0 引言

　　对于1层地库的基坑工程，常用围护结构包括型钢水泥土搅拌墙(SMW)、水泥土重力式挡墙等，常用支护结构包括钢筋混凝土支撑、钢管撑、型钢支撑及预应力鱼腹式钢支撑。

　　为实现绿色环保，涌现出多种新型基坑支护技术，如自稳式基坑支护技术，该技术已在多项工程中得到应用，并取得一定研究成果。在该技术的基础上，以上海市奉贤区南桥新城16单元29-01地块普通商品房工程为背景，提出改进的内插钢管斜撑技术，即旋喷搅拌桩内插钢管斜撑。本文对其施工工艺、承载力与位移计算等进行介绍。

　　1 工程概况

　　本工程位于上海市奉贤新城，东至驰园路，南至广丰路，西至规划碧园路，北至规划妙丰路。基坑开挖面积约37 720m²，总延长米约772m，普遍区域挖深5.60m。

　　由于基坑东侧及南侧存在已建市政道路，且距离较近，采用旋喷搅拌桩内插钢管斜撑支护方式，其他侧采用放坡或重力坝围护。工程地质及水文地质参数如表1所示。

　　2 工作原理

　　旋喷搅拌桩内插钢管斜撑支护结构由SMW工法桩、600高压旋喷桩、273×10钢管及坑边配筋垫层组成，如图1所示。

　　  

　　表1 工程地质与水文地质参数 

　　 

　　 

　　

　　表1 工程地质与水文地质参数

　　

　　图1 支护结构断面  

　　 

　　其中，SMW工法桩兼作围护桩及止水桩;600高压旋喷桩作为钢管插入土体前的引孔桩，待其达到一定强度后，与钢管共同受力，作为坑底以下的承载扩大体;273×10钢管作为内支撑结构，控制围护桩位移，将围护结构主动土压力传递至坑边配筋垫层，使配筋垫层压住坑边土体，防止坑底土隆起，有效减小坑底围护桩变形。

　　3 关键施工技术

　　钢管斜撑施工工艺流程如图2所示，锚桩机性能参数如表2所示。

　　  

　　表2 锚桩机性能参数 

　　 

　　 

　　

　　表2 锚桩机性能参数

　　3.1 高压旋喷桩施工

　　高压旋喷桩施工时，钻孔搅拌和高压旋喷须同时进行，既可方便钢管插入土里，又可提高钢管斜撑承载力，其中桩体施工角度和直径直接影响钢管斜撑承载力。

　　3.1.1 角度控制

　　由于高压旋喷桩作为钢管插入前的引孔，其角度准确性关系到钢管插入角度是否满足设计要求，可采取以下措施进行控制。

　　

　　图2 钢管斜撑施工工艺流程  

　　 

　　1)施工前做好测量放样工作，确保每个旋喷施工点位均在设计位置。

　　2)做好钻机角度校正工作，确保钻杆角度和斜撑角度一致后施工旋喷桩。

　　3.1.2 直径控制

　　高压旋喷桩水压、气压和浆压需根据地质条件适当调整，以施工初期的试验桩作为调整标准，以成桩直径和水泥掺入量作为控制依据。采用P·O42.5普通硅酸盐水泥，水泥掺量25%，水灰比为1.2，水泥浆压力≥20MPa。

　　高压旋喷桩引孔后，用机械手夹住钢管端头，按旋喷桩施工角度将钢管插入旋喷桩体中。采用量角器对钢管角度进行校正。

　　3.2 钢管拼接

　　由于钢管运输过程中允许最大长度为12m，而单根钢管斜撑近20m，须在现场进行拼接。为满足拼接节点强度要求，将300mm长、299×12钢管对称剖为4块，贴在对接的2节钢管侧边后焊接，如图3所示。

　　高压旋喷桩引孔完成后，插入的钢管由于不封底，坑底以下部分钢管已灌满水泥浆，仅需对坑底以上部分钢管补充灌浆。在搅拌桶中配制水泥浆，水灰比控制为0.8，单桶水泥掺量400kg，采用注浆管将水泥浆注入钢管中。

　　3.3 钢管斜撑与SMW工法桩冠梁的连接

　　施工完SMW工法桩后，在2根型钢留空位置施工钢管斜撑，施工到位后，在钢管顶部焊接梅花形布置的短钢筋，以提高与冠梁的锚固力，钢管在冠梁底焊接10mm厚环板，提高承压能力。上述锚固措施完成后绑扎冠梁钢筋，并浇筑混凝土。

　　

　　图3 钢管拼接示意  

　　 

　　4 承载力安全系数计算

　　坑底以下承载部分桩体直径取高压旋喷桩直径(600mm)，使用启明星软件对剖面进行计算，计算得支点反力为106k N/m。极限侧阻力标准值、极限端阻力标准值分别取勘察报告桩基设计参数表中相应土层的f_sk,f_pk值。基坑大部分钢管斜撑插入角度按45°控制(斜撑1)，部分为避开工程桩采用55°控制(斜撑2)，相关计算参数及结果如表3～5所示。

　　  

　　表3 土层参数 

　　 

　　 

　　

　　表3 土层参数

　　  

　　表4 钢管斜撑参数 

　　 

　　 

　　

　　表4 钢管斜撑参数

　　  

　　表5 安全系数 

　　 

　　 

　　

　　表5 安全系数

　　根据以上计算结果可知，钢管斜撑抗压承载力安全系数K>1.4，满足相关技术要求。

　　5 斜向位移计算

　　钢管斜撑斜向位移计算时，简化为单桩基础沉降计算，参考考虑桩径影响的明德林(Mindlin)解求钢管斜撑最终斜向位移。计算得斜撑1端部土体压缩量为16.57mm，斜撑1压缩量为4.15mm，斜撑1总斜向位移为20.72mm。斜撑2端部土体压缩量为20.43mm，斜撑2压缩量为4.32mm，斜撑2总斜向位移为24.75mm。

　　6 试桩方案与试验结果

　　采用试桩法检验钢管斜撑承载力和斜向位移是否满足使用要求，试桩应在钢管斜撑施工完成后、土方开挖前进行，加载值应考虑坑底以上土体对钢管斜撑产生的侧摩阻力Q_sk，试桩加载设计值可由侧摩阻力Q_sk和荷载Q计算得到:

　　

　　 

　　试桩加载设计值计算结果如表6所示。

　　  

　　表6 试桩加载设计值 

　　 

　　 

　　k N

　　

　　表6 试桩加载设计值

　　试桩加载采用公称顶压力2 000k N的油顶，斜撑1加载值为17.81MPa，斜撑2加载值为19.17MPa。

　　荷载分4级加载，每级加载时间10min，分级加载间隔时间为20min。钢管斜撑试桩时，加压值N、斜向位移s随时间t的变化规律分别如图4,5所示。

　　

　　图4 加压值随时间变化曲线  

　　 

　　

　　图5 斜向位移随时间变化曲线 

　　 

　　由图4可知，加载压力达到设计加载值后能够保持稳定，不消散。据此推断，施工完成的钢管斜撑承载力满足设计要求。

　　由图5可知，加载压力达到设计加载值后的很长一段时间，钢管斜撑斜向位移增量微小，最终保持稳定。斜撑1最大位移为19.17mm，斜撑2最大位移为24.3mm，两者均与理论计算值相近。可见，该支护结构较其他形式支护结构产生的位移小，更好地保护了基坑自身及周边环境安全。

　　7 结语

　　上海市奉贤区南桥新城16单元29-01地块普通商品房工程采用的旋喷搅拌桩内插钢管斜撑基坑支护技术，利用钢管斜撑传递围护桩与坑底土之间的相互作用力，既可控制桩顶位移，又可控制坑底土隆起。受力原理简单明了，施工方便快捷，为土方开挖和地库结构施工提供新的方式。施工完成的钢管斜撑工作状态良好，位移控制效果显著，取得一定经济和社会效益。