国庆技术盛宴（二）| 周边复杂环境前撑式注浆钢管支护体系施工技术

原创王智上海市土木工程学会

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上海市土木工程学会

摘要

通过对临港科技创新城A0102地块项目中，前撑式注浆钢管桩支护体系在应对北侧国家海洋局东海标准计量中心海流计检定测试水槽及其厂房建筑保护过程的应用。分析该支护体系在复杂围护施工工况下，对于既有建筑物以及周边环境的保护效果，并结合在该支护体系保护下既有建筑物的变形及监测情况，分析造成北侧国家海洋局东海标准计量中心海流计检定测试水槽及其厂房建筑变形、周边土体不均匀沉降的相关施工因素、环境因素。对该施工工艺的技术控制节点进行完善与丰富后，落实质量管控，优化施工工艺，对于绿色高效能可回收基坑支护组合的基坑支护新工艺、新技术进行补充和完善。

作者：王智 (上海建工七建集团有限公司)

临港科技创新城项目概况

临港A0102地块项目又称智萃科技中心，是临港科技创新城国际创新协同区创新魔坊建筑群的组成部分之一创新魔坊三期，由7栋研发楼及一个地下车库组成，项目总建筑面积123226.14平方米，其中地上建筑面积83314.29㎡，地下建筑面积39911.85㎡。各单体总建筑高度均为39.95m，地上结构形式为装配整体式框架-现浇剪墙结构，地下室为1层现浇框架混凝土结构。

基坑开挖面积约4.05万㎡，基坑总延长米约为787m；其中主楼区域开挖深度约为6.1m，地库区域开挖深度5.1m，基坑安全等级三级，环境保护等级北侧二级，其余三侧三级。

项目基坑周边环境如下：南侧为既有市政道路海洋二路、西侧为既有市政道路海基六路，东侧为规划道路，北侧为国家海洋局东海标准计量中心围墙及邻近建筑物。西侧、南侧市政道路边线距基坑开挖边线距离约14~15m，北侧海洋局围墙以及规划路围墙至基坑开挖边线距离约4.4m。

项目采用的前撑式注浆钢管支护体系包含以下几个部分：（1）单排三轴搅拌桩止水帷幕；（2）双排双轴搅拌桩土体加固；（3）钻孔灌注排桩；（4）斜向钢管支撑；（5）砼压顶圈梁及角撑；（6）配筋垫层等共同形成三角形稳定支护体系。

图1 项目航拍图2 前撑注浆钢管支护

既有建筑保护概况

基坑开挖边距离红线距离约为4.4m，其位置即为项目北侧围墙。总长度270.27m，与工程项目围墙共用，经项目开工前期与海洋局及建设单位的初步协调，各方均表示无特殊情况下，该处围墙在施工过程中不宜进行拆除及轻质化处理。

红线（既有围墙）外侧为A0101地块项目国家海洋局东海标准计量中心，其位于项目基坑侧的两幢建筑物分别为：海洋局现有2F食堂、海流计检定测试水槽厂房。

该检定水槽是国家重点项目之一，为高精度海洋仪器检定设备与设施，依据海洋局提资《海流计检定水槽有关情况的函》【东标办[2018]57号】文的相关描述，其主要设施行车导轨的平整度要求为5丝以内，其建设时按照“零沉降标准”设计，水槽整体不允许有横向与纵向的位移。水槽中装有6.5m宽，5m深的水体，其产生的横向水压长期产生侧向压力，需要其南侧和北侧的稳定土体支撑，否则会导致170m长水槽侧壁变形，从而导致导轨变形，破坏水槽测量精度，更甚者会致使设备报废。

图3 高精度海洋仪器检定水槽和设备

在进行北侧双轴搅拌桩加固施工时，发现地下存在大量疑似钢管地下障碍物造成施工受阻。经了解，该类地下障碍物为早前海洋局水槽施工时，土钉墙围护体系附属的锚杆桩结构，由围护设计单位于6月19日对北侧围护体系进行了变更，将受到影响区域的双排双轴水泥土搅拌桩变更为双排三轴水泥土搅拌桩。

原水槽基坑围护形式采用土钉墙围护，经探明，其锚杆伸入项目红线内，自上而下共计4道，长度分别为12m、9m、9m、6m，间距1m梅花状布置，对北侧围护体系施工以及前撑注浆钢管桩支护体系的施工造成了影响。

图4 原海洋局基坑围护设计

图5 现基坑支护设计

前撑式注浆钢管支护体系施工要点

3.1 三轴止水帷幕及搅拌桩土体加固

三轴搅拌桩止水帷幕的施工是工程北侧围护基坑防水的第一道防线，后续搅拌桩土体加固也为钻孔灌注排桩在基坑暴露面的土体固化提供条件。

该阶段除在常规三轴搅拌桩施工过程中需要注意的水泥掺量（≥20%）、水灰比（≤1.2）、提升及下沉速率（下沉≤0.5m /min、提升≤0.5m /min）、喷浆压力（≤0.8Mpa）外，还需要注意在北侧淤泥质土体分布区域提高水泥掺量（25%）、适当减缓提升及下沉速率，或应用GS土体加固剂等措施，保障止水帷幕在淤泥质土体中的成桩质量。

此外由于三轴止水帷幕在工程施工阶段，场地内侧钻孔灌注工程桩、其余基坑侧双轴搅拌桩重力坝正处于用电高峰期，应保证三轴搅拌桩机的用电需求，并持续不间断的进行施工，确保止水帷幕的整体性，规避冷缝的出现。

如现场因故搁置施工，应对冷缝部位外侧进行补桩加强，搁置超过2h的拌制浆液应作废浆处理。

3.2 钻孔灌注排桩施工

工程钻孔灌注排桩作为前撑式注浆钢管桩支护体系的受力部件，其成孔质量以及钢筋笼的加工吊放是控制排桩质量的关键因素。

因为其在搅拌桩加固土体内进行套打，在土体加固桩根部与原土接触面（即加固桩底标高-9.25m）易形成桩孔偏差，影响后续钢筋笼的吊放，故而在成孔过程中需要控制该深度的钻头垂直度，如有异常时需反复提沉钻头以保证成孔质量。

此外，常规的护壁泥浆的检测与调整、混凝土灌注等均应严格执行图纸及规范要求。

3.3 沟槽开挖及钢管斜向施打

沟槽开挖的目的是清除围护及灌注桩成桩后的浮浆，并对桩头破除至指定的标高，暴露出灌注桩桩顶钢筋，在此基础上也为钢管的斜向施打创造条件。工程使用的钢管（φ377×10）无缝钢管，标准节段加工长度7.5m，现场采用套管焊接连接，套管长度的选择需要注意（接缝部位处于开挖面下≥0.5倍桩径，接缝部位处于开挖面上≥1倍桩径）。

另外，在施打钢管时，采用机械臂震动器进行插入，其在入土点周边产生的土体震动情况较为明显，在控制其45°角插入地下的过程中逐段插入、逐段焊接，焊缝高度（≥8mm）及饱满程度等焊接质量均应得到有效控制。

3.4 管端高压旋喷体及二次施打

钢管实施施打插设时，应与最终完成预留约1m的长度，在完成钢管底端部3m长高压旋喷加固体后，再行施打到位，确保钢管插入管端高压旋喷加固体长度约1m。

高压旋喷桩机应控制旋喷管与钢管方向的一致性，即与地面呈45°角，自钢管内部插入，在控制旋喷深度的基础上。确保管端3m长范围内旋喷加固体的施工质量，旋喷加固体直径（≥2桩径）。

在空间要求较为严苛的施工环境下，可以采用改装小型旋喷桩机的方法实施作业，并在高压旋喷桩体实施结束后2h内，将预留1m长度的钢管施打到位，以免加固体强度原因导致钢管施打不到位。

图6 角度复核图7 套管接长图8 高喷加固

3.5 回填碎石及桩内注浆

由于在实施高压旋喷的过程中，旋喷施工阶段主要集中在钢管下半段，对于钢管上部真空区域，应采取回填碎石以及回灌水泥浆的措施进行封堵，用以加强钢管顶部强度，并减少压顶圈梁混凝土浇筑时，过多的混凝土流入钢管，导致砼压顶圈梁的施工质量问题。

3.6 砼压顶圈梁及角撑施工

砼压顶圈梁及角撑的施工，除对常规钢筋绑扎质量、混凝土浇筑通病的质量控制外，还应注意钢管端口部位锚固钢筋的焊接，以及围护桩桩顶部位的杂质清理。

可以在压顶底部钢筋绑扎前，利用现场配备的高压水枪，对桩头破除后产生的污质杂质进行冲洗处理，清除碎石及泥土，确保桩头与压顶结构的锲合度。保证钢管管口部位钢筋的锚固长度、焊接长度焊接质量，以此确保围护桩桩身、斜撑钢管主体与压顶砼圈梁的紧密连接。

图9 压顶做法图10 端口连接

3.7 挖土及配筋垫层施工

配合前撑式注浆钢管施工，应对场地北侧土方的挖土进行策划及部署，采用岛式开挖的出土方式，优先开挖出钢管下部配筋垫层的区域，并在基土暴露8h内，完成配筋垫层的浇筑。

3.8 底板、墙板钢管穿墙节点

对于底板、墙板钢管的穿墙节点控制，现场施工过程中极易遗漏洞口附加钢筋，应对底板及墙板穿墙节点的附加钢筋做专项交底。

除此以外，在穿越底板的钢管外侧，应焊接环形止水板，对于穿越墙体的钢管部分，在后期拆除后进行凿毛以及止水橡胶圈的施工。

3.9 钢管割除

钢管割除应在墙板钢筋绑扎前，为降低后续钢管穿越底板及外墙板造成的渗水风险，应结合基坑变形状况，采取隔一拆一或隔一拆二的方式减少斜撑钢管穿墙数量。对斜撑钢管进行部分割除回收，并在部分拆除钢管后尽快完成墙板钢筋、顶板钢筋及换撑板带的浇筑。剩余钢管在后续地库顶板及换撑板带施工完成后分批割除。

3.10 防水节点及措施

防水节点主要为剩余未拆除钢管在地下室顶板换撑板带全部完成后，对于墙板、底板洞口的处理措施：对于墙板洞口，除上述对洞口内侧凿毛、嵌入止水橡胶圈外，还可采取下图措施，即对洞口混凝土进行超灌，并利用外墙防水涂料、卷材对洞口进行覆盖，达到止水效用；对于底板洞口，则在钢管割除后对管内回灌砂砼，并利用钢板满焊。