双排桩+预应力超前斜向钢管支撑施工技术研究及工程管理应用

引言：

根据《建筑地基工程施工质量验收规范》（GB50202-2018）及《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）中关于基坑工程施工技术要求，虽然目前软土地区基坑支护常采用的施工技术是排桩 ⋅+ 两道支撑，但是该施工技术在项目施工管理过程中明显出现以下弊端：1）需要进行两次支撑施工，支撑养护时间较长、造价费用高；2）支撑及立柱施工后土方开挖空间受限，不适合大面积、连续性土方开挖；3）地下结构施工时需按照要求进行拆撑、换撑工作，拆撑过程对周边环境影响大、支撑处理不环保、换撑施工造价高等问题。

基于此，本文创新的提出了采用双排桩 _.+ 预应力超前斜向竹节式钢管支撑施工技术并成功应用于软土地区两层地下室的基坑支护工程中。采用该工程施工技术主要有以下几个优点：1）支护桩与斜向钢管支撑可形成流水施工，快速形成支撑体系，大大的节约了工期；2）利用竖向支护桩进行挡土，利用超前斜向竹节式钢支撑植入土体的钢管与土体间的摩阻力和端阻力提供支撑力，良好的解决挡土、止水问题和控制基坑变形的作用；3）待支护桩及超前斜撑体系形成后，基坑挖土作业面约为基坑面积，土方开挖施工能够一次开挖到底，地下室结构施工大大提前；4）同时可根据不同基坑特点调整双排桩及超前斜向钢支撑的布置从而达到控制基坑变形、灵活调整出土口位置的目的。本施工方法已在杨浦区定海社区 K6A-04 地块商品住宅项目基坑支护工程成功实施，产生了良好的经济效益和社会效益。

1 项目概况

本项目位于市杨浦区定海社区海州路，总建筑面积：59862.24 平方米，其中地上面积：42053.85 平方米，地下面积：17808.39 平方米。基坑开挖深度9.85 米，地下室为两层，基坑开挖面积11102 平方米，基坑周长435 米，基坑安全等级:二级。施工之前就面临以下几点项目管理难点：1）基坑西北角为现状“ 苹果公寓” ，距离基坑为3 米，环境保护等级为一级，基坑最大水平位移累计值 ≤22mm 。相较于其他三面，环境保护等级为三级，基坑最大水平位移累计值 ≤49mm ，“ 苹果公寓” 的保护成为项目管理重点之首；2）桩基及基坑围护施工时间为 70 天，土方开挖到底时间为45 天，相对比常规两层地下室施工挖土时间 75 天而言土方开挖节约工期约 40% ；3）由于本项目只有一个施工大门，常规两层地下室设置支撑后出土口位置一般为基坑中间位置，与现状施工大门口位置不对称，土方开挖成最大瓶颈。

2 双排桩+预应力超前斜向钢管支撑施工特点

1）该施工工程施工便捷、施工效率高。双排桩施工采用常规的钻孔灌注桩施工工艺；超前支撑钢管采用场外工厂预制加工后运输至现场，现场采用液压振动锤振动植入土体后再进行充填级配碎石及桩侧和桩端压力充填注浆，施工效率高。

2）土方开挖效率高、工期短，可有效控制基坑外侧环境及支护结构本身变形，有利于基坑稳定。由于无需设置第一、二道水平支撑及竖向支承系统，挖机在进行土方开挖作业时操作面广、开挖效率高并且无需二次开挖可以一次性土方开挖到底，大大节省了工期的同时也为底板施工创造了有利条件，进一步保证了基坑的安全稳定。

3）该施工方法施工造价低，环保效益高。采用该施工方法无需设置第一、第二道（水平）支撑及竖向立柱，大大降低了整个项目的工程造价。本支撑系统没有常规水平向支撑的拆、换撑工况导致的大量混凝土浪费，超前钢管支撑拆除后钢材可回收，无废弃混凝土产生，环保效益高。

4）该方法施工布置灵活，提高出土效率的同时提高了基坑稳定性。该方法可根据不同基坑特点调整双排桩及超前斜向钢支撑的布置从而达到控制基坑变形、灵活调整出土口位置的目的。

5）该方法可通过施加预应力，主动调节支撑系统使之受力均衡。该方法通过对超前斜撑钢管施加预应力，可以检测出支撑的承载力并反馈设计，同时根据支撑系统受力情况施加不同的预应力使支撑系统受力均衡，可主动减少基坑变形及基坑土方开挖对周边环境影响。

6）该施工方法可以快速介入围护桩的施工中，围护桩与斜向钢管支撑可形成流水施工，斜向钢管支撑紧随围护双排桩施工同时能快速形成支撑系统，大大提前了超前斜向钢支撑的养护时间，能在合理流水施工中快速开挖土方。

3 适用范围

本施工方法适用于一般工业与民用建筑设置两层地下室的基坑支护工程中，尤其适用于软土地区深基坑工程；对于基坑安全和环境保护等级要求较高及开挖面积超过 10000m² 的大面积基坑经济效益更佳，同时有利于节省施工工期。

4 双排桩+预应力超前斜向钢管支撑工艺原理

本施工方法利用双排桩 + 预应力超前斜向竹节式钢管支撑代替常规的排桩 + 两道钢筋混凝土支撑（或水平向钢支撑）的施工技术。双排围护桩支挡坑侧土体与可施加预应力的竹节式注浆钢管斜向支撑组合可代替基坑的水平向支撑结构，通过在土方开挖前先期静力植（压）入斜向支撑钢管，钢管进入基坑底部土体一定长度，利用钢管与基坑底部土体间的摩阻力及端承力平衡支撑轴力以实现基坑系统的稳定及其变形控制达到超前支撑的目的，同时通过在基坑土方开挖前对超前斜向钢支撑系统施加预应力可有效消除土方开挖后支挡及支撑系统与土体间的压缩变形，与同类型支护系统相比更有利于基坑的变形控制。

双排桩与预应力超前斜向竹节式钢支撑剖面图本工程实际施工过程中，竹节式注浆钢管超前斜向支撑系统应在双排桩开始施工一段距离后开始施工，竖向支挡与超前斜向支撑系统整体形成流水施工。超前斜撑钢管通过液压振动锤斜向静压插入土体内，在钢管侧壁及前端通过竹节式注浆膜袋注入水泥浆以增加钢管与土体间的摩阻力及端阻力。钢管侧壁及前端的竹节式外形是通过采用内存式球阀完成钢管内由下而上定位分段进行注浆，每个竹节段逐段注浆以形成竹节式外形。钢管插入土体后向钢管内填充碎石，然后注入水泥浆以增加钢管支撑的刚度，最后将超前钢管支撑尾端锚固在圈梁里，达到养护期并完成预应力施加及超前钢管支撑承载力检测后即可开始基坑土方开挖作业。本工程采用双排桩+预应力超前斜向竹节式钢管支撑技术，可有效控制基坑变形，预应力超前斜向钢支撑代替两道混凝土支撑提高了挖土效率，达到了节约工期和降低工程造价的目的。

5 施工工艺流程

本工程利用双排桩预应力超前斜向竹节式钢管支撑代替常规的排桩 + 两道钢筋混凝土支撑（或水平向钢支撑）施工技术。主要工艺流程如下：

双排桩施工→场地平整 $$ 沟槽开挖 $$ 桩位测放（超前支撑避开围护桩）∣ 钢管管体加工及竹节注浆膜袋敷设 $$ 钢管导向定位及打设 $$ 钢管侧壁及桩端注浆（内存式球阀竹节式注浆） $$ 碎石填充 $$ 灌浆填充钢管 $$ 圈梁施工→养护及预应力施加 $$ 承载力检测及支撑固结锁死 $$ 土方开挖。

土方开挖后进行底板施工（超前支撑穿底板防水）、B2 主体结构施工（超前支撑穿地下室外墙及楼板防水），换撑施工结束后进行钢管桩的割除工作。

6 双排桩+预应力超前斜向钢管支撑施工操作要点

6.1 技术参数

钢管规格型号：（超前斜向支撑钢管直径可根据计算确定）；倾斜角度： 50^∘ ；水泥规格型号：P.O 42.5。

注浆钢管型号为 ∅377× 10mm ，使用前去除油污、锈斑等杂质，根据设计图纸下料，单根钢管的下料长度误差控制在 50mm 以内；注浆采用402^*10mm 的套管连接，套管长度 400mm

导向定位后采用液压振动锤振入成桩，钢管杆体沉放到位后立即跟踪注浆，采用2\~3 次注浆工艺，每次注浆间隔时间1.0\~2.0 小时，注浆最终完成的标准以单根桩水泥用量控制为主，压力过大无法注入足量水泥则以注浆压力控制为辅，每根钢管的水泥用量应大于设计用量，注浆完成后用20～60mm 级配碎石填塞满钢管。

注浆浆液选用P.O.42.5 级普通硅酸盐水泥，浆液水灰比控制在 0.5～0.6 之间，宜取0.55，每根桩水泥用量控制在6t 左右。

注浆完成后用 20～40mm 级配碎石填塞满钢管，灌满纯水泥浆液。

应委托有资质的单位进行钢管注浆桩静载荷试验确定单桩承载力。

钢管轴力监测、拆除要求等按设计图纸要求进行。

6.2 关键参数控制指标

7 双排桩+预应力超前斜向钢管支撑施工质量控制

在项目施工中，原材料、机械、人工等方面把关各道工序，确保围护体系稳定。控制主要在以下几方面：

1）钢管的平直度。施工中不断校核定位点及观察钢管平直度，保证施工平直度及角度。

2）水泥土配合比。水泥选用 P.O42.5 普通硅酸盐水泥，水灰比控制在0.5～0.6 之间，宜用 0.55° 。选用标准水箱，水灰比根据设计图纸控制，水泥浆搅拌时间不少于 2～3min ，泥浆过滤后注入集中料池中搅拌，避免水泥离析，不中断连续进行压浆。

3）注浆的控制。注浆采取全段分段注浆，注浆速度易采取“ 低压、缓速、慢凝”标注。单根水泥用量不少于设计量，注浆流量控制在 20～30L/min 施工中做好原始记录，严格按照技术要求执行，严禁后补。

4）施工流程。合理安排临桩的施工顺序，按照跳打模式，确保相邻桩之间的相互影响最小。

5）加强钢管的施工管理。单根钢管材料运送至现场，全面检验平整度、焊缝、垂直度等技术参数，达不到设计要求的材料退场处理。质量员填写每根成桩、注浆记录，做好施工日记。

8 经济效益分析

本施工方法已在杨浦区定海社区 K6A-04 地块商品住宅项目基坑支护工程中应用，以本项目基坑支护工程为例，本项目原计划采用排桩 ⋅+ 两道混凝土支撑支护，后由于工期比较紧张采用双排桩 _.+ 预应力超前斜向竹节式钢管支撑工程施工。该施工方法相比原施工方案，加快了施工进度，缩短了施工工期。根据已应用的项目情况分析，本工程具有造价低、功效快、节能环保等优点，经济及社会效益和节能环保效益明显。