芮 揚(yáng)
上海建工七建集團(tuán)有限公司 上海 200050
注漿鋼管斜拋撐是新型內(nèi)支撐體系,施工方便,原材料工廠可預(yù)制化,施工中通過(guò)圈梁將注漿鋼管與圍護(hù)樁體結(jié)合成整體,受力性能較好,易于控制基坑變形[1-4]。結(jié)合工程實(shí)踐中監(jiān)測(cè)反饋的信息,對(duì)注漿工藝進(jìn)行改進(jìn),應(yīng)用雙囊袋分階段遞進(jìn)式注漿的創(chuàng)新技術(shù),相較于常規(guī)的鉆孔灌注樁排樁圍護(hù)體系,其施工速度快,對(duì)環(huán)境污染小,經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)明顯;相較于型鋼水泥土攪拌墻,對(duì)基坑變形的控制能力更強(qiáng),在大面積軟土深基坑施工中適用性好,能一定程度減少圍護(hù)施工成本。
某住宅項(xiàng)目位于上海市浦東新區(qū),包括6棟高層住宅、32棟多層住宅和整體地下車庫(kù)等??偨ㄖ娣e為19.6萬(wàn) m2,地上建筑面積約10萬(wàn) m2,地下建筑面積9.6萬(wàn) m2。
項(xiàng)目基坑面積約11萬(wàn) m2,挖深達(dá)到5.75 m,為整體地下1層地下室。基坑支護(hù)體系采用三軸攪拌樁內(nèi)插預(yù)制板樁形式,基坑四周采用鋼筋混凝土圈梁圍檁,圈梁、角撐和預(yù)制板樁組成受力整體。同時(shí),在基坑內(nèi)設(shè)置φ325 mm×8 mm前撐注漿鋼管斜撐,間距小于5 m,鋼管下部插入坑內(nèi)土體中,上部錨入鋼筋混凝土圈梁,與三軸攪拌樁內(nèi)插預(yù)制板樁形成完整的支護(hù)體系(圖1)。由于本工程2.5倍基坑開(kāi)挖深度范圍內(nèi)以粉性土為主,滲透系數(shù)大,透水性好,在動(dòng)水條件下易產(chǎn)生流砂、管涌等現(xiàn)象。第③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土為淤泥質(zhì)土,土質(zhì)較為軟弱,具有較明顯的觸變及流變特性,受擾動(dòng)土體強(qiáng)度極易降低。
圖1 圍護(hù)體系實(shí)景
在軟土地區(qū)基坑中使用較多的SMW工法樁,可重復(fù)利用,在一般小面積基坑施工中施工便捷、經(jīng)濟(jì)性適用較高,但其變形較大,對(duì)于環(huán)境要求等級(jí)較高的區(qū)域,適用效果不佳。
綜合考慮施工工期、經(jīng)濟(jì)性及基坑環(huán)境保護(hù)要求等,預(yù)制混凝土板樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)剛度大,預(yù)制質(zhì)量控制容易,經(jīng)濟(jì)性好。使用預(yù)制鋼筋混凝土板樁水泥土攪拌墻技術(shù)能很好地解決SMW工法樁的相關(guān)問(wèn)題。采用預(yù)制鋼筋混凝土板樁水泥土攪拌墻圍護(hù)體系,其擋土與止水一體化施工,先行施工攪拌樁,后在水泥土攪拌墻內(nèi)插設(shè)預(yù)制鋼筋混凝土板樁,并根據(jù)不同環(huán)境條件選擇預(yù)制鋼筋混凝土板樁插設(shè)施工方法(靜壓邊樁機(jī)、履帶吊配合定位架)。
1)注漿鋼管工廠化加工,構(gòu)件質(zhì)量易于控制,能有效減少對(duì)環(huán)境的影響。
2)注漿鋼管長(zhǎng)度可根據(jù)基坑開(kāi)挖深度、環(huán)境條件等因素選擇。
3)機(jī)械化施工,對(duì)環(huán)境的污染較小,且能縮減大量施工工期,施工過(guò)程中無(wú)噪聲污染,產(chǎn)生的攪拌樁置換土可在硬化后作為施工便道基層,一定程度上減少了泥漿外運(yùn)等措施費(fèi)用。
4)有效突破基坑場(chǎng)地的限制,對(duì)場(chǎng)地條件適應(yīng)性好,施工操作簡(jiǎn)單。
5)根據(jù)基坑環(huán)境增加雙囊袋,大大提高了鋼管剛度,減小了基坑變形。
本施工技術(shù)適用于基坑深度不超過(guò)7 m,特別是相對(duì)環(huán)境保護(hù)要求高、場(chǎng)地有局限性的基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)、施工。
采用圍護(hù)體系結(jié)合坑內(nèi)前撐注漿鋼管圍護(hù)體系進(jìn)行機(jī)械化施工,先行施工圍護(hù)樁,圍護(hù)樁施工完成后利用振動(dòng)錘施工注漿鋼管,注漿泵進(jìn)行漿液注漿,根據(jù)不同環(huán)境條件調(diào)整注漿鋼管的角度,一般控制在45°~60°,對(duì)于軟土地基區(qū)域,注漿鋼管增設(shè)囊袋注漿工藝。注漿鋼管施工完成后進(jìn)行圍護(hù)圈梁施工,圍護(hù)支撐強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%以上后進(jìn)行土方開(kāi)挖。注漿鋼管支撐區(qū)域采用島式挖土,先挖除坑邊寬8 m范圍的土方,待配筋墊層形成并達(dá)到養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度后,再挖除中部土方,基礎(chǔ)底板及相應(yīng)區(qū)域換撐完成且達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拆除支撐,進(jìn)行結(jié)構(gòu)施工。
場(chǎng)地平整→圍護(hù)樁施工→溝槽開(kāi)挖→樁位測(cè)放→鋼管管體加工→鋼管打設(shè)→鋼管注漿→碎石填充→灌漿→圈梁施工→土方開(kāi)挖→配筋墊層施工→底板及換撐施工→注漿鋼管拆除、地下室結(jié)構(gòu)施工
1)注漿鋼管材料的下料長(zhǎng)度允許偏差為50 mm,使用前應(yīng)清除油污、銹斑。鋼管宜采用套管焊接,套管長(zhǎng)度不應(yīng)小于0.5倍樁徑,型鋼或鋼構(gòu)件宜采用鋼板、角鋼等焊接,如臨空段焊接接頭,連接套管的長(zhǎng)度應(yīng)加長(zhǎng)1倍樁徑。
2)鋼管注漿自下而上分點(diǎn)分段進(jìn)行,注漿鋼管坑底段分段注漿,分段間距不大于3.0 m,梅花形布置,注漿孔直徑8~10 mm,每個(gè)孔外設(shè)置倒刺,倒刺采用10 mm×10 mm×3 mm角鋼,長(zhǎng)15 mm,與鋼管滿焊連接,焊縫尺寸3 mm,同時(shí)輔助其他封閉措施,確保出漿孔的有效性。
3)注漿宜采用普通硅酸鹽水泥,水泥應(yīng)新鮮無(wú)結(jié)塊,注漿漿液應(yīng)攪拌均勻,隨攪隨用,并在初凝前用完;注漿時(shí)通過(guò)注漿泵加壓,低速注入,流量不宜超過(guò)40 L/min,在砂性土、粉土中壓力應(yīng)不超過(guò)2 MPa,在黏性土中壓力應(yīng)不超過(guò)1 MPa。注漿漿液水灰比0.5~0.6,單根樁水泥用量按照設(shè)計(jì)值進(jìn)行施工,注漿完成后鋼管內(nèi)填滿20~40 mm級(jí)配碎石,并用純水泥漿液灌滿。
4)注漿鋼管施工完成且養(yǎng)護(hù)后,應(yīng)委托有資質(zhì)的單位進(jìn)行鋼管注漿樁靜載荷試驗(yàn),確定單樁承載力。
5)支撐強(qiáng)度須達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%方可開(kāi)挖,土方開(kāi)挖應(yīng)遵循先撐后挖、限時(shí)支撐、嚴(yán)禁超挖的原則,無(wú)支撐暴露時(shí)間控制在8 h之內(nèi),無(wú)支撐暴露長(zhǎng)度不大于30 m。開(kāi)挖應(yīng)按照分層、分段、分塊、平衡、限時(shí)的方法確定順序,基坑分層開(kāi)挖厚度不應(yīng)大于4 m,臨時(shí)邊坡坡度不大于1∶1.5(暗浜區(qū)域臨時(shí)邊坡坡度不大于1∶2.0)。
6)土方開(kāi)挖采用島式挖土,先挖除坑邊8 m土方,待配筋墊層形成并達(dá)到養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度后再挖除中部土方。配筋墊層設(shè)計(jì)厚度不應(yīng)小于200 mm,一端應(yīng)澆筑至圍護(hù)樁邊,另一端從前撐樁入土點(diǎn)外延2~4 m,并在開(kāi)挖完成后8 h內(nèi)澆筑完成,注漿鋼管與墊層應(yīng)可靠連接(圖2)。在坑邊配筋墊層施工完畢且養(yǎng)護(hù)不少于3 d后,方可大面積分塊分層開(kāi)挖,開(kāi)挖流程應(yīng)根據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及環(huán)境制定合理方案。
圖2 注漿鋼管與配筋墊層連接效果圖
7)對(duì)于軟土地基區(qū)域,通過(guò)在注漿鋼管上增設(shè)雙囊袋提供剛度,減小基坑變形。雙囊袋位于注漿鋼管底部,囊袋長(zhǎng)6 m、寬1 m,間距1 m,注漿壓力0.5~1 MPa。
8)一般情況下,典型工程囊袋注漿共分4次注漿。第1次注漿時(shí)把雙氣囊放于底部,上氣囊打開(kāi),注漿量為3桶(1桶為0.5 t水泥,水灰比為0.5~0.6;每次注漿2桶間歇10 min);第2次注漿時(shí)氣囊上提3 m,雙氣囊同時(shí)打開(kāi),注漿量為2桶;第3次注漿時(shí)氣囊上提4 m,雙氣囊同時(shí)打開(kāi),注漿量為2桶;第4次注漿時(shí)氣囊上提3 m,雙氣囊同時(shí)打開(kāi),注漿量為2桶。
9)支撐拆除應(yīng)在相應(yīng)區(qū)域換撐形成且達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行,對(duì)基坑變形要求比較高的位置需要待頂板換撐完成后再進(jìn)行拆除。
支撐拆除可根據(jù)支撐布置形式及結(jié)構(gòu)施工流程分區(qū)、分塊進(jìn)行,具體各分區(qū)拆除時(shí)間、順序應(yīng)結(jié)合圍護(hù)設(shè)計(jì)意見(jiàn)。前撐注漿鋼管穿底板結(jié)構(gòu)部位需重點(diǎn)處理,以確保結(jié)構(gòu)體系的防水要求(圖3)。
圖3 注漿鋼管穿底板部位封堵效果圖
1)對(duì)于前撐注漿鋼管,施工前檢驗(yàn)應(yīng)包括原材料質(zhì)量、鋼管尺寸和施工機(jī)械設(shè)備;施工檢驗(yàn)包括定位及安放質(zhì)量、鋼管焊接質(zhì)量、連接節(jié)點(diǎn)質(zhì)量和注漿量;施工后檢驗(yàn)包括前撐注漿鋼管的承載性能試驗(yàn)。其中,原材料質(zhì)量、鋼管尺寸、鋼管焊接質(zhì)量、注漿量及前撐樁承載性能試驗(yàn)為主控項(xiàng)目,其余為一般項(xiàng)目。
2)對(duì)砂、石子、水泥、鋼材等原材料質(zhì)量的檢驗(yàn)項(xiàng)目和方法應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
3)注漿鋼管施工完成后,應(yīng)進(jìn)行承載性能檢測(cè),檢測(cè)時(shí)間宜在注漿結(jié)束28 d后,鋼管單樁承載力不應(yīng)小于設(shè)計(jì)值。靜載荷試驗(yàn)時(shí),樁的數(shù)量為總樁數(shù)的1%且不少于3根,變形按總沉降量30 mm控制;加載時(shí)沿注漿鋼管樁軸向,設(shè)計(jì)最大加載量為600 kN。
本工程的地下結(jié)構(gòu)幾乎占滿了整個(gè)基地,圍護(hù)體邊線與圍墻的距離最小為2 m。其中,場(chǎng)地除東側(cè)靠近云山路一側(cè)有規(guī)劃綠地位置可供臨時(shí)使用外,其他方向的地面非常小,給現(xiàn)場(chǎng)施工帶來(lái)一定的難度。施工中需策劃好頂板道路問(wèn)題,保證有條不紊,順利生產(chǎn)。
基坑?xùn)|側(cè)有在建的軌交14號(hào)線,盾構(gòu)邊線與本基坑最短距離為25 m。根據(jù)地鐵公司要求,需在地鐵盾構(gòu)到達(dá)本項(xiàng)目附近前完成其鄰近50 m范圍內(nèi)的地下室結(jié)構(gòu)施工。因此,本項(xiàng)目施工分5個(gè)區(qū)。
其中,Ⅰ區(qū)為地鐵影響線范圍內(nèi)施工區(qū)域,確保在地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)至本項(xiàng)目前完成地下室結(jié)構(gòu)施工。項(xiàng)目需要充分利用時(shí)間與空間效應(yīng),在滿足基坑安全的條件下,完成支撐和挖土工作。
根據(jù)業(yè)主設(shè)計(jì)資料及分塊開(kāi)挖工況,現(xiàn)場(chǎng)已設(shè)置3個(gè)施工大門(mén),但在施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)大門(mén)具有一定的局限性。已有的3個(gè)大門(mén),分別為北側(cè)碧云路上2個(gè)大門(mén)(1#、2#)和南側(cè)明月路上1個(gè)大門(mén)(3#)。這3個(gè)大門(mén)與1區(qū)距離較遠(yuǎn),挖土運(yùn)輸距離較長(zhǎng),因此,在云山路明月路路口處新增1個(gè)大門(mén)(4#)用于開(kāi)挖及人員進(jìn)出,加快了出土速度。
土方開(kāi)挖時(shí)分塊之間放坡留土,流水作業(yè),加強(qiáng)基坑變形控制和環(huán)境保護(hù)工作。按后澆帶先后順序劃分5個(gè)區(qū)24小塊。具體順序?yàn)椋孩駞^(qū)→Ⅱ區(qū)→Ⅲ區(qū)→Ⅳ區(qū)→Ⅴ區(qū)(每個(gè)區(qū)施工時(shí),先開(kāi)挖前撐式注漿鋼管樁區(qū)域即坑邊6 m寬區(qū)域,待反壓鋼板、配筋墊層施工完畢并養(yǎng)護(hù)后,再開(kāi)挖中心區(qū)域土方),每個(gè)區(qū)內(nèi)采用跳倉(cāng)開(kāi)挖的施工方式。每個(gè)區(qū)開(kāi)挖到底后立即澆筑墊層,在中心區(qū)域墊層澆筑完成后再開(kāi)挖另一區(qū)的中心區(qū)域,做到分區(qū)、分塊地施工地下室底板及地下結(jié)構(gòu)。
考慮到施工場(chǎng)地、施工道路布置及材料周轉(zhuǎn)的需要,Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)每個(gè)區(qū)到底后立即澆筑墊層,在中心區(qū)域墊層澆筑完成后再開(kāi)挖另一區(qū)的中心區(qū)域,Ⅲ區(qū)頂板施工完成后再進(jìn)行Ⅳ土方開(kāi)挖。同樣,Ⅴ區(qū)也在Ⅳ區(qū)頂板施工完成后,由中間向南北兩處大門(mén)區(qū)域進(jìn)行土方開(kāi)挖。
在圍護(hù)樁與圍墻距離狹窄的區(qū)域采用施工機(jī)械手分段插入施工,距離圍護(hù)體較近的圍墻在最初搭設(shè)階段采用彩鋼板施工。在該區(qū)域圍護(hù)體施工時(shí)將彩鋼板圍墻拆除,待圍護(hù)施工完成后,將該區(qū)域圍墻采用項(xiàng)目部統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修繕,保證施工質(zhì)量及工期的實(shí)現(xiàn)。
在地下施工階段,對(duì)基坑采取分塊施工,并將后施工的分塊作為臨時(shí)施工道路及材料周轉(zhuǎn)場(chǎng)地,基礎(chǔ)階段根據(jù)供料計(jì)劃,隨到隨入坑,并動(dòng)態(tài)調(diào)整堆場(chǎng),實(shí)現(xiàn)坑內(nèi)材料近距離供給。
對(duì)挖土和頂板施工順序進(jìn)行合理規(guī)劃,總體考慮由東向西、由兩邊往中間。由于本工程基坑跨度比較大,中間Ⅳ、Ⅴ區(qū)施工區(qū)在四周區(qū)域頂板養(yǎng)護(hù)完成后進(jìn)行施工(重車行走道路底部頂板排架驗(yàn)算后搭設(shè)且不拆除),并將中間連接南北兩側(cè)大門(mén)位置區(qū)域的Ⅴ區(qū)最后開(kāi)挖,以保證場(chǎng)內(nèi)道路的布置及材料的周轉(zhuǎn)場(chǎng)地需要。
地下室挖土、底板、墻頂板分區(qū)、分塊、分階段進(jìn)行,在總進(jìn)度計(jì)劃不變的條件下,科學(xué)有效地利用搭接施工,創(chuàng)造施工操作場(chǎng)地,彌補(bǔ)周邊交通通行條件差、周轉(zhuǎn)場(chǎng)地小等不足。
通過(guò)對(duì)注漿鋼管設(shè)置囊袋并優(yōu)化相關(guān)構(gòu)造,提高了注漿鋼管的剛度和與地層的錨固力。
基坑開(kāi)挖過(guò)程中,外部緊鄰的煤氣管沉降小于6 mm(圍護(hù)設(shè)計(jì)要求控制范圍小于10 mm),圍護(hù)體測(cè)斜小于15 mm。在拆除鋼管樁和地下室反筑回填后,整體測(cè)斜不超過(guò)40 mm,滿足圍護(hù)設(shè)計(jì)控制要求。
注漿鋼管斜拋撐支撐的圍護(hù)形式可以解決圍護(hù)靠近紅線的問(wèn)題。本工程圍護(hù)體系中支護(hù)結(jié)構(gòu)采用了三軸攪拌樁內(nèi)插預(yù)制板樁的形式,預(yù)制板樁施工過(guò)程中容易擠壓三軸攪拌樁,從而對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生一定的影響,在施工中需采取一定辦法減少板樁施工的擠壓效應(yīng),合理控制三軸攪拌樁的水灰比和板樁實(shí)施的時(shí)間段,以達(dá)到較好的實(shí)施效果。這個(gè)問(wèn)題也可以作為后續(xù)其他類似工程實(shí)踐中提升改進(jìn)的研究點(diǎn)。
結(jié)合攪拌樁內(nèi)置混凝土板樁和坑內(nèi)前撐注漿鋼管的新型圍護(hù)施工工藝,很好地克服了場(chǎng)地外側(cè)區(qū)域受限的不利施工條件,實(shí)現(xiàn)了圍護(hù)結(jié)構(gòu)預(yù)制裝配化的施工理念。本工程在施工實(shí)踐的基礎(chǔ)上,總結(jié)出上海軟土地基基坑注漿斜拋撐承載力的優(yōu)化措施及不利因素,提煉出一套施工控制技術(shù)方法和經(jīng)驗(yàn),為后續(xù)類似圍護(hù)設(shè)計(jì)和施工提供了大量的數(shù)據(jù)和實(shí)例支撐。