高強度灌漿料在地鐵基坑鋼支撐圍檁體系中 的運用與研究

賈文強

上海市基礎工程集團有限公司 上海 200000

隨著我國城市化進程不斷推進，大城市、特大城市在建設規模擴張的同時也在朝著更高、更深的方向快速發展。其中，城市軌道交通、地下空間開發過程中，地下連續墻搭配鋼支撐+鋼圍檁是運用極為廣泛的支撐體系，對控制基坑變形和保護周邊環境有著積極作用。輸水工程、城市地下空間開發等涉及深基坑、超深基坑的工程越來越多地出現，且大多分布于土地緊張、環境敏感的城市中心地區。在這些深基坑施工過程中，地下連續墻通常采用銑接頭形式，應用地下連續墻搭配鋼支撐＋鋼圍檁，可以將鋼支撐軸力有效地傳導、分散于地下連續墻之上，并抑制地下連續墻接縫錯位。但目前，我國深基坑工程中鋼圍檁與地下連續墻之間存在的間隙主要采用細石混凝土進行填 充[1]。該填充料流動性差且強度需要數日才可以達到設計要求，在其強度未發展到位之前，圍檁與地下連續墻間隙處支撐力不足，縫隙持續壓縮，直接導致地下連續墻向基坑內側徐變，進而引起圍護外側土體沉降，對周邊環境的穩定產生影響[2]。因此，縮短填充料的強度發展時間，提高間隙填充密實度，確保鋼圍檁與地下連續墻間隙填充的及時性和有效性是控制基坑變形的關鍵。

本文以上海軌道交通14號線豫園站工程為案例，詳細論述了地下連續墻與鋼圍檁間隙采用高強度灌漿填充的技術要點及運用效果。

1 灌漿料填充施工

1.1 工藝原理及特點

1.1.1 工藝原理

本工法主要采用高強度灌漿料替換普通細石混凝土對鋼圍檁與圍護間隙進行填充。與細石混凝土相比，高強度灌漿料具有高流動性、高強度及強度發展快速等特點。高強度灌漿料的高流動性確保漿料能流入各種形狀、大小的縫隙，使圍檁與地下連續墻形成緊密連接，不留空隙[3]。而其強度可以在24 h之內達到設計強度，且后續仍繼續發展，可遠遠超過普通混凝土的強度，達到約60 MPa，確保鋼圍檁與地下連續墻間力的傳導介質快速、有效形成，并盡早將支撐力傳導到圍護之上，大大減小了圍護因圍檁間隙壓縮而產生的變形。

1.1.2 工藝特點

1）流動性強，填充密實。普通細石混凝土坍落度為180～220 mm，骨料直徑最大1.5 mm。鋼圍檁安裝到位后，由于地下連續墻表面凹凸不平，故鋼圍檁與地下連續墻間的縫隙有寬有窄。普通細石混凝土對寬大的縫隙有較好的填充效果，但受到流動性和骨料直徑的限制，對狹窄的縫隙很難完全填充，從而很容易產生空隙。高強灌漿料的流動性很強，流動速度為10～17 s，可以達到自流平；骨料粒徑均小于5 mm，可以很好地填充大、小縫隙，確保圍檁后縫隙填充致密[4]。

2）強度高且發展迅速。普通細石混凝土填充縫隙后，需要數十天時間才能達到設計要求強度。圍檁與地下連續墻間的縫隙填充料強度不足是引起圍護變形的主要原因之一。采用高強度灌漿料進行縫隙填充，填充料填充后，12～15 h強度可以達到約10 MPa，15～20 h強度可達到20～30 MPa，24 h強度可以達到30～40 MPa。填充料強度在24 h內即可完全達到設計要求[5]。

1.2 施工工藝

高強度灌漿料施工時按照如下工藝流程進行：

1）鑿平。鋼圍檁安裝前，需要對混凝土面存在的凹凸不平或者錯臺高差進行鑿平。

2）圍檁安裝。圍檁貼于混凝土鑿平面放置，對于局部凹陷較深、無法與鑿平面齊平的位置，在圍檁與圍護凹陷之間的縫隙處插入鋼楔加強[6]。

3）下口封堵。為避免灌漿料灌入縫隙后從下口流出，縫隙下口采用雙快水泥進行人工涂抹，十幾分鐘后即可硬化形成封堵。

4）灌漿料制備。每拌制1 m3灌料需要2.5 t成品干粉態灌漿料，拌制用水量為干粉量的10%，采用人工攪拌 即可。

5）灌漿料填充。拌制好的灌漿料具有很好的流動性，可采用漏斗、滑槽接于圍檁與地下連續墻縫隙上口，緩慢倒入，確保縫隙內空氣排出。重復檢查、補灌，直至灌料面不再下降，與圍檁頂邊齊平。

6）養護。灌漿料填充完成30 min后，加蓋濕麻袋、濕棉被等進行養護。

2 工程實例運用及研究

2.1 工程概況

上海市軌道交通14號線豫園站位于上海中心城區，車站主體位于人民路北側下方，騎跨江西南路。車站南側緊鄰人民路隧道且局部與隧道共用圍護，西側為河南南路及軌交10號線區間隧道，西北角為一座新上海城市廣場，西南角為軌交10號線豫園站，東北角有5棵廣玉蘭古樹及2棟磚混結構6層房屋。

車站主體內凈總長209.00 m，標準段內凈寬21.05 m，主體端頭井采用明挖順作法、標準段采用逆作法施工，基坑保護等級為一級。圍護結構采用厚1 200 mm地下連續墻，地下連續墻深65 m，采用銑接頭形式，墻底位于⑦2灰色粉砂層。車站底板埋深最深達35.9 m，是上海已建和在建車站中最深的地鐵車站。

車站第1、3、5、7道支撐為混凝土支撐體系，第2、4、6、8、9道為全圍檁鋼支撐體系。其中，第2、4道鋼支撐直徑609 mm，第6、8、9道鋼支撐直徑800 mm。鋼支撐全部采用伺服系統，鋼圍檁采用700 mm×300 mm的H型鋼雙拼，外觀尺寸700 mm×600 mm。

2.2 灌漿料填充施工

本工程鋼圍檁全部采用700 mm×300 mm的雙拼H型鋼，除東坑上2道鋼支撐圍檁后采用細石混凝土填充外，其余鋼圍檁與地下連續墻的間隙全部采用高強度灌漿料進行填充（圖1），灌漿料摻水量為10%。

圖1 灌漿料填充剖面

2.3 效果分析

2.3.1 強度發展

現場采用高強度灌漿料制作試塊，水灰比0.12。制成試塊后，通過檢測，24 h強度達到26 MPa，32 h強度達到48 MPa，說明灌漿料在短時間內即可達到鋼圍檁后的填充強度要求。

2.3.2 填充密實度

東坑上2道鋼支撐圍檁后為細石混凝土填充，其余圍檁后均采用了灌漿料填充。支撐拆除完成后，通過現場觀察、測量，發現細石混凝土對于縫隙的填充率基本為20%～50%，圍檁后縫隙存在連續空腔，如圖2所示。

采用灌漿料進行填充的空隙密實度良好，填充率100%，圍檁后無空腔，填充料密實、連續，拆除圍檁后，填充效果如圖3所示。

圖2 細石混凝土填充后效果

圖3 灌漿料填充后效果

由此可見，灌漿料可以很好地將圍檁后的縫隙進行填充，克服了細石混凝土填充效果不足的缺陷。

2.3.3 圍護變形

在基坑開挖過程中，每一道鋼支撐施工時間約10 d，東坑上2道鋼支撐圍檁后采用細石混凝土填充，剩余鋼圍檁后采用高強度灌漿料進行填充[7-9]。基坑開挖結束后，圍護最大變形點為P20（圖4）。

圖4 基坑圍護監測布點平面

選取P20點分別在細石混凝土及高強灌漿料填充圍檁后間隙的情況下，在基坑開挖及鋼支撐架設過程中的監測數據進行對比（圖5）。

圖5 開挖期間P20點變形數據

通過對比可直觀發現，采用細石混凝土填充鋼圍檁與地下連續墻間隙的方法，支撐所在土層從開挖到整層結束，P20點圍護側向位移增加7.7 mm，且前5 d位移增長明顯，為5.5 mm。

采用高強度灌漿料填充方法，整層土方開挖完成后，P20點圍護側向位移增加2.1 mm。可以說明，采用高強度灌漿料對于基坑變形的控制效果明顯優于細石混凝土的 填充[10-12]。

3 結語

1）高強度灌漿料填充后強度發展迅速且強度高。填充料12～15 h的強度可以達到約10 MPa，24 h的強度可以達到20～30 MPa，32 h的強度達到48 MPa，填充料強度在短時間內即可完全達到設計要求。

2）高強度灌漿料填充密實度高。普通細石混凝土縫隙填充率普遍為30%～50%，本工法高強灌漿料的流動性很強，骨料粒徑均小于5 mm，縫隙填充率達100%，很好地確保了圍檁后縫隙填充致密。

3）采用高強灌漿料替代普通細石混凝土更有利于減小基坑變形。采用高強度灌漿料填充圍檁與地下連續墻的縫隙，填充料可以快速達到強度，且填充密實，很好地減小了圍檁與地下連續墻間縫隙壓縮導致的地下連續墻位移。