前撑式注浆钢管在基坑支护中的应用

前撑式注浆钢管在基坑支护中的应用

谷秀玲

泗县住房和城乡建设局 安徽 宿州 234300

摘要：随着城市化进程的加快，城市地下空间在不断扩张，深基坑、深大基坑工程规模也越来越大，对基坑支护的施工技术提出了新的挑战。越来越多的新型施工技术被应用于基坑支护工程中，前撑式注浆钢管支撑工艺是近几年应用的一种新型基坑支护形式，与传统的基坑支护形式相比，该工艺在基坑开挖、施工成本、缩短工期、变形控制等方面有着独特的优势。鉴于此，本文以前撑式注浆钢管工艺特点为切入点，对前撑式注浆钢管在基坑支护中的应用进行了分析和研究，结合相关施工经验，对该工艺在施工中存在的不足进行了总结，并提出相应的优化建议，以期为同类工程提供经验参考。

关键词：前撑式注浆钢管；基坑支护；工艺特点；工艺要点；问题及优化建议

在传统的基坑支护形式中，内支护结构大多采用现浇钢筋混凝土、钢材等材料，在施工和拆除过程中需要严格按照相关施工工序逐道进行，这样就会严重影响工程施工进度，同时在支护结构拆除后还容易产生大量难以回收的废弃物，不符合当前环保发展理念。而前撑式注浆钢管支护形式，用直达坑底的钢管斜撑代替了传统的内支撑，不仅减少了过往土方开挖的繁杂流程，还省去了繁复的换撑-拆撑等工序，大大简化了工程施工流程，有效缩短了工期，同时还节约了施工成本，支撑稳定性也较高。同时，拆除后的废弃物较少且大部分可以回收，符合绿色环保施工原则。由此可见，前撑式灌浆钢管在基坑支护工程中具有较高的应用价值。

1前撑式注浆钢管工艺特点

1.1施工操作简单

与传统的支撑工艺相比，前撑式注浆钢管支撑工艺在基坑支护施工过程中操作简单便捷，具有简单、灵活、稳定等特点，无需进行表层卸土、支撑施工、养护及拆除等二次支护施工，直接进行土方开挖，待支护体系形成后，可开挖到底，且在后续施工中具有较强的承受能力。结合施工场地的特点，前撑式注浆钢管支撑可设计成外拉式、门式外拉式、内拉式、门式内拉式、组合式等五种形式，便于基坑开挖施工。

1.2施工工期较短

在传统的深基坑支护施工中，通常需要涉及到水平混凝土支撑及立柱、立柱桩施工以及支撑拆除等工序，施工工序较为繁琐，同时在施工中还需等待混凝土养护时间，比较费时，施工周期长。而采用前撑式注浆钢管新型的基坑支护形式，可在土方开挖前与围护桩一起同步施工，无需等待养护及拆模时间，土方开挖可实现坑内大面积整体开挖，在施工后期也无需进行支撑拆除工序，大大缩短了施工工期。通过在工程中应用实践可知，采用前撑式注浆钢管支撑方案，工期可节约43%左右。

1.3经济效益显著

由于前撑式注浆钢管工艺具有施工操作简单以及工期较短等特点，其在经济成本控制方面较传统的基坑支护形式有较大优势。在基坑支护施工中，为做好成本管理，除了需要合理规划项目成本，还应在综合考虑项目人力、物力、财力的基础上，不断改进和优化施工工艺，进而提高施工质量和效率，达到控制施工成本的目的。据统计，该工艺与与钻孔灌注桩＋两道支撑形式相比，经济成本可节约20%左右，且基坑面积越大，经济效益更加显著。

1.4变形控制效果好

前撑式注浆钢管桩支护的原理主要是通过注浆在桩头附近的土体中，将钢管斜向压入基底持力层，依靠注浆后形成类似扩底桩的注浆扩大体来实现基坑稳定性，同时还能在一定程度上增强支护结构的抗变形能力。

2应用分析

因前撑式注浆钢管工艺具有施工操作简单、工期较短、经济效益显著以及变形控制效果好等特点，在大跨度非超深基坑且地质条件较好的基坑支护工程中得到广泛应用。以下主要从工艺流程、工艺要点、施工关键控制点三个方面对前撑式注浆钢管在基坑支护中的应用进行了分析。

2.1施工工艺流程

结合工程的实际特点，在施工中前撑钢管压入基坑底部，交错分布，形成一个稳固的支护体系，有效保证了地下结构施工及基坑周边环境的安全。前撑式注浆钢管工艺流程图1。

图1 前撑式注浆钢管工艺流程图

2.2工艺要点

2.2.1前撑构配件加工

构配件在前撑式注浆钢管工艺中发挥着关键性作用。前撑结构的构配件是由前撑钢管、接头钢管、桩尖、囊袋、高压胶管等主要构配件和辅助配件组成。前撑构配件加工工序如下：

（1）前撑钢管。结合实际项目基坑地质条件、土方开挖深度等实际情况，确定钢管的长度及截面参数。为了方便施工，前撑钢管长度一般设计为10m以内，且可将钢管拆分为多节，在施工现场压管时以焊接的方式接长；同时，还应在前撑钢管预注浆位置选择最佳持力层钻出泄浆孔，并与囊袋保持位置一致。

（2）接头套管。在施工现场，如果前撑钢管需要焊接接长时，为确保钢管接长后的刚度，需在接长处设置接头套管。接头套管长度应≥400mm，内径需略大于前撑钢管外径，接头套管的一段提前焊接在待接长的上部钢管底部，另一端套接在下部钢管端部，进行焊接，在焊接过程中均采用满焊方式焊接。

（3）桩尖。在前撑式注浆钢管施工中，钢管需要斜向压入基底持力层，这时就需要在前撑钢管前端焊接桩尖，方便前撑钢管压桩施工。常用的桩尖形式有十字桩尖、开口型钢桩尖、锥形桩尖三种，结合具体工程的地址条件进行选用。

（4）囊袋。为了达到前撑式注浆钢管工艺的施工效果，节约施工成本，需设置 2~4 个囊袋，设置在前撑钢管外侧，根据施工现场持力层深度及厚度确定囊袋的具体位置及尺寸，在注浆时将水泥浆先注入囊袋内，在钢管外壁形成数个托盘，如此托盘位于较佳持力层内，不仅能降低施工成本，同时还能提高钢管支撑的承载力。

（5）高压胶管。根据前撑式注浆钢管施工工法的特点，在前撑钢管注浆时需在钢管内部较深位置设置高压胶管封堵措施，待钢管下沉至设计深度后，方可进行高压胶管封堵，确保注浆位置精准。

2.2.2插入前撑钢管

插入前撑钢管是前撑式注浆钢管施工工艺中最重要的一个环节。前撑钢管采用振动压桩的方式进行插入，在振动压桩过程中采用不小于550型挖机，并在挖机上安装振动机械手，以静压法插入前撑钢管，由于大部分前撑钢管多节现场接长，因此在前一节前撑钢管静压至端部高出地面500mm时，通过起吊并人工辅助使钢管就位，后一根钢管通过接头套管套接在前一节钢管顶部，重复这一工序，直至前撑钢管压桩长度符合设计标高。此外，为降低前撑钢管静压施工难度，可采取引孔措施，以确保施工质量。

2.2.3前撑钢管注浆

在前撑钢管插入之施工后，紧接着就是钢管注浆环节，在此环节中一般采用高压胶管辅助囊袋的注浆方法，且采取分段精准注浆。待前撑钢管静压至设计标高后，先向桩身内注浆，钢管随注浆管沉入高压胶管至囊袋标顶标高位置，再用空压机增压固定好高压胶管，将预先拌制的水泥浆液泵送至前撑钢管内部，水泥浆液通过泄浆孔充满囊袋，注浆工序分多次进行，每次注浆间隔时间1.0~1.5 h，控制注浆流量在20~45 L/min，并在注浆泵上设置压力表，在注浆压力及注浆量的双重控制下，确保注浆的精准度。

2.2.4前撑钢管内部碎石回填

当前撑钢管桩身注浆达到基坑开挖底标高位后，即可进开始前撑钢管内部的碎石回填工作。在回填时，需采用20~40 mm级配碎石进行回填，碎石中不宜夹杂有机物质和泥土，并用纯水泥浆液灌至溢出为准，即完成成桩。

2.3施工关键控制点

在前撑式注浆钢管工艺施工中，为保证工艺效果，提高工程的经济效益，除了需要把控上述施工要点，同时还应对钢管加工、打设钢管、钢管注浆等关键施工点进行控制。

2.3.1钢管加工

前撑钢管都是需要分段焊接加工，并结合施工现场的地质情况，选用合适的桩尖进行焊接，如果施工现场属于软弱地层则不需焊接桩尖。在前撑底部分三段钻进直径为6~8 mm的注浆孔，每段统一高度均匀分布4个孔洞，并在钢管外侧设置止回阀封闭每段统一高度的注浆孔，然后用钢箍固定将约束囊袋在钢管外侧，避免约束管外泥浆形成注浆扩大体，具体如图2所示。

图2 钢管加工示意图（单位：mm）

2.3.2打设钢管

在打设钢管过程中，如果遇到软弱地层条件时，压入时无需借助钻机，可直接依靠带振动臂挖掘机将前撑钢管压入土体至设计深度，不过在压入时，需要注意压入角度，不宜过大也不宜过小，过大会导致钢管难以压入，过小则会降低基坑的安全性，因此在打设钢管时，可先压入一定深度，检查管体是否发生偏斜，对角度偏差进行调整，使其满足施工要求，然后继续压入至设计标高。此外，前撑钢管的插入工作一定要在完成主楼高压旋喷及压密注浆等工序施工前完成，使各项工序能够有效衔接，合理控制施工进度，同时也能避免在施工后期出现前撑钢管无法压入或者压入困难等问题。

2.3.3钢管注浆

钢管注浆作为前撑式注浆钢管工艺的重要环节，采取由下而上分段进行的约束式注浆，确保钢管注浆质量。因此，在钢管注浆施工中，为保证施工现场注浆施工的顺利开展及注浆质量，需要密封钢管底部，并采用专用的封闭气囊进行真空注浆。通过吊绳将封闭气囊放置在底部，利用空气压缩机将中间的橡胶气囊撑开，增加管内压力，再通过中间注浆钢管由下而上分段将浆液压入，浆液则通过预留孔洞形成前段扩大头，提升钢管的承载能力。同时，为了保证整个注浆工程的质量，要结合工程的实际情况，采用P42.5 的普通硅酸盐水泥，配备合适的水灰比，并做好水泥浆液的储存工作，避免外界环境对泥浆质量的影响。

3问题及优化建议

前撑式注浆钢管工艺在应用中有其自身优势，然而，通过实际应用，发现该施工工艺仍存在一些问题，以下结合相关实践，总结出优化建议。

3.1问题

3.1.1施工方案缺乏可行性

通常情况下，在基坑施工前都会制定可行性的施工方案，确保主体结构施工和施工环境的相对安全。然而在实际工作中，由于相关人员在施工方案制定前缺乏对施工现场实际情况的调研，包括地质条件、水文条件以及地质结构特点等，或考虑不全面，只根据经验设计，但是不同建筑对基坑支护技术要求存在差异，导致设计的施工方案缺乏一定的可行性。

3.1.2出现土体止水的现象

由于前撑式注浆钢管在施工中需穿越地下室底板与外墙，虽然于底板和外墙接触处采取止水措施，设置止水钢板进行止水，但仍存在渗水、漏水的隐患，影响基坑整体施工安全和质量。存在这一现象的主要是因为在施工前期对周围地下环境考察不到位，导致施工过程中土体含水量过高，未及时抽取地下水，止水钢板止水效果不理想。

3.2优化建议

3.2.1确保施工方案的可行性

在制定施工方案前，对基坑面积、地下水状况和地质条件等进行现场勘查，并结合数据变化规律，计算出压力、含水量和变形量等参数。在了解现场实际情况的基础上，合理应用先进的施工技术，从而设计科学、合理的施工方案，提高基坑支护的质量和效果。

3.2.2土体止水问题处理

针对前撑式注浆钢管施工工艺，处理设置止水钢板止水外，还应在穿越地库底板及外墙区域设计加强防水做法，或在底板及外墙施工前拆除或部分拆除钢管，尽可能使钢管不穿越底板及地下室外墙，消除渗漏隐患。

4结语

综上，前撑式注浆钢管支护形式是一中比较新型的支护形式，在大跨度非超深基坑且地质条件较好的工程中具有广泛的应用前景。经过探索及实践，得出以下结论：

1. 前撑注浆钢管工艺可在土方开挖前进行施工，施工速度较快，有效缩短工期，适用于工期要求比较高的工程；

2. 前撑注浆钢管工艺只需要做一道支撑，不仅节省工序，还节省成本支出，具有良好的经济效益；

3. 基坑施工结束后，前撑注浆钢管的管桩可在基坑回填后割除，废弃物较少且还可回收，符合当前绿色环保施工原则，环境及社会效益较为明显；

4. 前撑注浆钢管工艺对工程的地质要求较高，不适用于基坑较小、拐角较多的工程。

参考文献

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