軟土基坑中攪拌樁與旋噴樁圍護的施工工藝

上海浦東新區(qū)建設(shè)（集團）有限公司 上海 200136

1 工法概述

在軟土地區(qū)，旋噴樁用于基坑側(cè)壁支護或止水帷幕，因具有設(shè)備振動小、噪聲小、對鄰近建筑物影響小等施工優(yōu)點而被廣泛采用。但旋噴樁屬于柔性支護體系，在地質(zhì)條件較復(fù)雜、水位高、基坑開挖深度較深的條件下，旋噴樁的使用便受限制。做到具有一定剛度并具抗?jié)B功能，即是勁性水泥土攪拌樁法，日本稱為SMW工法。該工法將攪拌樁（旋噴樁）和型鋼結(jié)合起來，使之同時具有擋土和防滲兩種功能，巧妙地解決了因施工場地限制而給基坑支護工作帶來的困難[2]。關(guān)于攪拌樁支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工及質(zhì)量控制[1,3,4]和旋噴樁的施工技術(shù)參數(shù)、質(zhì)量控制[1,5]，已有文獻作詳細介紹，以下進行工程實例介紹。

2 工程實例

2.1 張家浜人才公寓1 期2 標地下室工程

2.1.1 基坑圍護方案及施工。

該工程基坑開挖深度為4.9 m，所處的地質(zhì)條件較差，為含水量較高、壓縮模量偏低的淤泥質(zhì)黏土，且局部有明、暗浜分布（圖1、表1）。

基坑的內(nèi)力變形、墻體強度抗傾、整體穩(wěn)定性經(jīng)驗算滿足要求；設(shè)計計算已有文獻介紹[1,6]。該工程基坑周邊無大型建筑物及管線，但壩體圍護緊靠號房，攪拌樁圍護墻體的施工質(zhì)量的好壞關(guān)系到號房樁基和基礎(chǔ)的施工，一旦發(fā)生墻體坍塌或水土流失，產(chǎn)生的剪力將擾動并破壞號房樁基礎(chǔ)。

表1 工程地質(zhì)參數(shù)表

圖1 基坑地質(zhì)剖面（箭頭線為水位）

攪拌樁采用2Φ700 mm@1 000 mm雙軸水泥土攪拌樁，水泥摻量13%，明、暗浜處水泥摻量增加到16%，水泥采用P.O 42.5水泥；擋墻頂部設(shè)置厚20 cm鋼筋混凝土壓頂，內(nèi)配Φ8 mm@200 mm×200 mm鋼筋網(wǎng)片，攪拌樁前后排插入Φ48 mm×3.0 mm焊管，頂部與壓頂相連，進行加強。在攪拌樁取芯合格后基坑分區(qū)域?qū)ΨQ出土，土方分3 層土開挖，層厚分別為1.5 m、2 m、1.5 m。土方由施工區(qū)域不同方向3 個出口放射性外運，避免圍護墻體擾動。

2.1.2 基坑圍護存在的問題及處理

攪拌樁止水帷幕和基坑支護的效果比較理想，在主體施工階段由于天降暴雨，造成局部小面積滲漏坍塌。

對以上部位做水泥土的取樣送檢，實測土體側(cè)壓力在0.8 MPa以上，符合要求。由于圍護設(shè)計和主體設(shè)計協(xié)調(diào)原因，圍護邊線曾做過局部調(diào)整對施工造成影響。在現(xiàn)場踏勘中發(fā)現(xiàn)部分圍護墻體壓頂噴射混凝土有裂紋，泥水的沖刷使其局部滲水并導(dǎo)致內(nèi)側(cè)淤泥質(zhì)粉黏土層在帷幕滲水較嚴重部位涌出、坍塌，壓頂下形成空洞。內(nèi)側(cè)失去土壓力，攪拌樁受外側(cè)土壓力作用傾斜。因此在基坑內(nèi)側(cè)加設(shè)預(yù)應(yīng)力錨桿和掛網(wǎng)噴面，采用此方案后基本控制裂縫的發(fā)展。

2.2 張家浜楔形綠地3 期2 標人防地下停車庫工程

2.2.1 基坑圍護方案及施工

基坑呈規(guī)則矩形。基坑開挖深度4.7 m。土層較軟，有溝浜分布。土質(zhì)自上而下為填土，層厚0.9 m；粉質(zhì)黏土，層厚1.4 m；淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，層厚10 m；淤泥質(zhì)黏土，層厚10～15 m?；拥装逦挥谟倌噘|(zhì)粉質(zhì)黏土層中，水位為地表以下－1 m。采用攪拌樁止水帷幕兼做基坑圍護。攪拌樁為3 排樁，車庫出入口部位局部采用1∶1.07的放坡開挖。攪拌樁長度9 m，內(nèi)邊坡掛網(wǎng)噴面?；硬捎幂p型井點降水，沿四周布置。為達到降水效果，基坑中央加設(shè)4 排井點，水位降到坑底0.5 m以下后，采用大面積分層分塊開挖。

2.2.2 方案實施效果

基坑開挖期間實施全程監(jiān)控，各項數(shù)據(jù)未發(fā)現(xiàn)異常；在巡視過程中基坑側(cè)壁、基坑坑底保持干燥，未發(fā)現(xiàn)滲漏和位移坍方。但在開挖后期進入雨季，在連續(xù)2 d臺風暴雨過后南側(cè)車庫轉(zhuǎn)角處止水帷幕出現(xiàn)局部坍方。分析原因主要是攪拌樁形成的止水帷幕相當于無筋柔性體系，基坑開挖前期干燥酷暑，圍護水泥墻體暴露于空氣中而導(dǎo)致墻體收縮，且該部分為局部轉(zhuǎn)角處。經(jīng)驗算，坑外主動土壓力為最大，但理論上仍能保持受力平衡，暴雨的忽然侵襲形成水土合力，大大增加坑外主動土壓力，超出了理論極限值的平衡，在各種綜合因素作用下形成坍方。另外，由于基坑外道路排水設(shè)施不暢，導(dǎo)致路面上的雨水進入開挖基坑內(nèi)，而坑內(nèi)的明排水在特大暴雨的沖刷下未能及時疏導(dǎo)，削弱坑內(nèi)被動區(qū)域的土壓平衡，同時削弱攪拌樁腳趾的抗剪強度，坑外水土從薄弱處開始滲入，開始為清流，隨著臺風暴雨加劇，清水變渾，造成滲漏坍方。

根據(jù)現(xiàn)場實際，果斷采用放坡，基坑內(nèi)側(cè)填筑沙袋、黏土夯實。放坡達到設(shè)計要求，加設(shè)錨桿，重新掛網(wǎng)噴面?；痈黜棸踩珨?shù)據(jù)經(jīng)監(jiān)測趨于穩(wěn)定。

2.3 上海軌交2 號線唐鎮(zhèn)東站4#出入口工程

2.3.1 基坑圍護方案及施工

基坑呈L形，基坑開挖深度8.9 m。采用旋噴樁SMW工法基坑圍護工藝。由于先期車站主體結(jié)構(gòu)已經(jīng)完成，在出入口和車站主體結(jié)合部兩側(cè)SMW圍護外側(cè)加設(shè)2 排旋噴樁呈三角形止水帷幕。土層自上而下分別為填土，層厚0.8～1.0 m；粉質(zhì)黏土，層厚2 m；淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，層厚8～12 m；淤泥質(zhì)黏土，層厚10～15 m，水位－0.8 m，共設(shè)Φ609 mm×16 mm鋼管支撐3 道，L形轉(zhuǎn)角處設(shè)斜撐。采用真空泵降水。在開槽布設(shè)第一道支撐并施加預(yù)應(yīng)力后進行土體分層開挖。

2.3.2 方案評價

SMW工法圍護支護和止水效果良好，本實例在基坑開挖時，坑底始終是干燥的，擋墻是穩(wěn)定的，這說明了圍護墻體的隔水性能良好，可允許坑內(nèi)外存在水位差。整個支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工是成功的；基坑的各項監(jiān)測數(shù)據(jù)也給予了證明。東側(cè)新老圍護墻體結(jié)合部出現(xiàn)少量滲漏，考慮到主體車站已經(jīng)運行，為確保主體結(jié)構(gòu)安全，采用引流管加外側(cè)旋噴補樁后，基坑未再出現(xiàn)滲漏水情況。

3 問題探討

（a）和地下連續(xù)墻、鉆孔灌注樁等剛性圍護體系相比，攪拌樁、旋噴樁圍護墻體更為輕便，噪聲小，造價也低，具有無可比擬的優(yōu)點。圍護墻體屬于柔性圍護，水泥土體的和易性在水的浸泡下強度將大大降低，因此排水措施一定要完備，包括基坑內(nèi)外的明排水、排水溝擋水墻的合理設(shè)置。在雨季基坑開挖過程中，需考慮圍護墻趾的加固措施，如加掛鋼絲網(wǎng)、噴漿等措施?；娱_挖要做到限時限量[1]，并及時墊層封底。

（b）攪拌樁、旋噴樁圍護墻體屬于柔性圍護體系，圍護形式的確定具有一定局限性，基坑的規(guī)模、深度影響到圍護方式的選擇，此外水文地質(zhì)也是影響到設(shè)計和施工成敗的關(guān)鍵因素。根據(jù)文獻[7]，支護結(jié)構(gòu)設(shè)計時要考慮滲流對支護結(jié)構(gòu)的安全使用有負面影響，因此地質(zhì)勘察報告應(yīng)提供得盡可能詳盡，應(yīng)充分考慮到明、暗浜及流沙、滲流等不利因素的影響，在設(shè)計和施工兩方面制定針對性的技術(shù)措施。

（c）正因為攪拌樁、旋噴樁圍護墻體屬于柔性圍護體系，水泥土在長期暴露的情況下，在日光和雨水沖洗下其和易性和抗剪力都會受影響，通過以上實例的介紹分析，圍護墻體特別是墻趾處是滲漏坍塌的薄弱環(huán)節(jié)，因此提前做好加固措施的預(yù)案是必要的。

（d）應(yīng)用攪拌樁和旋噴樁做止水帷幕，設(shè)計時應(yīng)充分考慮到理論數(shù)據(jù)和現(xiàn)場的差異性，并考慮防裂的問題，一旦開裂、滲漏，基坑內(nèi)的砂質(zhì)土會迅速坍塌，甚至影響到基坑安全；施工過程中也應(yīng)做好信息反饋，發(fā)現(xiàn)與設(shè)計勘查不一致的地質(zhì)情況，應(yīng)及時和以上部門及時溝通聯(lián)系，確定最佳變更方案。

（e）對基坑支護結(jié)構(gòu)進行設(shè)計和變形預(yù)估時應(yīng)留一定余量，對土層和支護結(jié)構(gòu)本身所作的本構(gòu)模型、計算假定，以及參數(shù)選定等，與實際狀況相比存在一定的近似性和相對誤差，而且由于基坑支護項目的特殊性，每個基坑的變形和位移各不相同，目前尚缺少一個簡單的判定標準[8-10]。具體到施工過程中，除了嚴格按照施工規(guī)范和設(shè)計要求之外，還要做到精心組織，根據(jù)不同的地質(zhì)情況調(diào)整施工參數(shù)，達到事前、事中控制。

（f）基坑工程是一個系統(tǒng)和動態(tài)的過程，除了圍護結(jié)構(gòu)之外，基坑的降水、坑外的明排水措施、土方開挖段和分層的合理布置、監(jiān)測等環(huán)環(huán)相扣，直接關(guān)系到基坑工程的成敗。此外，基坑開挖和施工過程中，支護結(jié)構(gòu)的受力處于動態(tài)變化過程，地面荷載突變、超深超長開挖、氣象水文變化等隨機因素的發(fā)生，使得結(jié)構(gòu)荷載作用時間和影響范圍難以預(yù)料，需要現(xiàn)場各道工序銜接合理、科學(xué)。

（g）在攪拌樁和旋噴樁圍護工法的創(chuàng)新應(yīng)用中，采用鋼管代替型鋼，并結(jié)合放坡，形成壩體式圍護體系，充分利用水泥土對鋼管的包裹作用達到提高鋼管的剛度，可以減少位移的作用。此外，水泥土還起到套箍的作用，達到固定鋼管的作用。水泥土攪拌樁對鋼管變形的適應(yīng)性較好，在軟土基坑圍護中可優(yōu)先采用。

（h）近年來，在上海中心等一些特大基坑基礎(chǔ)中采用圓筒圍護；文獻表明，圍護采用旋噴樁和攪拌樁也可充分利用圓筒“拱效應(yīng)”，效果極佳[11]。在一些重大基坑工程，采用鉆孔灌注樁和旋噴樁和攪拌樁結(jié)合，做到剛?cè)嵯酀?，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟效益。

4 結(jié)語

旋噴樁和攪拌樁用于軟土基坑側(cè)壁圍護和止水帷幕，具有較好的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)越性，隨著SMW工法施工機械的發(fā)展和新的工法如TMW工法、TRD工法的產(chǎn)生，旋噴樁、攪拌樁在基坑施工中的應(yīng)用前景將更為廣泛。