基于精準(zhǔn)化往復(fù)注漿止水的大直徑鋼管圍護(hù)樁墻施工工藝

張潔龍 張阿晉

1. 上海建工房產(chǎn)有限公司 上海 200080；2. 上海建工集團(tuán)工程研究總院 上海 201114

近年來，我國大中型城市核心區(qū)建設(shè)用地日趨減少，城市居民環(huán)保意識(shí)逐步加強(qiáng)，工程建設(shè)邊界條件極度嚴(yán)苛，對(duì)傳統(tǒng)臨時(shí)基坑工程建設(shè)技術(shù)提出了更高要求。如何突破富水軟土地區(qū)城市核心區(qū)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)面臨的緊鄰保護(hù)建（構(gòu)）筑物、施工空間極度狹小、變形控制難度大、環(huán)保要求較高及施工工期高度壓縮等制約難題，并在此基礎(chǔ)上為地下空間預(yù)制裝配化建設(shè)進(jìn)行探索研究，成為地下工程建設(shè)領(lǐng)域的技術(shù)熱點(diǎn)[1-3]。

因此，為了響應(yīng)我國地下工程裝配化、綠色化建設(shè)需求，針對(duì)基坑工程傳統(tǒng)鋼管樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)止水效果差、施工精度低等缺點(diǎn)，在充分發(fā)揮鋼管樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)各向等強(qiáng)、抗彎剛度大、可回收利用等優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，探索具備高止水性能、低施工空間需求的新型高效化、裝配化及綠色化鋼管樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工工藝具有非常重要的研究意義和市場(chǎng)價(jià)值。

1 鋼管樁圍護(hù)止水方案比選

1.1 鋼管樁鎖扣止水

傳統(tǒng)鋼管樁止水主要依靠鎖扣接頭止水，該方法的主要原理是依托各類鎖扣連接接頭有效延長(zhǎng)地下水的滲流路徑，減少鋼管樁兩側(cè)的水力梯度，進(jìn)一步減少滲水量。常用鋼管樁鎖扣形式（圖1）主要有：CT型、LT型及CC型等。對(duì)于止水性能要求較高的基坑工程，可通過在接頭處注入止水材料，如水泥砂漿、膨潤土、黏土及聚氨酯等水硬性材料，提高接頭止水效果。

圖1 鋼管樁常用鎖扣形式

采用鎖扣接頭止水的鋼管樁，其止水性能主要取決于陰陽鎖扣的咬合程度及其密封程度，因此要求鎖扣接頭具有足夠的強(qiáng)度、剛度及一定的密封空間。

由于在實(shí)際施工過程中，鎖扣接頭存在變形的情況，不僅影響了陰陽鎖扣的咬合程度，而且大幅提高了注漿止水施工的難度，影響注漿材料在咬合部位的分布，使其止水效果大打折扣。

1.2 鋼管樁＋水泥土攪拌樁止水帷幕

鋼管樁除采用物理鎖扣接頭止水外，還可借助水泥土攪拌樁連續(xù)止水帷幕來達(dá)到管間止水的目的。依據(jù)水泥土攪拌樁止水帷幕的分布位置，主要分為2種：一種是水泥土攪拌樁止水帷幕分布在鋼管樁外圍〔圖2（a）〕，這種方式適用于圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工空間較大的基坑工程，鋼管樁圍護(hù)與水泥土攪拌樁止水帷幕可實(shí)現(xiàn)同步交叉施工，施工組織難度較低，且止水帷幕工程量較低；另一種是水泥土攪拌樁止水帷幕與鋼管樁圍護(hù)高度搭接施工〔圖2（b）〕，即先行施工2排（或3排）水泥土攪拌樁止水帷幕，再在水泥土強(qiáng)度較低時(shí)，及時(shí)插入鋼管樁完成圍護(hù)施工，這種方式多用于圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工空間受限的基坑工程。

圖2 鋼管樁+水泥土攪拌樁止水帷幕

鋼管樁結(jié)合水泥土攪拌樁止水帷幕的止水效果較多地依賴于水泥土攪拌樁的施工質(zhì)量，由于現(xiàn)階段水泥土攪拌樁施工質(zhì)量參差不齊，其止水效果控制難度較大，且對(duì)僅需管間止水的鋼管樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)而言，連續(xù)水泥土攪拌樁止水帷幕體系施工占地空間大，對(duì)施工空間的要求較高，工程建設(shè)成本較大，同時(shí)鋼管樁全斷面置于水泥土攪拌樁止水帷幕中，后期拔出阻力大幅增加，鋼管樁的循環(huán)再利用難度較大。

因此，在繼承傳統(tǒng)鋼管樁止水工藝優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，擺脫鋼管樁鎖扣止水以增加繞流路徑為主、止水材料填充為輔的固有思維定勢(shì)，圍繞裝配化、精細(xì)化、綠色化施工理念，探索基于精準(zhǔn)化往復(fù)注漿止水的鋼管圍護(hù)樁墻施工工藝及其成套施工技術(shù)，具有非常廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

2 基于精準(zhǔn)化往復(fù)注漿止水的鋼管圍護(hù)樁墻工藝

2.1 工藝原理及優(yōu)點(diǎn)

基于精準(zhǔn)化往復(fù)注漿止水的大直徑鋼管圍護(hù)樁墻施工工藝主要是依托鋼筋混凝土導(dǎo)墻（兼作支撐圍檁）將具備精準(zhǔn)化往復(fù)注漿止水功能的鋼管樁通過多重內(nèi)外套管承插連接形成圍護(hù)結(jié)構(gòu)，及時(shí)施作水平及豎向支撐體系，進(jìn)行土方開挖，并最終完成結(jié)構(gòu)回筑。該工藝通過特有的鎖扣接頭（圖3），可依據(jù)水文地質(zhì)情況，進(jìn)行精準(zhǔn)化、多次往復(fù)注漿止水，克服了傳統(tǒng)鎖扣補(bǔ)注漿止水施工難題，通過分地層精準(zhǔn)化注漿，大幅降低了注漿工程量，提升了工程施工精細(xì)化水平，響應(yīng)了我國工程施工綠色化建設(shè)理念。

圖3 鋼管樁結(jié)構(gòu)示意

2.2 施工工藝流程

基于精準(zhǔn)化往復(fù)注漿止水的大直徑鋼管圍護(hù)樁墻施工工藝主要包括鋼筋混凝土導(dǎo)墻（兼作圍檁）施工、鋼管樁主體打設(shè)、子鎖扣外套管施工、外套管內(nèi)清孔、內(nèi)套管施工、支撐體系施工、土方開挖及結(jié)構(gòu)回筑等。

3 施工工藝關(guān)鍵技術(shù)

3.1 精準(zhǔn)往復(fù)注漿止水鎖扣設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、往復(fù)注漿止水功能，本工藝摒棄了傳統(tǒng)鋼管樁主要依靠子母鎖扣物理咬合連接的止水方式，對(duì)傳統(tǒng)鎖扣接頭進(jìn)行了系統(tǒng)性革新，具體表現(xiàn)在以下幾方面：

1）子鎖扣與鋼管樁采用承插接口形式連接，為后期精準(zhǔn)化注漿施工提供了可行性，同時(shí)便于子鎖扣結(jié)構(gòu)在施工過程中發(fā)生損壞時(shí)的及時(shí)更換。

2）子鎖扣與母鎖扣之間的土體在施工過程中予以保留，在充當(dāng)部分阻水介質(zhì)的同時(shí)，為子、母鎖扣連接提供了一定的設(shè)計(jì)冗余度，并降低了施工過程中的注漿量，進(jìn)而減少子鎖扣更換過程中的摩擦阻力，為鎖扣接頭的周轉(zhuǎn)使用創(chuàng)造了有利條件。

3）子鎖扣結(jié)構(gòu)包含外套管和內(nèi)套管兩部分，內(nèi)、外套管通過螺紋進(jìn)行連接（圖4）。內(nèi)、外套管表面均分布著止水注漿孔，該注漿孔的分布形式可依據(jù)工程水文地質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化按需注漿。其分布形式（圖5）主要有全斷面均勻分布、沿圓周方向螺旋狀分布或其他分布形式等，要求內(nèi)外注漿孔采用等間距排列，以提升內(nèi)、外套管的通用性和匹配率。通過螺紋可調(diào)整內(nèi)、外套管注漿孔的對(duì)中與錯(cuò)位，實(shí)現(xiàn)注漿狀態(tài)與非注漿狀態(tài)的自由切換，當(dāng)內(nèi)、外注漿管處于非注漿狀態(tài)時(shí)，可及時(shí)進(jìn)行注漿管清洗，為往復(fù)注漿止水做好準(zhǔn)備工作。

圖4 精準(zhǔn)往復(fù)注漿止水子鎖扣結(jié)構(gòu)示意

圖5 內(nèi)外套管注漿孔分布示意

3.2 臨時(shí)導(dǎo)墻與支撐圍檁一體化施工技術(shù)

傳統(tǒng)鋼管樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工流程為先進(jìn)行鋼管樁沉樁施工，再施工圍檁結(jié)構(gòu)，該方法無法實(shí)現(xiàn)鋼管樁施工精度的有效控制。為了提升鋼管樁精準(zhǔn)化施工水平，滿足子、母鎖扣套接施工須保證鋼管樁具有較高垂直度的要求，本工藝擬采用臨時(shí)導(dǎo)墻與支撐圍檁一體化施工技術(shù)，即先行施工臨時(shí)導(dǎo)墻，并預(yù)留鋼管樁及注漿孔洞，提高鋼管樁施工精確度；同時(shí)臨時(shí)導(dǎo)墻兼作水平支撐圍檁，因此臨時(shí)導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足土方開挖過程中水平支撐圍檁強(qiáng)度及剛度要求，并為鋼支撐或預(yù)制混凝土水平支撐構(gòu)件與圍檁結(jié)構(gòu)裝配化連接施工做好預(yù)埋件精準(zhǔn)定位。

為了提升圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工效率，降低現(xiàn)場(chǎng)施工對(duì)周邊環(huán)境的影響，可采用臨時(shí)導(dǎo)墻預(yù)制裝配式施工，預(yù)制構(gòu)件可考慮采用預(yù)埋灌漿套筒或UHPC連接技術(shù)。

3.3 鋼管樁自行走式沉樁施工技術(shù)

隨著我國城市更新速度的不斷加快，對(duì)大中型城市核心區(qū)既有地下結(jié)構(gòu)的改造有著迫切的建設(shè)需求。但由于施工空間嚴(yán)重受限、工程施工對(duì)周邊居民影響嚴(yán)重及施工工期較短等制約因素，傳統(tǒng)鋼管樁施工工法如錘擊法、靜壓法及振動(dòng)法施工等，面臨著越來越多的環(huán)境保護(hù)難題（如噪聲污染嚴(yán)重、占地空間大、擠土效應(yīng)大、振動(dòng)影響大等）且施工效率較低，無法滿足城市核心區(qū)狹小空間內(nèi)鋼管樁高效化、綠色化施工要求。

為實(shí)現(xiàn)城市地下空間更新改造的現(xiàn)實(shí)要求，本工藝采用自行走式鋼管樁綠色化沉樁技術(shù)，即在臨時(shí)導(dǎo)墻上采用免共振沉樁技術(shù)先行施工數(shù)根鋼管樁，將動(dòng)力單元、自行走式沉樁設(shè)備在已完成樁基頂部進(jìn)行組裝，利用已完成樁基為后續(xù)鋼管樁沉入施工提供反力，且作為自行走式沉樁設(shè)備及待沉鋼管樁的移動(dòng)及運(yùn)輸軌道。該方法大大減少了鋼管樁沉樁施工空間需求，可在狹窄空間、低凈空區(qū)域進(jìn)行施工，且充分利用支撐圍檁減少了臨時(shí)工程建設(shè)費(fèi)用，社會(huì)、經(jīng)濟(jì)及環(huán)保效益突出，具有較好的應(yīng)用前景。

4 結(jié)語

1）針對(duì)富水軟土地區(qū)鋼管樁圍護(hù)施工面臨的止水效果差、施工精度低等技術(shù)難題，深入分析傳統(tǒng)鋼管樁鎖扣止水、水泥土攪拌樁止水帷幕工藝缺點(diǎn)，提出了一種基于精準(zhǔn)化往復(fù)注漿止水的大直徑鋼管圍護(hù)樁墻新型施工工藝。

2）該工藝通過特有的子、母鎖扣接頭設(shè)計(jì)，可依據(jù)工程水文地質(zhì)情況，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化按需注漿，并通過雙層子鎖扣結(jié)構(gòu)注漿狀態(tài)與非注漿狀態(tài)的自由切換，實(shí)現(xiàn)鋼管樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)工作過程中的往復(fù)注漿止水，使得鋼管樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)止水功能的修復(fù)與增強(qiáng)成為可能。

3）通過臨時(shí)導(dǎo)墻與支撐圍檁一體化施工技術(shù)及鋼管樁狹窄區(qū)域低凈空自行走式沉樁施工技術(shù)，可有效提升鋼管樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工精度，減少鋼管樁施工空間需求，大大提升了鋼管樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工的綜合效益。