坑外攪拌樁加固對基坑變形的影響分析摘 要：在軟土基坑施工過程中，由于地鐵盾構進出洞以及為了保護基坑周圍建筑物等原因，常常會進行坑外加固。坑外加固會提高土體強度，也會對基坑變形產生影響。本文結合上海地鐵某車站端頭井加固的工程實例，分析了坑外攪拌樁加固對基坑變形造成的不利影響，并在此基礎上提出了一些減少坑外加固影響的控制措施，希望對以后的類似工程提供借鑒。關鍵詞：攪拌樁加固；擠土效應；基坑位移；施工工藝0 引 言 攪拌樁加固以其布置靈活、加固效果顯著的優點，在軟土地區地下工程中得到了廣泛應用[1]。但是其負面影響卻一直未引起關注，盾構進出洞區域采用攪拌樁加固，在施工過程中會產生側向擠土效應，對基坑地下墻圍護位移變形有顯著影響。尤其當攪拌樁加固與基坑同時施工時，由于施工工藝順序、施工周期等不合理因素造成的影響則更為明顯，甚至會危及基坑安全。因此，協調好盾構進出洞或基坑內部攪拌樁加固施工的工序及流程非常重要，應充分考慮攪拌樁加固施工對車站地下墻圍護位移變形的影響，必要時采取更為安全合理的加固施工工藝。 本文結合實際工程，根據實測數據，著重分析了合理安排施工工藝的重要性。1 工程概況 上海某地鐵車站，呈南北走向，為淺埋地下二層雙柱島式車站。主體結構外包尺寸為468.2 m×19.20m，站臺中心處底板埋深為14.52 m。車站兩頭設有兩個端頭井（即為盾構工作井），北端頭井外包尺寸為14.9 m×30.36 m，底板埋深為16.989 m；南端頭井外包尺寸為14.9 m×24 m，底板埋深為16.058 m。圍護結構采用800 mm厚的地下連續墻，支撐體系采用Φ609鋼管支撐，標準段設置四道，端頭井設置五道。本車站基坑變形控制保護等級為二級[2]，車站基坑地下連續墻最大水平位移≤3%H（H為基坑深度）。車站基坑工程各土層的分布情況見表1。
在地鐵車站盾構進出洞附近，為了保證盾構安全進出洞，往往需要對盾構進出洞附近土體進行加固，常用的方法是攪拌樁加固。車站南北端頭井墻外側為盾構進出洞加固區域，均為攪拌樁加固，平面位置如圖1所示，盾構進出洞加固區寬6 m，加固深度范圍為盾構洞圈上下左右各3 m范圍。2 車站端頭井實際施工情況 本站對測斜、地面沉降、支撐軸力等進行嚴密的監測控制，并利用遠程監控管理系統，實現監測數據的實時采集、傳輸和分析，結合工況指導施工，確保施工區鄰近已有建筑物、地下管線的安全和圍護體系自身的穩定，為設計、施工提供依據。本文針對盾構出入洞加固區的變形進行分析。 車站南端頭井由于施工工期緊迫，攪拌樁加固在10 月 20 日開始施工，于 11 月 5 日結束，而基坑開挖于 10 月 28 日開始施工，11 月 18 日開挖施工結束澆筑砼墊層。這樣使端頭井在開挖階段，坑外正在進行盾構進出洞攪拌樁加固，開挖施工與攪拌樁加固有長達一周的施工重疊期。端頭井地下墻測點布置圖如圖1 所示。3 實測數據分析 由圖2中可以看出，該點變形較大，到墊層澆筑完成后，該測點累計變形已達101.90 mm，嚴重危及基坑安全。在攪拌樁加固開始施工后，基坑開挖之前，地下墻位移已經有較為明顯的變化，CX23測點位移最大值已經高達34.39 mm，占總變形量的33.7%。由于此時基坑還未開挖，所以基坑變形是由于攪拌樁加固引起的。 可見，水泥與土攪拌成樁過程中存在側向擠土效應，即攪拌樁加固施工時有擠土效應，對基坑變形有很明顯的影響。 從基坑開始開挖到攪拌樁施工結束，地下墻變形量為52.77 mm，已占總變形量的51.8%，這一階段地下墻位移驟然變化，日均變化量非常大，已遠遠超過正常的基坑位移速率。這是由于攪拌樁加固和基坑開挖同時施工長達一個星期。一方面攪拌樁加固有側向擠土效應，會導致基坑向坑內變形；另一方面基坑開挖卸載，被動區土壓力減弱，從而釋放了攪拌樁的側向擠壓力，兩者共同作用致使基坑變形迅速，造成對基坑變形的不利影響。可見，如果施工工序安排不合理，坑外攪拌樁加固施工和基坑開挖同時進行會對基坑變形造成極為不利的影響，甚至會危及基坑安全。 攪拌樁施工結束后，基坑位移變化速率有所緩和，基坑變形趨于正常，從攪拌樁加固結束到基坑墊層澆筑完成，地下墻變形只有14.74 mm，僅占總變形量的14.5%。這是由于該階段攪拌樁施工已結束，攪拌樁經過初凝，由此產生的膨脹擠土效應減弱，對基坑圍護結構位移影響逐漸消失，該階段基坑變形基本全部由基坑開挖引起。可見，攪拌樁加固結束后對基坑變形的影響就很小。 由此可得，南端頭井的總位移主要是由攪拌樁加固和基坑開挖兩方面導致。在盾構進出洞攪拌樁加固施工時，由于水泥與土攪拌成樁過程中側向擠土效應比較明顯，因此對車站基坑變形影響就很顯著。 圖3給出了CX24、CX23測點變形情況的對比。南端頭井測點CX23的位移由基坑開挖和攪拌樁加固引起，而測點CX24的位移主要是由車站基坑開挖引起。從圖中可以看出，CX24測點的總變形量為32.76 mm，占CX23測點總變形量的32.1%。北端頭井墻外側也為盾構進出洞攪拌樁加固，只是北端頭井在基坑開挖之前，攪拌樁加固施工已經完成了20 d了。可見攪拌樁加固施工完成并達到養護期限后再進行基坑開挖，可以減少對基坑變形的影響。 由此可見，攪拌樁加固對基坑變形的影響很大，特別是在同時施工的情況下其影響尤為明顯。南端頭井地下墻位移過于偏大，不僅危及基坑安全，而且對今后的內部結構施工帶來了困難。因此，考慮到攪拌樁加固時的擠土效應，會對基坑的變形產生影響，所以盾構進出洞加固最好安排在圍護結構完成后（達到混凝土養護要求），端頭井開挖前完成。4 采取的控制措施 由于坑外攪拌樁加固會對基坑變形產生影響，為了盡可能地減小坑外攪拌樁加固對基坑變形的影響，可以采取如下措施： (1) 合理安排施工順序，應將盾構進出洞加固時間安排在車站圍護結構完成并達到混凝土養護要求后，而且要在端頭井開挖前進行，從而可以避免盾構進出洞攪拌樁加固對基坑變形造成過大的影響。嚴禁攪拌樁加固施工與基坑開挖同時進行。 (2) 合理規劃攪拌樁的施工流程和次序，選擇合理的位置允許釋放攪拌樁產生的擠壓應力，使應力有所釋放，減少對基坑變形的影響。 (3) 如果因為工期或其他施工要求，必須進行不合理施工交叉時，應考慮用其他對周邊環境影響較小的加固施工方法，例如采用取土置換的SMW工法進行。5 結 論 (1) 南北端頭井攪拌樁加固施工影響比較發現，由于施工工序安排不合理，南端頭井地下墻位移過于偏大，不僅危及基坑安全，而且對今后的內部結構施工帶來了困難。基坑外側攪拌樁加固施工時，基坑開挖卸載，釋放了攪拌樁的側向擠壓應力，導致地下墻位移變形驟然加大。即使不進行基坑開挖，攪拌樁的側向擠壓力對地下墻的影響也很大，因此應提高重視。 (2) 攪拌樁加固對基坑變形的影響跟施工工序和工期有很大關系。如果施工工期安排不當就會對基坑變形產生不良影響。 (3) 攪拌樁加固施工時，為了減小攪拌樁施工對基坑變形的影響，應將盾構進出洞加固時間安排在圍護結構完成并達到砼養護要求后，而且要在端頭井開挖前進行。嚴禁攪拌樁加固施工與基坑開挖同時進行。5 結 論 (1) 南北端頭井攪拌樁加固施工影響比較發現，由于施工工序安排不合理，南端頭井地下墻位移過于偏大，不僅危及基坑安全，而且對今后的內部結構施工帶來了困難。基坑外側攪拌樁加固施工時，基坑開挖卸載，釋放了攪拌樁的側向擠壓應力，導致地下墻位移變形驟然加大。即使不進行基坑開挖，攪拌樁的側向擠壓力對地下墻的影響也很大，因此應提高重視。 (2) 攪拌樁加固對基坑變形的影響跟施工工序和工期有很大關系。如果施工工期安排不當就會對基坑變形產生不良影響。 (3) 攪拌樁加固施工時，為了減小攪拌樁施工對基坑變形的影響，應將盾構進出洞加固時間安排在圍護結構完成并達到砼養護要求后，而且要在端頭井開挖前進行。嚴禁攪拌樁加固施工與基坑開挖同時進行。參考文獻：[1] 朱林海. 被動區壓力注漿在深基坑中的應用研究[D]. 上海:同濟大學, 2000: 5–6. (ZHU Lin-hai. The application research of press- controlling grouting in pit projects[D]. Shanghai: Tongji University, 2000: 5–6.)[2] 劉建航, 侯學淵. 基坑工程手冊[M]. 北京: 中國建筑工業出版社, 199: 15–16. (LIU Jian-hang, HOU Xue-yuan. Excavation engineering handbook[M]. Beijing: China Architecture & Building Press, 1999:15–16.)
在地鐵車站盾構進出洞附近，為了保證盾構安全進出洞，往往需要對盾構進出洞附近土體進行加固，常用的方法是攪拌樁加固。車站南北端頭井墻外側為盾構進出洞加固區域，均為攪拌樁加固，平面位置如圖1所示，盾構進出洞加固區寬6 m，加固深度范圍為盾構洞圈上下左右各3 m范圍。2 車站端頭井實際施工情況 本站對測斜、地面沉降、支撐軸力等進行嚴密的監測控制，并利用遠程監控管理系統，實現監測數據的實時采集、傳輸和分析，結合工況指導施工，確保施工區鄰近已有建筑物、地下管線的安全和圍護體系自身的穩定，為設計、施工提供依據。本文針對盾構出入洞加固區的變形進行分析。 車站南端頭井由于施工工期緊迫，攪拌樁加固在10 月 20 日開始施工，于 11 月 5 日結束，而基坑開挖于 10 月 28 日開始施工，11 月 18 日開挖施工結束澆筑砼墊層。這樣使端頭井在開挖階段，坑外正在進行盾構進出洞攪拌樁加固，開挖施工與攪拌樁加固有長達一周的施工重疊期。端頭井地下墻測點布置圖如圖1 所示。3 實測數據分析 由圖2中可以看出，該點變形較大，到墊層澆筑完成后，該測點累計變形已達101.90 mm，嚴重危及基坑安全。在攪拌樁加固開始施工后，基坑開挖之前，地下墻位移已經有較為明顯的變化，CX23測點位移最大值已經高達34.39 mm，占總變形量的33.7%。由于此時基坑還未開挖，所以基坑變形是由于攪拌樁加固引起的。 可見，水泥與土攪拌成樁過程中存在側向擠土效應，即攪拌樁加固施工時有擠土效應，對基坑變形有很明顯的影響。 從基坑開始開挖到攪拌樁施工結束，地下墻變形量為52.77 mm，已占總變形量的51.8%，這一階段地下墻位移驟然變化，日均變化量非常大，已遠遠超過正常的基坑位移速率。這是由于攪拌樁加固和基坑開挖同時施工長達一個星期。一方面攪拌樁加固有側向擠土效應，會導致基坑向坑內變形；另一方面基坑開挖卸載，被動區土壓力減弱，從而釋放了攪拌樁的側向擠壓力，兩者共同作用致使基坑變形迅速，造成對基坑變形的不利影響。可見，如果施工工序安排不合理，坑外攪拌樁加固施工和基坑開挖同時進行會對基坑變形造成極為不利的影響，甚至會危及基坑安全。 攪拌樁施工結束后，基坑位移變化速率有所緩和，基坑變形趨于正常，從攪拌樁加固結束到基坑墊層澆筑完成，地下墻變形只有14.74 mm，僅占總變形量的14.5%。這是由于該階段攪拌樁施工已結束，攪拌樁經過初凝，由此產生的膨脹擠土效應減弱，對基坑圍護結構位移影響逐漸消失，該階段基坑變形基本全部由基坑開挖引起。可見，攪拌樁加固結束后對基坑變形的影響就很小。 由此可得，南端頭井的總位移主要是由攪拌樁加固和基坑開挖兩方面導致。在盾構進出洞攪拌樁加固施工時，由于水泥與土攪拌成樁過程中側向擠土效應比較明顯，因此對車站基坑變形影響就很顯著。 圖3給出了CX24、CX23測點變形情況的對比。南端頭井測點CX23的位移由基坑開挖和攪拌樁加固引起，而測點CX24的位移主要是由車站基坑開挖引起。從圖中可以看出，CX24測點的總變形量為32.76 mm，占CX23測點總變形量的32.1%。北端頭井墻外側也為盾構進出洞攪拌樁加固，只是北端頭井在基坑開挖之前，攪拌樁加固施工已經完成了20 d了。可見攪拌樁加固施工完成并達到養護期限后再進行基坑開挖，可以減少對基坑變形的影響。 由此可見，攪拌樁加固對基坑變形的影響很大，特別是在同時施工的情況下其影響尤為明顯。南端頭井地下墻位移過于偏大，不僅危及基坑安全，而且對今后的內部結構施工帶來了困難。因此，考慮到攪拌樁加固時的擠土效應，會對基坑的變形產生影響，所以盾構進出洞加固最好安排在圍護結構完成后（達到混凝土養護要求），端頭井開挖前完成。4 采取的控制措施 由于坑外攪拌樁加固會對基坑變形產生影響，為了盡可能地減小坑外攪拌樁加固對基坑變形的影響，可以采取如下措施： (1) 合理安排施工順序，應將盾構進出洞加固時間安排在車站圍護結構完成并達到混凝土養護要求后，而且要在端頭井開挖前進行，從而可以避免盾構進出洞攪拌樁加固對基坑變形造成過大的影響。嚴禁攪拌樁加固施工與基坑開挖同時進行。 (2) 合理規劃攪拌樁的施工流程和次序，選擇合理的位置允許釋放攪拌樁產生的擠壓應力，使應力有所釋放，減少對基坑變形的影響。 (3) 如果因為工期或其他施工要求，必須進行不合理施工交叉時，應考慮用其他對周邊環境影響較小的加固施工方法，例如采用取土置換的SMW工法進行。5 結 論 (1) 南北端頭井攪拌樁加固施工影響比較發現，由于施工工序安排不合理，南端頭井地下墻位移過于偏大，不僅危及基坑安全，而且對今后的內部結構施工帶來了困難。基坑外側攪拌樁加固施工時，基坑開挖卸載，釋放了攪拌樁的側向擠壓應力，導致地下墻位移變形驟然加大。即使不進行基坑開挖，攪拌樁的側向擠壓力對地下墻的影響也很大，因此應提高重視。 (2) 攪拌樁加固對基坑變形的影響跟施工工序和工期有很大關系。如果施工工期安排不當就會對基坑變形產生不良影響。 (3) 攪拌樁加固施工時，為了減小攪拌樁施工對基坑變形的影響，應將盾構進出洞加固時間安排在圍護結構完成并達到砼養護要求后，而且要在端頭井開挖前進行。嚴禁攪拌樁加固施工與基坑開挖同時進行。5 結 論 (1) 南北端頭井攪拌樁加固施工影響比較發現，由于施工工序安排不合理，南端頭井地下墻位移過于偏大，不僅危及基坑安全，而且對今后的內部結構施工帶來了困難。基坑外側攪拌樁加固施工時，基坑開挖卸載，釋放了攪拌樁的側向擠壓應力，導致地下墻位移變形驟然加大。即使不進行基坑開挖，攪拌樁的側向擠壓力對地下墻的影響也很大，因此應提高重視。 (2) 攪拌樁加固對基坑變形的影響跟施工工序和工期有很大關系。如果施工工期安排不當就會對基坑變形產生不良影響。 (3) 攪拌樁加固施工時，為了減小攪拌樁施工對基坑變形的影響，應將盾構進出洞加固時間安排在圍護結構完成并達到砼養護要求后，而且要在端頭井開挖前進行。嚴禁攪拌樁加固施工與基坑開挖同時進行。參考文獻：[1] 朱林海. 被動區壓力注漿在深基坑中的應用研究[D]. 上海:同濟大學, 2000: 5–6. (ZHU Lin-hai. The application research of press- controlling grouting in pit projects[D]. Shanghai: Tongji University, 2000: 5–6.)[2] 劉建航, 侯學淵. 基坑工程手冊[M]. 北京: 中國建筑工業出版社, 199: 15–16. (LIU Jian-hang, HOU Xue-yuan. Excavation engineering handbook[M]. Beijing: China Architecture & Building Press, 1999:15–16.)
