于上海地区四大地貌单元中的滨海平原类型。受周边建设项目堆土影响，拟建场地内部地势起伏较大，局部区域堆土厚度超过3.00m，根据项目要求，基坑围护施工前需将拟建场地整平至绝对标高+4.400m，即相对标高-0.700m。

拟建场地地基土在勘察深度范围内均为第四系松散沉积物，主要由饱和粘性土、粉性土和砂土组成，具水平层理。按其沉积年代、成因类型及其物理力学性质的差异可划分为7个主要土层（若干个亚层），基坑开挖影响深度范围内场地分层主要有以下特点：

①层填土，遍布，可分为①1层杂填土和①2层素填土，杂填土，厚度约0.6～2.5m;素填土厚度约1.5～2.5m。

②层褐黄～灰黄色粉质粘土，层底较平缓，含氧化铁斑点，稍有光泽，局部夹少量粉土团块，可塑，中等压缩性，土质均匀。

③层灰色淤泥质粉质粘土，遍布，呈流塑状，含云母，有机质，局部夹薄层粉砂，土质不均匀。具有压缩性高、强度低、渗透性小和灵敏度高等特性，该层在不同深度含有有多层薄层粉土。

③夹层灰色粘质粉土，遍布，中等压缩性，局部夹少量粘土，中等摇震反应，无光泽低等干强度，低等韧性，场地北侧层厚约 1.5m，场地南侧约 5.0m。

④层灰色淤泥质粘土，遍布，呈流塑状，夹少量极薄层粉性土，具有压缩性高、强度低、渗透性小和灵敏度高等特性。

⑤层灰色粉质粘土，土质不均，含云母及贝壳碎屑，夹薄层粘性土。无摇震反应，稍有光泽，干强度中等，韧性中等，呈软塑状，中等-高等压缩性。

场地典型工程地质剖面及静探曲线详见图1。

2.2 水文地质条件

对本工程基坑有影响的含水层为浅层的潜水层，主要补给来源为大气降水和地表水。

（1）潜水。本次勘察期间测得地下潜水稳定水位埋深为0.50m～4.00m（局部人工堆土较厚），其相应标高为+2.65 m～+4.17m。根据上海市工程建设规范《地基基础设计规范》（DGJ08-11-2010）有关条款，上海地区水位埋深一般在0.5m～1.5m，年平均水位埋深为0.5～0.7m，设计时取地下高水位埋深0.50m考虑计算。

（2）承压水。深部第⑦层为上海地区第一承压含水层，据上海地区已有工程的长期水位观测资料，第⑦层中的承压水，水位年呈周期性变化，水位埋深的变化幅度一般在3.0m～12.0m，均低于潜水水位。因本工程基坑开挖深度7.0m左右，承压水对本工程基坑开挖无影响。

（3）后注浆灌注桩对承载力、原设计桩型的影响。

2.3 不良地质条件

根据勘察资料，拟建场地红线南侧约 20.0m 分布有宽度约 40.0m 的周浦塘，水深约4.0m左右，淤泥厚度约1.0m左右，场地因周边建设场地人工堆土影响，现状杂填土厚度约 0.6-2.5m，据现场踏勘，局部高度超过3.0m，素填土厚度最深约7.0m 左右。因场地内存在大量堆土区域且堆土较厚，勘察期间部分螺纹孔及小螺纹孔加孔受场地条件限制无法施工，待场地内部明暗浜经补勘探明后再进行针对性处理。

2.4 基坑围护设计参数

基坑围护设计主要参数如表1所示。

3 基坑西侧设计方案

本工程地下设置一层地下室，建筑±0.000 相当于绝对标高+5.100m，场平后场地绝对标高按+4.400m 考虑，即相对标高-0.700m。基坑一般区域开挖深度5.80m（按贴边承台考虑）。基坑安全等级为三级，环境保护等级为三级。原设计基坑大部分区域采用重力坝围护，基坑西侧（约120m）采用钻孔灌注桩或土工法加斜抛撑围护，围护平面及相关剖面见下图2～3。

原设计方案采用斜抛撑，须对底板进行分块施工，由于基坑外侧不具备挖土条件，现场挖土存在一定难度，因此采用内抛式注浆钢管围护替代原斜抛撑，钻孔灌注桩/土工法同原设计，具体设计参数如下：6-6 剖面：采用700@900钻孔灌注桩，桩长14.0m;采用双排2700@1000水泥土搅拌桩进行止水，搅拌桩长12.5m;7-7 剖面：采用双排2700@1000水泥土搅拌桩，搅拌桩长15.3m;搅拌桩内插型钢H700×300×13×24，采取隔一插一方式，型鋼长度为16.0m;内抛式注浆钢管：注浆钢管桩采用Φ273x10@3.5m，水平倾角为50°，桩长21m，单根水泥用量不小于3.0 吨。注浆钢管桩需避让工程桩;配筋垫层：基坑贴边6m 区域设置厚200mm 配筋垫层，内配10@200X200 双层双向钢筋网片。

内抛式注浆钢管支撑是一项基坑支护新技术，可取代常规方案的支撑体系，优化施工流程及工期;可实现敞开式开挖土方，无支撑施工、养护和拆除工况，无换撑工序，节省施工工期。技术优点：

1.代替了原有复杂的支撑体系，施工内容大大减小。

2.受力体系类似常规的斜抛撑，但无须对底板进行分块施工。

3.施工速度较快，且可实现土方的敞开式开挖，施工工期大大节约。

4.无支撑施工、养护和拆除工况，地下结构施工可连贯进行。

5.无换撑工序，节约成本及工期。

6.有利于基坑的风险控制。，内抛式支撑可在基坑回填后割除，基坑变形可控。

7.绿色环保，环境及社会效益明显。钢筋、混凝土等材料用量远少于常规方案，又避免了拆撑时对环境的二次噪音、粉尘污染。

4 施工工艺流程

4.1 施工工艺流程

前撑式基坑支护组合技术采用单排或双排排桩围护结构，包括压顶板/圈梁、围护墙以及多组型钢、钢管，根据工程特点，钢管前撑入基坑内部，交错分布，形成稳定体系，保证基坑安全。前撑式基坑支护组合技术主要施工工艺流程如图6所示。

1、沟槽开挖：沟槽开挖深度70cm，高于设计标高50cm，沟槽开挖宽度80cm。施工工作面必须满足平整，有足够的强度，保证钻机施工时候平稳（若有必要铺设钢板）。

2、钻机引孔：孔位定位是要考虑到引孔的直径大于钢管直径，所以以桩位底标高定位引孔的底标高，避免施工误差。根据土层的地质条件来调节引孔深度。原则上不小于2米。

3、安放钢管：

（1）钢管运输过程必须在1/3处设置两个吊点，保证钢管运输的安全，严禁托运。

（2）钻机移到安全距离，设置到同角度，作为钢管安放的参照角度。

（3）安放过程中有机械手拎起端部，挖机配合吊住另一端，协助机械手将钢管调整到孔位。

（4）在钢管下放过程中，以钻孔机的倾斜角作为校正，下放过程中务必做到准确、均速、平稳。

4、碎石填充：钢管安放后进行碎石填充。选用孔径为20～40mm大小的碎石。填充前需挑出杂质、清洗碎石，避免注浆时堵塞注浆孔口。

5、孔底注浆：注浆钢管在使用前应检查有无破裂和堵塞，接口处要牢固，防止注浆压力加大时开裂跑浆。注浆时通过注浆泵加压，低速注入孔底。注浆分三次注入，第一次注浆以浆液泛出注浆孔壁为止，时长40分鐘左右。间隔时间不小于1.5小时。注浆量每根不小于4吨。

6、钢板焊接：必须选用502焊条，采取满焊保证焊缝质量。钢板的焊接必须和压顶梁（板）做到有效的接触，满足设计要求。

7、装配式垫层施工：施工前做好基坑开挖的跟踪，基坑开挖到底后立即进行安装。安装时先将基地凿平，在底部开槽或填干水泥铺平。装配式垫层按照图纸进行加工。

8、钢管支撑拆除：

（1）钢管支撑拆除时，需先焊断与结构接触部分的钢管，而后露出填芯。

（2）采用钢筋混凝土切割机割断填芯素混凝土。

（3）采用同样的办法分别切断钢管同外墙及结构底板的连接。

（4）采用风镐凿除多余的填芯素混凝土。

4.2 施工要求

4.2.1 注浆钢管

（1）钢管注浆桩杆体采用Φ273X10（Q235B）钢管，应清除油污、锈斑，严格按设计尺寸下料，每根钢管的下料长度误差不应大于50mm。

（2）钢管注浆桩自下而上注浆，分三次注浆，每间隔1.5小时注浆一次。注浆钢管底端2m范围布置不少于10个注浆孔，梅花形布置，注浆孔直径不小于8mm，每个孔外设置倒刺，倒刺采用10x10x3mm角铁，长度15mm，与钢管满焊连接，焊缝尺寸3mm;注浆孔外倒刺也可采用弧形钢板。

（3）注浆水泥采用P.O.42.5级普硅水泥，浆液水灰比0.55，单根桩水泥用量不少于设计要求值。

（4）圈梁在内部设置钢管，预留钢管注浆桩孔道，浇筑圈梁前用麻袋将孔道填满。

（5）圈梁纵筋遇预留孔道钢管时可适当调整间距，但间距不应大于200mm。

（6）注浆体应进行水泥浆或砂浆试块抗压强度试验检测，检测结果应符合设计要求;对浆体的强度检验数量应为每15根钢管注浆桩不少于1组，每组不应少于6个试块。

（7）钢管注浆桩待地下结构底板施工完成后进行割除。

（8）应进行钢管注浆桩静载荷试验确定单桩承载力。

4.2.2 土方开挖

（1）土方开挖前应具备开挖条件，监理单位应按相关标准对围护结构的施工质量进行检查或验收;开挖应按照分层、分段、分块、对称、平衡、限时的方法确定开挖顺序;

（2）本段基坑需分4段进行开挖，单段开挖长度不超30m;

（3）基坑开挖的土方不得在临近建筑及基坑周边影响范围内堆放，并应及时外运;

（4）基坑分层开挖厚度不应大于4m，临时边坡坡度不大于1：1.5;

（5）坑底以上30cm土方应采取人工修底的方式挖除，并防止坑底土体扰动;混凝土垫层应做到随挖随捣，挖土到设计标高后，应在8 小时内浇筑垫层，垫层浇至围护桩边，无垫层坑底最大暴露面积不得大于200m2;

（6）邻边的局部深坑（深度超过1.5m）应在大面积垫层完成后开挖，严禁一次开挖到底;

（7）基坑分块开挖时，开挖至坑底后，相应分块底板需在15天内浇筑完成;

（8）基坑边超载应控制在15kN/m2以内，并严格控制不均匀堆载;大量超载位置应另行加固;

（9）遵循先撑后挖、限时支撑、严禁超挖的原则，无支撑暴露时间控制在48小时之内，无支撑暴露长度不大于30m;

（10）挖土机械严禁直接压过支撑杆件，挖土机械通过支撑前，必须回填30cm厚土体，并铺设道板架空后方可通行;

（11）挖土机械严禁碰撞工程桩、围护桩;挖土应先掏空钢管、工程桩四周，避免钢管承受不均匀的侧向土压。

5 结论与建议

内抛式注浆钢管支撑是一项基坑支护新技术，可取代常规方案的支撑体系，优化施工流程及工期;可实现敞开式开挖土方，无支撑施工、养护和拆除工况，无换撑工序，节省施工工期。施工过程中应严格按照施工工艺流程进行施工，为控制基坑位移，应在开挖前编制详细的分块开挖施工组织设计，并采取措施防止坑壁渗漏和确保坑内降水效果。

（作者单位：上海常筑建筑工程技术有限公司）