內拋式鋼管錨樁在軟土地區深基坑支護中出現的問題分析及處理

嚴德華 （上海新建設工程咨詢有限公司，上海 200123）

1 研究背景

軟土地區由于土質差、水土壓力大，深基坑開挖多采用板式支護搭配內支撐的支護形式[1]，內拋式鋼管錨樁支護形式作為軟土地區一種新型支護施工工藝，該工藝使用鋼構件代替傳統鋼筋混凝土支撐，鋼管注漿樁作為壓桿提供支撐反力，可實現直立式開挖，不需要內支撐，挖土方便，施工速度快，且相對內支撐而言成本低[2]。該新型支護技術在實際推廣過程中，因眾多影響因素可能會導致基坑出現安全、質量問題，本文以上海青浦區芳澤路某住宅小區基坑工程實例出發，分析內拋式鋼管錨樁在軟土地區深基坑支護施工中可能會出現的問題，并提出相應的解決措施，對該技術的推廣應用及今后同類工程提供借鑒意義。

2 工程概述

2.1 工程概況

本項目位于上海市青浦區秀澤路和匯金路交叉口。本工程基坑開挖總面積約20400m2，基坑周長約為640m。其中北側區域為地下室兩層，基坑開挖面積約10400m2，基坑開挖深度9.4～10.1m，基坑安全等級二級，環境保護等級三級；南側地下一層區域，開挖面積約10000m2，基坑開挖深度5.4m，基坑安全等級三級，環境保護等級三級。

2.2 基坑周邊環境

本工程基坑周邊環境較復雜，南側清水港最近處距本基坑8.3m；北側秀澤路Φ600雨污管距基坑約17.4m；東側匯金路人行道上空有高壓架空電纜，距基坑14.2m有Φ600污水管；西側為待開發地塊。

2.3 工程地質情況

本項目位于長江三角洲入海口東南前緣，屬長江三角洲湖沼平原Ⅰ-1區地貌類型。缺失上海市統編④、⑤層，本項目基坑影響范圍內勘察揭露地層自上而下依次為：

第①層填土，一般厚度1.00～2.70m，平均厚度1.93m；

第②層粉質粘土，一般厚度0.40～1.90m，平均1.29m；

第③層灰色淤泥質粉質粘土，低強度、高靈敏性、高壓縮性，在基坑開挖時易產生蠕變，在水動力的作用下易產生流沙和管涌，一般厚度3.80～12.50m，平均7.52m；

第⑥1-1層粉質粘土，層頂存在較大起伏，層頂標高約在-5.58～-13.4m，場地內局部孔附近缺失；

第⑥1-2層粉質粘土夾砂質粉土，在場地內局部孔附近缺失；

第⑥2層砂質粉土，一般厚度4.00～8.80m，平均6.84m。

基坑坑底坐落于第③層和第⑥1-1層之間。

2.4 水文地質條件

對本工程有影響的地下水類型主要為潛水和承壓水。本次勘察期間測得的地下水穩定水位埋深一般為0.60～2.10m。

本工程擬建場地內涉及的承壓含水層主要為第Ⅰ承壓含水層，工程地質分層為⑥2層砂質粉土。根據實際觀測的承壓水水頭，承壓水水位埋深約為3.89m。擬建場地⑥2層層面埋深在15.3～20.1m，本工程基坑開挖深度6.0～10.0m，按最不利承壓水頭埋深3.0m、最小層頂埋深15.3m進行計算，對于開挖深度6.0m范圍基坑抗承壓水的穩定性安全系數Ky=Pcz/Pw>1.05，故承壓水本工程一層地下室基坑區域無突涌可能性。但對于開挖深度10.0m范圍基坑抗承壓水的穩定性安全系數Ky=Pcz/Pw=0.776＜1.05，對本工程二層地下室基坑區域可能產生突涌現象。

2.5 圍護設計

圖1 基坑挖土分區圖

圖2 9#樓位置支護剖面圖

本工程地下一層區域圍護采用水泥攪拌樁重力壩，重力壩壩寬4.2～6.2m，攪拌樁樁長11～16m，水泥摻量13%，內外排攪拌樁內插鋼管（Φ48×3.0@1000/1500，長 6m）及型鋼（H500×300@1000/1500，長15m）。

本工程地下二層圍護采用SMW工法門架式結構+雙排內拋式注漿鋼管工藝：支護樁采用前后排樁形成的門架式結構，前后兩排樁均采用Φ850@1200三軸水泥攪拌樁，前排有效樁長20m，后排有效樁長為14.2～15.2m，內插700×300型鋼，型鋼長15～16m，前排H型鋼隔一插二，后排H型鋼隔一插一。前后排樁間距為4.0m，前排注漿鋼管采用Φ377×10@4800，水平傾角50°，樁長15～18m，單根水泥用量不小于5.0t；后排注漿鋼管采用Φ277×10@4800，水平傾角60°，樁長15～18m，單根水泥用量不小于2.5t。

3 關鍵施工技術

3.1 總體施工流程

本工程施工順序：攪拌樁、內插型鋼、注漿鋼管→降水→土方開挖。

基坑開挖順序：先開挖施工地下二層，待地下二層區域施工至±0.00后再開挖施工地下一層區域。其中土方開挖采取分區開挖，開挖順序依次為：①→②→③→④→⑤→⑥→⑦→⑧→⑨→⑩→?→?→?→?→?→?。

本工程的基坑降水：地下一層采用輕型井點降水，地下二層采用深井降水。

3.2 圍護體施工

雙軸和三軸水泥攪拌樁（SMW工法）基本同時進行施工。整個施工過程嚴格按現行規范和設計要求執行。注漿鋼管均采用Q345，20號無縫鋼管，鋼管注漿樁分3次注漿，每間隔1.5h～2.0h注漿1次，第一次注漿量為設計注漿量的60%，第二次、第三次注漿量為設計注漿量的20%，注漿流量控制在20-30L/min，注漿最終完成的標準以單根樁水泥用量和最終注漿壓力控制。

4 基坑施工中出現的問題及原因分析

在9#樓位置（見圖1、2）基坑開挖施工過程中，東側壩體局部區域挖至設計標高，尚未完成有配筋墊層的混凝土施工時，在匯金路上出現了約40m長、寬度達40～60mm的裂縫，圍護體向坑內傾斜，最大處位移為143.59mm，超出設計累計45mm的報警值。該位置基坑安全處于不可控狀態，經分析出現這些問題的主要原因如下。

①本項目注漿鋼管靜荷載試驗合格率在60%左右，在對9#樓東側Φ377進行注漿鋼管樁靜荷載試驗中，檢測結果最小的靜荷載極限值僅有200kN，達不到設計靜荷載極限值700kN的要求。造成注漿鋼管樁承載力不足的原因是由于持力層第⑥1-1層起伏變化較大，注漿鋼管樁未進入第⑥1-1層或插入深度不足2.5m。

②注漿鋼管的制作和焊接與原始設計存在偏差，尤其是管尖段，在施工中無法形成擴大頭，鋼管注漿完成后未填碎石用純水泥漿灌滿，導致樁端承載力難以有效發揮。

③原設計支護樁采用前后排樁形成的門架式結構，前后排樁間距為4.0m，實際施工為避讓匯金路上空高壓線影響到施工，后排樁向坑內方向調整了1.5m，故門架式結構的整體寬度減小了1.5m，其整體剛度明顯減小，但對應位置圍檁、注漿鋼管等未相應加強調整。

5 處理方案及實施

基坑出現上述險情后，施工單位立即搶做配筋墊層，加強24h監測工作，同時積極召集設計及地基與基礎處理方面的專家進行安全評估和加固方案認證，采取了以下措施：

①對應承載力不足的注漿鋼管樁采用再次注漿，對匯金路上產生的裂縫采取了灌漿封閉；

②出現險情的9#樓壩體東側挖去1.5m左右土方進行卸載，卸載向北延伸直至售樓處，并在24h內完成；

③停止9#樓的配筋墊層混凝土的澆筑工作，在變形較大的位置基坑內進行寬度大于12m、高度大于2m的土方回填；

④在原有雙排型鋼間補打Φ800，長20m鉆孔灌注樁，上置1200×800mm壓頂梁，用連系梁與兩側圍檁連接牢固，在-5.50m處增設1道1100×700的混凝土圍檁，并采用609鋼管形成對稱斜角撐與H1400×400,長15m立柱樁組成新的支撐體系（如圖3所示）；

⑤放慢9#樓基坑臨近樓號的施工節奏，使其基坑周圍側向荷載不宜過大；

⑥繼續保持有效的降水和基坑監測數據的及時反饋；

經過采取一整套的緊急搶險措施，監測測得的數據變化收斂，有效地防止了基坑坍塌事故的發生。

圖3 加固位置支撐平面圖及對應剖面圖

6 結語

根據上述工程實例的分析，內拋式鋼管錨樁承載力達不到設計值、支護樁采用門架式結構寬度不足是導致基坑出現安全位置的關鍵，其中導致承載力不足的原因是注漿鋼管樁未進入持力層或持力層深度不足，注漿鋼管管尖段的制作和焊接存在偏差，在施工中無法形成擴大頭樁端。

針對上述內拋式鋼管錨樁支護出現的問題，在選擇采用內拋式鋼管錨樁支護這種新工藝施工時，應對地質條件的詳細調查，選擇適當的注漿鋼管樁持力層，并確保注漿鋼管樁進入持力層不小于2.5m。并應加強及改進注漿鋼管管尖段的制作工藝，確保樁端形成擴大頭，保證樁端承載力的發揮。另外應確保外側門架式支護結構的寬度，以保證支護樁的整體剛度。一旦基坑出現較大變形監測預警，可采用內拋鋼管再注漿、增設支撐體系、坑內土方回填和坑外卸載等應急加固措施，可有效地化解險情。