樁土撐-重力壩組合式基坑支護體系研究

丁志強 鄭 洪 羅亞楠 衛(wèi)海亮 朱 強 王 昌

中國建筑第八工程局有限公司青島分公司 山東 青島 266100

1 工程概況

上海虹橋物流項目總占地面積43 000 m2，總建筑面積147 500 m2，地上8層，地下2層，總工期為335 d。基坑開挖深度為8.5 m，局部集水坑和電梯井超挖1.5～4.2 m。

本工程基坑支護體系南片區(qū)采用常規(guī)方法施工，即2道密集內支撐。北片區(qū)采用國內首次研發(fā)應用的樁土撐-重力壩組合式基坑支護體系，并采用1道簡易內支撐（圖1）。

圖1 樁土撐-重力壩組合式基坑支護體系

2 工藝原理

根據巖土彈塑性理論模型，通過真空管井持續(xù)疏干降水可使土體發(fā)揮半重力壩效應。在此理論基礎上，本工藝的核心在于雙排圍護樁間土形成重力壩并與前后排圍護樁及樁間土頂部配筋混凝土連系板形成整體受力。通過貫入注漿斜鋼管撐避讓地下室結構并根據壓桿穩(wěn)定受力模型，以受力情況為依據設計足夠的嵌入長度。

斜鋼管撐端部采用分瓣成品樁尖，注漿過程中確保注漿量及注漿壓力，在斜鋼管撐底端劈裂樁尖周圍土體形成擴大頭。同時頂部與圍檁剛性連接，組合形成整體受力。斜鋼管撐頂部嵌入樁間土的部分與周圍固結后的土體綜合受力，相對于底部原狀土內懸臂段形成半剛性支座；確保斜鋼管撐的受力效果，并有效約束其變形。

斜鋼管撐在注漿前預先將頂部切割并焊接端部盲板及加勁板，注漿完成后與后排配筋混凝土圍檁整體澆筑形成剛性節(jié)點（圖2、圖3）[1-4]。

3 技術優(yōu)勢分析

3.1 大幅降低工程量及造價

本基坑支護體系采用雙排圍護樁及斜鋼管撐，對基坑圍護薄弱部位有針對性地進行加強；常規(guī)軟土地區(qū)挖深8 m左右的基坑采用雙道內支撐的設計，首道內支撐多為鋼筋混凝土內支撐，第2道內支撐常規(guī)采用混凝土結構或鋼管斜拋撐。

圖2 樁土撐-重力壩組合式基坑支護體系平面示意

圖3 樁土撐-重力壩組合式基坑支護體系

樁土撐組合式基坑支護體系相對常規(guī)基坑支護體系使內支撐結構混凝土、立柱樁節(jié)約40%。在相似地質及基坑深度條件下，樁土撐基坑支護體系較常規(guī)基坑支護結構方案節(jié)約造價20%～30%。

3.2 有效提高施工工效，節(jié)約工期

通過減少內支撐工程量，縮短了常規(guī)多道內支撐結構體系所需的立柱樁、鋼筋混凝土內支撐施工時間、必要的結構混凝土養(yǎng)護時間及支撐破除施工時間。因采用本基坑支護體系可實現(xiàn)大敞開式開挖，不僅土方開挖及外運的效率實現(xiàn)了最大化，也使地下室結構施工可避免受到破除第2道內支撐的影響，實現(xiàn)均衡連續(xù)施工。

3.3 安全性高，對周邊環(huán)境影響小

在樁土撐組合式結構整體受力的基礎上，本體系通過真空管井不間斷疏干降水實現(xiàn)雙排圍護樁間土固結，發(fā)揮半重力壩效應，進一步提高了基坑的穩(wěn)定性。根據工程實踐應用中的監(jiān)測報告數(shù)據并通過與采用常規(guī)基坑支護結構體系的相鄰地塊工程變形情況進行對比分析，樁土撐組合式基坑支護體系具有基坑圍護結構變形小、周邊管線位移及沉降量小、支撐結構軸力均衡且安全系數(shù)高等特點。

3.4 提高質量，節(jié)材環(huán)保

本結構體系避免了常規(guī)坑內鋼管斜拋撐貫穿地下室結構外墻，并減少了格構柱貫穿地下室結構板等情況的發(fā)生，降低了地下室結構墻、板等構件發(fā)生滲漏的質量風險，提高了地下室結構實體成型質量。

同時，本結構體系相對常規(guī)基坑結構體系工程量，減少了內支撐鋼筋、混凝土、型鋼等各類材料的使用。通過實現(xiàn)大開敞式開挖，不但大幅提高了土方開挖效率，而且降低了噪聲及揚塵影響，也契合了當前建筑業(yè)綠色環(huán)保施工的理念。

3.5 永、臨結合，提供施工便道

重力壩上部配筋混凝土連系板在起到基坑支護作用的同時，經計算處理可提供臨時便道，高于常規(guī)施工便道標準，且不額外占用場地，不增加任何成本。

4 施工工藝流程及操作要點

4.1 工藝流程

雙排圍護樁打設→清障、定位放線→引孔→斜鋼管撐打設→斜鋼管撐封蓋和加勁板→壓力注漿→鉆機移位→圍檁及配筋混凝土連系板施工→內支撐施工

4.2 工藝要點

4.2.1 雙排圍護樁打設

根據設計特點，基坑圍護樁可采用SMW工法樁或鉆孔灌注樁；根據相應工藝首先完成雙排圍護樁的打設。在正式施工前應對圍護樁前后排距離、樁位進行測量放線并復核。如采用鉆孔灌注樁，還應在圍護樁打設完畢后進行止水帷幕施工。

4.2.2 清障、定位放線

在正式打設前必須對表層障礙物，如石塊、凝結的砂漿塊、不明地下管線等進行詳細的勘察、清障處理。在引孔設備就位前進行定位放線，開挖導槽并在設計貫入點進行現(xiàn)場標記，導槽寬度宜為1.2 m。土方開挖后及時進行外運。

4.2.3 引孔

采用斜向鉆機進行引孔，鉆機就位并固定后采用角度尺對鉆桿角度進行標定。引孔角度應滿足設計要求的貫入角度，應確保避讓地下室底板及外墻，角度宜在50°～65°范圍內。引孔深度為2～3 m，鉆桿貫穿圍護樁之間。引孔孔徑應大于斜鋼管撐外徑。

4.2.4 斜鋼管撐打設

斜鋼管撐樁尖安裝及接長過程中應注意滿焊，鋼管運輸過程在管長三等分點處設置2個吊點，保證鋼管運輸?shù)陌踩０卜胚^程中由機械手拎起端部，挖機配合吊住另一端，協(xié)助機械手將鋼管調整到孔位。在鋼管下放過程中，以鉆孔機的傾斜角作為校正，下放過程中務必做到準確、平穩(wěn)。

4.2.5 斜鋼管撐封蓋和加勁板

斜鋼管撐打設完畢后將圍檁節(jié)點以上的超長部分氣割切掉，之后在頂端下部200 mm處鋼管內焊接封蓋鋼板，使得鋼管形成底端縫狀開口的空腔。在距頂端封蓋500 mm處鉆1個直徑60 mm的孔，預先組合的弧形鋼板與長150 mm注漿短管和鋼管貼合并四周圍焊。鋼質注漿短管直徑50 mm，通過預先套絲與注漿管緊固連接。在封蓋鋼板對應位置，于鋼管外側焊接加勁板加強，與鋼管四周滿焊。

4.2.6 壓力注漿

對進場水泥進行檢查和復試，水泥種類及強度等級應符合設計要求。制備漿液前應準備好后臺設備，注漿鋼管在使用前應檢查有無破裂和堵塞，接口處要牢固，防止注漿壓力加大時開裂跑漿。注漿時通過注漿泵加壓，低速注入孔底。注漿時分段注入，注漿量不小于設計要求。

4.2.7 鉆機移位

按照定位放線，移動機器，重復以上操作。

4.2.8 圍檁及配筋混凝土連系板施工

注漿完畢后平整表層土體并夯實，清理圍護樁頂部多余混凝土。前后2排圍護樁頂圍檁、連系板鋼筋綁扎并整體澆筑、養(yǎng)護。

4.2.9 內支撐施工

基坑內表層土開挖后進行內支撐施工。內支撐形成對撐，養(yǎng)護達到設計強度后開始下部土方開挖。因支撐下部無障礙物，土方開挖效率實現(xiàn)最大化，邊開挖邊施工地下室結構。隨地下室各層結構板按照設計要求的位置進行換撐施工，換撐達到設計強度后拆除內支撐。

5 結語

本工程基坑為國內首次采用樁土撐-重力壩組合式基坑支護體系，與同一工程的鄰近基坑常規(guī)支護體系對比，不僅可節(jié)省工期150 d，而且還降低成本753.81萬元。目前地下部分已經施工完成，充分驗證了該技術的安全性和可靠性[5-7]。