謝 俊 周海軍

(1.江蘇致豪房地產(chǎn)開發(fā)有限公司，江蘇南通 226000;2.江蘇省巖土工程公司南通分公司，江蘇南通 226000)

0 引言

地下建筑迅速發(fā)展，深基坑工程日趨增加，各種類型的基坑工程建設(shè)不斷加快，同時(shí)發(fā)展了諸多支護(hù)方式。城市地下工程中，為保證主體結(jié)構(gòu)順利施工，基坑周邊環(huán)境的安全，對支護(hù)的要求較高。在軟土地區(qū)，基坑支護(hù)常采用的方式主要有:SMW工法樁、鉆孔灌注樁及管樁［1-3］、PCMW工法樁等。

PCMW工法是一種在連續(xù)套接的三軸水泥土攪拌樁內(nèi)插入預(yù)制管樁形成的復(fù)合擋土、隔水結(jié)構(gòu)［4-6］。即利用三軸攪拌樁鉆機(jī)在原地層中切削土體，同時(shí)鉆機(jī)前端低壓注入水泥漿液，與切碎土體充分?jǐn)嚢栊纬筛羲暂^高的水泥柱列式擋墻，在水泥土漿液尚未硬化前插入支護(hù)管樁的一種地下工程施工技術(shù)。它能將預(yù)制的高強(qiáng)度支護(hù)管樁的高強(qiáng)度和大剛度與水泥土攪拌樁的抗?jié)B性能有機(jī)結(jié)合起來。因其適用范圍廣、環(huán)保高效經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，可同時(shí)做擋土止水體系，PCMW工法樁既可單獨(dú)使用，又可結(jié)合內(nèi)支撐、錨桿等支護(hù)形式共同作用。

本文結(jié)合南通假日廣場基坑工程中PCMW工法圍護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)例，探討了PCMW工法與SMW工法的比較、PCMW工法與灌注樁結(jié)合止水樁的比較，及PCMW工法施工技術(shù)與質(zhì)量措施，分析了監(jiān)測數(shù)據(jù)，以期能對同類基坑工程的設(shè)計(jì)、施工起到借鑒作用。

1 項(xiàng)目背景

1.1 項(xiàng)目概況

假日廣場地塊商辦樓基坑支護(hù)工程位于南通市青年西路南側(cè)，三德大酒店東100.0 m。工程±0.000相當(dāng)于黃海高程3.85 m，場地標(biāo)高按黃海高程3.60 m，場地相對標(biāo)高為－0.25 m。基坑規(guī)模:南北長約40.0 m，東西長約88.0 m，基坑邊長約278.5 m。開挖深度5.5 m～6.6 m。該擬建地下室周邊條件復(fù)雜，東側(cè)為河道，南側(cè)為居民小區(qū)，西側(cè)為商業(yè)用房及居民區(qū)，北側(cè)為青年中路。

基坑?xùn)|側(cè)為藏瓏小區(qū)，24層，1層地下室，距坑壁最近處約25.0 m;南側(cè)、西南為段家壩小區(qū)，6層，無地下室，磚混結(jié)構(gòu)，距坑壁最近處約10.0 m;西側(cè)為辦公樓，7層，無地下室，距坑壁最近處約10.0 m;北側(cè)為青年中路，道路兩側(cè)埋設(shè)管線，距坑壁最近處約8.0 m;場地西側(cè)及南側(cè)局部亦埋設(shè)管線。

1.2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)概況

基坑影響范圍內(nèi)地下水主要為淺層孔隙潛水。孔隙潛水賦存于第四系全新統(tǒng)沖積層中，主要含水層為粉土和砂性土，富水性一般?？紫稘撍饕艽髿饨邓怪毖a(bǔ)給及地表水體側(cè)向補(bǔ)給，地表水體與地下水呈互補(bǔ)關(guān)系。地形平坦，徑流緩慢。排泄方式為就地泄入地表水體、自然蒸發(fā)等。工程地層在約20 m深度范圍內(nèi)主要為粉土、粉砂，各土層間水力聯(lián)系密切。

據(jù)勘探資料，在基坑影響范圍內(nèi)，除表層填土外，其余均為第四紀(jì)長江沖積層，主要由粘性土、粉土、粉砂組成。支護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算所采用的土層主要物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)詳見表1。

表1 土層主要力學(xué)參數(shù)

2 PCMW工法應(yīng)用與分析

2.1 基坑設(shè)計(jì)方案

根據(jù)上述的本工程支護(hù)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，采用分段支護(hù)，其支護(hù)形式也根據(jù)周邊環(huán)境條件，采用不同的形式。表2詳細(xì)列出各分段的基坑支護(hù)形式。

其中，PCMW工法樁采用 PHC600-AB130-11的管樁，間距1 200 mm。冠梁采用寬1 100 mm、高600 mm的鋼筋混凝土梁，坑內(nèi)采用2排φ850@1 800三軸攪拌樁進(jìn)行加固，支護(hù)形式與具體布置詳見圖1。

表2 基坑支護(hù)形式

2.2 PCMW工法與SMW工法比較

目前國內(nèi)基坑支護(hù)的形式很多，但是主要的支護(hù)形式是工法樁以及鉆孔灌注樁結(jié)合止水帷幕。其中，工法樁又分為PCMW工法與SMW工法。二者對基坑支護(hù)作用基本相同，PCMW工法是指大直徑預(yù)應(yīng)力管樁復(fù)合支護(hù)墻，即采用攪拌樁施工對地層進(jìn)行加固，同時(shí)在地層內(nèi)形成一道類似于咬合排樁一樣的水泥土墻，在水泥土中的水泥尚未凝固時(shí)插入大直徑預(yù)應(yīng)力管樁，形成由攪拌樁擋土止水、管樁承受側(cè)向水土壓力的組合結(jié)構(gòu)，管樁因其剛度大，基坑位移很?。?］;SMW工法亦稱勁性水泥土攪拌樁法，即在水泥土樁內(nèi)插入H型鋼等，將承受荷載與防滲擋水結(jié)合起來，使之成為同時(shí)具有受力與抗?jié)B兩種功能的支護(hù)結(jié)構(gòu)的圍護(hù)墻均是在水泥攪拌土中插入勁性材料，形成擋土與止水復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)。以實(shí)際工程價(jià)格比較，PCMW工法比SMW工法每延米造價(jià)多約5%～10%，如果地下結(jié)構(gòu)施工周期較長，SMW工法型鋼的租賃費(fèi)用會(huì)增加，兩者費(fèi)用將會(huì)接近。

圖1 支護(hù)形式與布置圖

2.3 PCMW工法與灌注樁比較

PCMW工法與常規(guī)的灌注樁結(jié)合水泥土攪拌樁相比，整個(gè)支護(hù)體系占用土地少(一般PCMW工法占用0.85 m～1.2 m寬，而鉆孔樁結(jié)合止水帷幕支護(hù)需要占用的寬度至少2.0 m～2.4 m)，在施工進(jìn)度和施工環(huán)境上有著較為明顯的優(yōu)勢。管樁的置換土僅為灌注樁的25%～35%，而且渣土硬結(jié)運(yùn)輸，沒有撒漏滴冒現(xiàn)象。這種優(yōu)勢對于處于城市范圍的下穿有時(shí)是決定性的。

2.4 止水樁效果比較

圖2 止水樁布置型式

圖2表明了止水樁的平面布置形式。一般情況下，采用SMW工法時(shí)，為方便型鋼順利拔出回收，均會(huì)在型鋼表層涂刷隔離劑，致使水泥土與型鋼粘結(jié)性降低，容易成為滲透點(diǎn)，但采用PCMW工法樁時(shí)，支護(hù)管樁無需拔出回收，管樁在水泥土凝固硬化前插入，使得管樁和管樁內(nèi)、外水泥土形成一個(gè)整體的復(fù)合包裹體，其防滲性能更加可靠。

采用PCMW工法，管樁與冠梁直接連接。在主體施工期間，通過預(yù)埋件和主體結(jié)構(gòu)有效連接，達(dá)到一定的抗浮效果。采用灌注樁結(jié)合止水帷幕的形式，在支護(hù)的工作期間，因土體變形，鉆孔灌注樁后的止水帷幕容易開裂漏水，且滲漏點(diǎn)尋找處理困難，而PCMW工法在這方面具有滲漏點(diǎn)明確，堵漏灌漿方便簡單的特點(diǎn)。

2.5 質(zhì)量保證與安全性比較

PCMW工法中，管樁采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度支護(hù)管樁，其具有輕質(zhì)高強(qiáng)的特點(diǎn)。工程中，預(yù)應(yīng)力管樁由生產(chǎn)廠家預(yù)制，檢測中更容易保證其質(zhì)量。在節(jié)約和經(jīng)濟(jì)造價(jià)方面，提供相同抗彎強(qiáng)度的前提下，管樁只消耗鉆孔樁30%～50%的鋼材和25%～30%左右的混凝土，節(jié)約造價(jià)約25%以上。管樁的輕質(zhì)高強(qiáng)、節(jié)約資源的特點(diǎn)非常符合我國節(jié)能減排的基本國策。在主體結(jié)構(gòu)施工完畢后，PCMW工法因管樁的支擋作用，有效地增強(qiáng)了U槽側(cè)墻的抗彎抗剪性能，而SMW因型鋼的拔出回收，不具備上述優(yōu)點(diǎn)。

2.6 PCMW工法施工技術(shù)與質(zhì)量措施

整個(gè)施工過程中，應(yīng)從原材料供應(yīng)開始，到樁機(jī)定位、鉆進(jìn)，乃至樁的搭接、管鋼的插入，對各道工序?qū)訉影殃P(guān)，以形成優(yōu)質(zhì)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)體。本次PCMW將加強(qiáng)下述五個(gè)方面的控制:1)樁機(jī)定位及垂直度控制。開機(jī)前必須探明和清除一切地下障礙物，須回填土的部位，必須分層回填夯實(shí)，以確保樁的質(zhì)量。樁機(jī)行駛路軌和軌枕不得下沉，樁機(jī)平面定位誤差不大于5 cm，管樁定位誤差不大于3 cm，樁機(jī)垂直偏差不大于0.5%。2)合理選擇水泥土配合比。水泥宜采用42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥摻入比選用20%范圍，水灰比選用1.5～2.0(砂土中加大水灰比，增大水泥摻量，并摻入適量的膨潤土)。設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格控制水灰比，水泥漿攪拌時(shí)間不少于2 min～3 min，濾漿后倒入集料池中，隨后不斷的攪拌，防止水泥離析。壓漿應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，不可中斷。3)控制注漿量和提升速度。一般三軸攪拌機(jī)下鉆攪拌時(shí)注漿的水泥用量約占總數(shù)的70%～80%，提升時(shí)為20%～30%。三軸攪拌機(jī)攪拌下沉速度與攪拌提升速度應(yīng)控制在0.3 m/min～2 m/min范圍內(nèi)，下沉速度粘性土:0.5 m/min ～1 m/min，砂土:1 m/min～1.5 m/min;提升速度為1 m/min～2 m/min，比鉆進(jìn)速度快1倍，但不宜過快，并保持勻速下沉與勻速提升。4)做好樁與樁須搭接的工作:a.樁與樁搭接時(shí)間不應(yīng)大于12 h;b.如超過12 h，則在第二根樁施工時(shí)增加注漿量25%，同時(shí)減慢提升速度;c.如因相隔時(shí)間太長致使第二根樁無法搭接，則在設(shè)計(jì)認(rèn)可下采取局部補(bǔ)樁或注漿措施。在接縫處補(bǔ)樁及作出明顯標(biāo)記，開挖前再需注漿補(bǔ)強(qiáng)。5)加強(qiáng)管樁的施工管理。

3 設(shè)計(jì)結(jié)果分析

3.1 計(jì)算條件

基坑支護(hù)體的設(shè)計(jì)計(jì)算采用規(guī)范推薦的豎向彈性地基梁法，土的c，φ值均采用固結(jié)快剪指標(biāo)。計(jì)算中普遍區(qū)域地面施工超載都取20 kPa。在支撐體系的計(jì)算中，將支撐與冠梁作為整體，按平面桿系進(jìn)行內(nèi)力、變形分析，基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果詳見表3。

表3 穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果表

3.2 結(jié)果分析

深基坑設(shè)計(jì)中計(jì)算及驗(yàn)算的主要內(nèi)容包括支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形、坑底隆起、基坑傾覆和深基坑周圍地層沉降。深基坑施工過程應(yīng)對與基坑安全相關(guān)的各個(gè)方面進(jìn)行監(jiān)測。

總結(jié)上述分析并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)測基坑位移(見圖3)，由圖3可知，基坑最大位移為19.4 mm，表明本工程采用PCMW工法支護(hù)形式順作開挖方式能滿足基坑開挖對周圍環(huán)境的保護(hù)要求。

從基坑開挖過程的監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，本工程基坑圍護(hù)所采用的技術(shù)有效地控制了基坑位移，保證了周邊環(huán)境的安全和主體工程的正常施工。但三軸攪拌樁插管樁屬于隱蔽工程，影響施工質(zhì)量的因素較多，施工過程若稍有不慎或措施不當(dāng)，便會(huì)在施工中產(chǎn)生質(zhì)量事故，造成的損失較大，直至影響工期，并對整個(gè)基坑安全產(chǎn)生不利影響。因此，必須對其施工過程每一環(huán)節(jié)都進(jìn)行嚴(yán)格控制。

圖3 實(shí)測基坑位移曲線

4 結(jié)語

PCMW工法是利用三軸攪拌樁鉆具就地鉆進(jìn)切削土體，同時(shí)在鉆頭端部將水泥漿液注入土體中，經(jīng)過充分?jǐn)嚢杌旌虾?，再將預(yù)應(yīng)力支護(hù)管樁插入攪拌樁體內(nèi)，形成地下連續(xù)體作為擋土和止水結(jié)構(gòu)。

PCMW工法的主要特點(diǎn)是對周邊環(huán)境影響小，有利于保護(hù)周邊建筑及基礎(chǔ)設(shè)施，施工殘土及泥漿很少，有利于城市環(huán)保;成樁質(zhì)量比較可靠，樁體內(nèi)置支護(hù)管樁，與水泥結(jié)合增加樁體強(qiáng)度;基坑防水效果好，且水泥摻入量高，墻體屬無縫連接，具有較高的抗壓和抗剪強(qiáng)度;工藝構(gòu)造簡單，工程造價(jià)較低，壓縮工期的同時(shí)節(jié)約了人工費(fèi)，降低工程造價(jià)，是一種值得推薦的基坑支護(hù)工法。本工程成功的實(shí)踐可為今后類似工程提供一點(diǎn)借鑒。

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