一种斜撑桩旋喷注浆液压顶进基坑支护施工工法

一种斜撑桩旋喷注浆液压顶进基坑支护施工工法

刘辉 

中铁上海工程局集团第一工程有限公司 江苏省南京市 210000

摘要：受城市土地资源和周边建筑物的影响，建筑规划逐步向更深的地下空间发展。更高的建筑需要采取更深的基础，而传统基坑支护体系难以更好的满足安全、经济高效的要求。针对这一问题，本文提出一种新的基坑支护施工工法，即利用液压油顶装置将预制桩体斜向压入土体，同时连接成套水泥浆制备及注浆系统，通过桩体中心注浆管对桩体端部土体进行土质改良，配合既有围护桩、基底土体及止水片形成基坑稳定体系，解决深基坑传统支护系统因场地受限施工困难、不经济、不安全的问题。该工法对于改进基坑支护施工工艺，解决传统基坑支护结构占用大量水平空间，减少支撑的安装拆除量、提高施工效率等具有重要的意义。

本工法适用于土质具备一定地基承载力的粉砂土、粘土等的基坑支撑体系施工，不建议以淤泥质土作为支撑底部承载点。

关键词：斜撑桩；液压顶进；施工；支护

0引言

基坑支护是一个重要而复杂的施工环节。传统的基坑支护技术在应对复杂地质条件、提高施工效率和保障工程进度及安全性等方面存在一定的局限性。比如水平支撑占有大量空间，不便于基坑挖土作业，而且后期拆除时因应力释放和悬壁的出现而出现一定的安全隐患；反向锚固由于群锚效应造成安全系数减小，且锚固体超出用地红线范围，不能充分利用土地；斜抛撑施工必须预留应力土体及施工缝，待支撑形成完整受力体系后才能进行局部三角留土的二次挖除，程序繁琐，施工周期长，后期拆除及结构处理困难。本文以某大学EPC总承包项目为例，探索一种斜撑桩旋喷注浆液压顶进基坑支护施工工法，以改进传统基坑支护施工存在的问题，提高施工质量和经济效益。

1 工程概况

某大学EPC总承包项目总建筑面积641651.23㎡，其中地下建筑面积42296.49㎡。主要施建设内容包括综合楼、行政办公楼、科技楼、国际楼、附属医院、特教公寓、特教生活楼、特教研发楼、配套公寓、实训楼、专业实验组团、基础实验组团、工程训练中心、汽车检测现、食堂、活动中心、体育馆、社团活动中心、国际交流中心以及室外相关配套工程。其中，地下结构为框架剪力墙结构，功能主要为人防及停车场。

2基坑支护方案比选

该项目地库距离已有建筑物仅有5米，基坑开挖深度约8米，开挖面及作业风险较大。无法采用放坡开挖，如采用传统的排桩+內撑式支护施工，需配置大量的水平支撑体系，不仅占用大量的结构位置，而且影响基坑土方开挖及地下主体结构施工工效，工期较长，且不经济。项目通过综合文献调研、实地调查和工程案例分析，了解基坑支护技术的发展现状和应用情况，深入研究斜撑桩旋喷注浆液压顶进基坑支护施工技术的原理、流程和应用条件。根据项目岩土勘察报告，认为土层可以作为支撑底部承载点，经设计单位核算，决定采用斜撑桩旋喷注浆液压顶进基坑支护来施工。

3 斜撑桩支护工艺原理

在传统排桩支护的基础上，通过液压油顶装置向基坑内斜向静压植入预制桩体。预制桩体由定制空心方桩、自制钢格构柱以及端板焊接而成。端板中心预留钻杆孔，用于植入注浆钻杆；高压旋喷的动力头通过端板四周预留的螺栓孔固定在端板上。桩体植入后，在基础底板以下桩体四周通过高压旋喷的方式形成水泥搅拌加固体。最终形成排桩、斜撑桩、基底土体共同抵抗基坑外土压力的三角形稳定支护体系。支护体系如图3-1所示。

图3-1支护体系结构图

1-冠梁；2-建筑结构；3-400×400自制钢格构柱；4-400×400定制空心方桩；5-水泥搅拌加固体；6-土壤改良固化部分；7-止水片；8-围护桩

3.1液压油顶装置工艺原理

将斜向支撑桩两侧的既有围护桩作为支撑反力桩，在两侧围护桩焊接连接耳板，并将液压油顶的固定端通过连接耳板与围护桩销接。在临时坑内底部方桩段两侧适当位置安装桩体抱箍装置。在抱箍上安装铁链，将铁链另一端通过挂钩挂在格构柱缀板上。使用角度调节装置调节好角度之后，液压装置的液压杆推动抱箍，在铁链的带动下，斜向支撑桩就可被压入土体。如图3-2所示。

图3-2液压油顶装置工艺原理图

1-斜向支撑桩；2-围护桩反力架；3-推进油缸；4-角度调节装置；5-抱箍；6-铁链；7-挂钩；8-围护桩

3.2高压旋喷注浆工艺原理

从格构柱端部植入动力注浆钻杆，将高压旋喷的动力头通过螺栓固定在斜桩顶部的端板上，并将喷浆钻杆插入斜桩内部，上部连接动力头，下部固定在斜桩底部端板上，注浆孔连接成套水泥浆制备及注浆系统。静压开始后即可启动注浆系统，先喷浆液预搅拌以方便支撑桩的植入，待支撑桩到达设计标高或设计土层之后再进行高压喷射水泥浆进行土体改良及固化。如图3-3所示。

图3-3高压旋喷注浆工艺原理图

1-螺栓；2-喷浆钻杆；3-注浆口；4-斜支撑动力头；5-出浆口

4操作要点

4.1施工准备

⑴了解现场工况及供电位置。确定现场钢构件堆放位置和施工机械进出场线路，按照施工平面布置图，清理施工便道。

⑵编制支撑桩加工计划和安装计划，施工前做好相关方案报审，并对现场施工人员做好技术交底。同时地下水位降至斜撑桩承载点标高500mm以下。

⑶按设计图纸、质量验收规范对进场材料的质量进行验收检查，必要时对材料进行复试，复试合格后方可进场施工。

4.2斜撑桩加工制作

⑴斜向支撑桩由9m长的400mm×400mm钢格构柱与9m长的400mm×400mm定制方桩焊接而成，将4根角钢使用缀板焊接连接成方形钢格构柱，再将钢格构柱焊接在定制方钢上，在斜撑桩两端焊接端板，端板中心预留钻杆孔。钢格构柱主肢角钢型号采用L100×2，缀板尺寸为360mm×200mm×12mm，缀板间距为500mm。

⑵将高压旋喷的动力头通过螺栓固定在斜撑桩顶部的端板上，并将喷浆钻杆通过端板预留孔插入斜桩内部，上部连接动力头，下部固定在斜撑桩底部端板上。接通高压旋喷后台拌浆系统及动力站，测试喷头及动力头确保能正常工作。

⑶斜撑桩桩身上粘贴长方形铁片，并悬挂角度监测指针，便于过程压桩角度的实时调整。

⑷构件加工完成后进行验收，主要检查构件外形尺寸，缀板大小和间距、焊接拼装质量等。超出规范误差和运输中变形的构件必须在打入前在地面修复完毕。

4.3斜撑桩安装固定

按照设计要求，待排桩混凝土强度达到设计强度的75%或者同条件试块达到混凝土设计强度后方可进行斜撑桩托架的安装固定。

⑴测量放样

对施工现场的水电及管线确认，并按照图纸坐标，使用全站仪放样，严格控制斜桩位置及桩体植入深度。

⑵安装角度调整托架

在围护桩上安装纵向调节滑轮，同时在围护桩顶端安装水平槽钢作为托架，两根槽钢并列安装作为一个托架体系，在托架上安装横向调节滑轮，通过纵向、横向调节滑轮实现斜撑桩倾角的精确调节。

⑶斜撑桩安装固定

①在斜向支撑桩的底部方桩端吊入临时坑后，松开底部方桩端的钢丝绳，通过履带吊提升和下放格构柱上端钢丝绳高度进行压桩倾角控制。观察角度监测指针确认角度是否调节精准。

②斜撑桩底部定位精准后，将斜撑桩上端倚靠在槽钢托架上，通过纵向、横向调节滑轮进行倾角微调，保证桩体植入角度的精准度。

⑷格构立柱穿底板防水处理

基坑内内支撑格构立柱穿越底板，采取对格构柱加焊止水环处理。钢格构柱与底板接触部分设两道50mm宽、2mm厚止水环，两道止水环分别距离底板面120mm，均需满焊，止水环与钢格构柱焊接时采取对称段焊，每段不得超过30mm。

4.4液压油顶装置安装

⑴将斜撑桩两侧的围护桩作为支撑反力桩，在两侧围护桩上焊接连接耳板作为反力架，并将液压油顶的固定端通过连接耳板与围护桩销接。

⑵在斜撑桩左右两侧安装两个液压油顶装置，桩体植入时需同时工作。

⑶将液压油泵的油管与桩体两侧的液压油顶的油管接口连接。

4.5安装桩体抱箍

⑴在临时坑内底部方桩段两侧适当位置设置桩体抱箍装置，抱箍装置用于固定油缸和格构柱，在施工初期通过机械装置，在油缸伸出时，锁紧预制混凝土桩体，此时打入深度浅。在进行至中期，具有一定打入深度，在油缸伸出时抱箍卡入钢格构顶铁内，在油缸收缩时松开钢格构。

⑵将油缸调节为收缩状态，在抱箍上连接高强度铁链，将铁链拉紧，另一端利用钢挂钩挂在格构柱的缀板上。桩体植入施工时，油缸伸出推动抱箍装置，抱箍锁紧，同时带动铁链，将斜撑桩植入土体。

4.6液压顶进送桩

⑴启动液压设备加压，油缸伸长后带动铁链逐步收紧，将桩体静压入土层中。

⑵待液压油顶伸缩端达到最大伸长度后，调整液压设备降压收缩液压油顶杆，抱箍后钢板往回滑移，铁链重新变回松弛状态后取下铁链上部的挂钩，并挂到格构柱的远端缀板上，以此重复液压送桩过程，直至将桩体压入到设计标高或指定土层。

⑶送桩过程中，实时监测预制桩身上的角度监测指针，保证倾角符合设计要求。斜撑桩的应力监测，可通过内置轴力计的液压油缸检测设备，实时监测斜撑桩上的轴力值，确保支撑系统处于受控状态。

4.7斜向注浆

⑴在液压送桩的同时，启动供浆系统先喷射浆液预搅拌以方便支撑桩的植入。

⑵当斜撑桩达到设计标高或指定土层后，同步启动高压注浆泵加大喷射浆液的压力，重复向其底部高压喷射水泥浆或土壤固化剂，直至达到所需掺量，将斜桩桩头处喷浆做扩大头处理，增加斜桩下部土体的承载力。

4.8压桩及钻杆回收

当斜撑桩达到设计土层要求或达到液压设备压力上限无法继续压入土层时，压桩结束。取下动力钻杆回收后继续用于下一根斜撑桩的施工。如果不及时施工下一根斜桩支撑，需及时清理注浆管及钻杆，防止水泥浆堵。

4.9压顶冠梁及加强墩浇筑、养护

按照设计要求对施工完成的斜撑桩进行质量验收，并经过监理单位同意后方可进行后续施工。按照钢筋绑扎→支模→混凝土浇筑→养护的施工顺序进行压顶冠梁及加强墩浇筑、养护。

图4-1冠梁浇筑、养护

4.10止水施工

⑴进行底板施工时，绑扎底板钢筋，将止水片安装在底板钢筋与斜撑桩交界处，止水片与底板钢筋焊接牢固，斜撑桩穿过止水片，通过焊接连接。

⑵待基坑底板和建筑结构的施工完成、养护并达到混凝土强度并回填压实后，沿建筑结构的内外侧将斜向支撑桩上、下两端切除，沿基坑底板的上表面边缘将斜向支撑桩切除，冠梁与斜向支撑桩连接处切割移除。

5 经济效益分析

采用传统φ609，t=16mm钢支撑安装与拆除的费用分别为680元/t和420元/t，工时分别为1.3天/t和1.6天/t。计划使用重量约540t，成本为680*540+420*540=59.4万元，工期为（1.3*540+1.6*540）/20=78天。

本工法支撑安装与拆除的费用分别为1200元/根和500元/根，工时分别为2天/根和0.8天/根。采用400mm×400mm的预制桩，实际使用数量为240根，成本为1200*240+500*240=40.8万元，工期为（2*240+0.8*240）/20=34天。经全面核算，本工法取得经济效益约18.6万元，占支撑体系总成本约30%，并节约基坑施工工期44天。

6结语

在传统排桩支护的基础上，通过液压油顶装置向基坑内斜向静压植入由定制空心方桩、自制钢格构柱以及端板焊接而成的预制桩体。端板中心预留钻杆孔，用于植入注浆钻杆；高压旋喷的动力头通过端板四周预留的螺栓孔固定在端板上。桩体植入后，在基础底板以下桩体四周通过高压旋喷或强制注浆的方式形成水泥搅拌加固体。最终形成排桩、斜撑桩、基底土体共同抵抗基坑外土压力的三角形稳定支护体系。该工法在本项目成功应用，解决了传统支撑占用空间大、拆除费用高等问题。提高了基坑支护施工效率，降低了投入成本，后期结构处理较为方便，施工质量更可靠，有效地保障了深基坑的施工安全，取得了良好的社会与经济效益，为类似工程施工提供了可靠的借鉴经验。

参考文献

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