应用注浆方法防止因拔出钢板桩对邻近建筑物产生的影响
摘要：黄石热电联产热力管道工程土建工程在某标段开挖沟槽过程中，由于采用钢板桩支护，施工过程中对周边建筑地基产生了影响，发生了地基沉降和侧移，还导致厂房和围墙墙体产生不同程度的裂缝，通过在拔除钢板桩时跟踪注浆的特殊处理技术使问题得到了很好的解决，使因拔出钢板桩对邻近建筑物产生的影响降到最低，确保了管道安装的顺利进行和邻近建筑物的安全。
关键词：沟槽；钢板桩； 建筑地基； 沉降； 侧移； 跟踪注浆
1工程概况
该工程是黄石市热电联产集中供热工程（管道工程土建）二标段。磁湖路（苏州路路口-大泉路路口）段沟槽的开挖，由于要穿越自来水分管，需加深开挖深度。一侧有自来水主管道，别一侧有电缆的管道，又加之土质不良给施工带了来相当大的难度，故采用钢板桩支护来进行沟槽的开挖和管道的安装。基坑东侧钢板桩拔除后，造成了邻边的围墙及工业厂房的严重破坏，加之几场暴雨，变成了危房并停止生产。为了防止沟槽东侧产生同样的问题，对沟槽采用了“跟踪注浆”的处理方案，消除了钢板桩对土体不利影响，确保了邻近工业围墙及厂房的安全稳定，达到了预期的目的。该管道工程的周边环境如图1所示。
2地质条件
场地的工程地质状况如图2所示。由图2可知，该工厂周边场地范围内的土质条件较差。特别是西墙侧的人行道，土质条件相当差。据观察和了解都是因为在该路段的人行道上敷设多种管道后不合格回填所致。经地质调查[1]表层是一些杂填土和素填土，厚度在1.0~1.5米之间。第二层为一些灰色淤泥质粘土，呈流塑~软塑状态，厚度在1.5~2.0米之间。第三层为硬塑粘土（厚度暂时不详）宝钢西侧厂房均埋置于厚度不大，而且是较软的灰色淤泥质粘土上，以下是深厚的粘土。因此，地质条件很差的。
图1 场地平面及注浆孔、观测布置图
图2 场地地质断面图
3.厂房及围墙损坏的原因分析
该人行道上沟槽尺寸详图如图3，其中沟槽底部宽度为1.3米，人行道开挖深度2.7米。由于现场地下特殊情况，尺寸有所改变。根据现场地下情况，进行了设计变更，以避免对沟槽周围的电信光缆和高压电缆沟产生影响。从FS61-FS49，全线长612米。沿途为宝钢黄石股份涂镀板有房限公司的围墙和部分工业厂。
图3 单管横剖图
构槽内支护的钢板桩拔除后，附近厂房受到严重破坏：围墙墙体出现许多条斜向和水平向裂缝，缝长达1860mm，宽18mm。几间厂房出现了地基出现明显沉降，最大沉降达500mm。
结合工程情况及周边场地特征可知，宝钢外部分围墙及厂房受损原因有：
1）宝钢黄石股份涂镀板有限公司的围墙及部分工业厂房，没有按施工规程进行基坑回填，而是随意倒入建筑垃圾，主要是碎砖和空心砖以及部分垃圾土和松砂，未经任何压实处理，这实际上埋下了一个隐患。
2）拔桩振动的影响[2]
拔除钢板桩系采用振动拔桩机施工，由于拉森钢板桩的锁口咬口咬合很紧，打桩时又没有涂润滑油，摩阻力增大，从而加大了拔桩的阻力，使拔桩机的振动能量大大提高，且持续时间显著延长。因此，通过地基的振动传播，使邻近的建筑物受到强烈的竖向振动和水平振动。
3）拔桩形成的空隙引起土体变形
插于淤泥质粘土的钢板桩长7米，拔出时，桩内的外表面粘附着一层粘性土，总厚度可达10~15cm。这就意味着，拔出钢板桩的同时，土中就留下了一条细长的沟槽，若该槽宽度按10cm计算，则拔除每延米钢板桩将留下0.7m3的空隙。根据现场实地观察，土体变形涉及离沟槽中心10米处，墙体开裂也就不足为奇了。因此在拔除钢板桩时，必须采取有效的措施及时充填由拔桩形成的空隙。
4地基处理方案
根据施工图纸可知该热力管道两旁一侧是自来水公司的的主管，一侧是高压电缆（埋设在电缆沟内），电缆沟与宝钢的围墙接壤。该段沟槽开挖后，和图纸反应的情况是一样的，其中自来水管道对沟槽的开挖影响较大。开挖后发现沟槽侧壁自来水主管有一半处于“悬空状态”，加之土质不良，上层多为浮土，不仅容易发生塌方，而且自来水主管道接口处易发生错动，造成自来水外流，必定会带来严重的后果。为此，施工方采用了钢板桩的支护方案。沟槽开挖符合了要求，保证了安装管道人员的施工安全和足够大的作业面。但该方案实施不久，发现在拔除钢板桩时对土体受到强烈的竖向位移和水平位移（沟槽侧壁距围墙仅1.6米），而使邻近的建筑物发生了不同程度的裂缝和沉降。因此，如何尽可能的减少拔除钢板桩后对土体的挠动是解决问题的关键所在。
鉴于上述教训，热力管道沟槽的钢板桩不可贸然拔除，否则会造成不小的损失和危害，而必须采取有效的技术措施，确保“宝钢”围墙和几间工业厂房的稳定安全，也保证管道工程的后续施工。
经过相关技术人员现场视察和分析后，综合考虑了沟槽的回填质量、地质条件、房屋的结构情况以及拔桩时间紧迫等现实情况后，拟定了“跟踪注浆”的压浆技术方案，以尽量减少因拔除钢板桩对沟槽两边土体的沉降量和水平位移，从而达到不致对邻近建筑产生较大程度的损害。施工方随后与甲方（江苏德威能源公司）进行了商讨，最后同意采用此方案。
5施工方法
5．1概述
“跟踪注浆” [3]是在上述特殊而苛刻的条件下提出的一种特殊方法，该方法要求不给浆液必要的凝固时间，即不等注入的浆液达到起码的强度就进行拔除钢板桩施工，原定注浆一周后进行拔桩，而实际上两天后就强行拔桩，并且两天内全部拔完，以保证安装队伍工作面的要求。
“跟踪注浆”的方法是：拔桩前，在预定注浆区域内先完成第一遍注浆。然后，随着拔桩的推进，根据位移监测提供的信息，在相应部位及时“跟踪”注浆。凭借注入的浆材和压力弥补由于拔桩引起的位移，以控制围墙及厂房基础的深陷和位移。
5．2施工方案[3]
首先，在沟槽靠近围墙一侧用高浓度浆液注入原来空隙，直至浆液从填土表面溢满为止。暂停注浆后，注浆管并不拔除，留待拔桩过程中继续补灌。这种充填浆液以粉煤灰为主，水泥为辅，比例约为3：1，另外掺入少量的速凝剂[4]；与沟槽内注浆同时，在钢板桩外围设置一排注浆管，间距1.0m，深7m，同步注浆，浆液中增加水泥比例，粉煤灰与水泥约为2：1，外回适量的速凝剂，注浆压力为0.2~0.3MPa，当浆液从胀开的裂缝溢出时，暂停注浆，同样将注浆管留在土中，以备拔桩时补灌；在完成了上述两个区域注浆后，在沟槽另一侧远离墙体一侧设置两排注浆孔，间距为1 .0m，外排为竖直孔，先注浆，内排为斜孔，后注浆，这样的布孔方式能有效地控制墙基的深陷和侧移。注浆后，压浆管亦留在土中备用。为了提高加固效果，这部分浆液以水泥浆为主，加少量粉煤灰和膨润土，并增加了速凝剂的比例。三排注浆孔的位置见图1。
6技术和经济效果
6．1技术效果
注浆刚完成2天，拔桩施工就开始。重力为300kN的振动拔桩机在沟槽边缘来回开行，拔桩时，加上150kN拔桩力，总荷载达450kN。如此大的动荷载作用在沟槽边缘，是对加固效果最严峻的考验。事实上，土体变形主要正是发生在这段时间（2天内），约占总变形量的60%,参见图6和7。图中，1-3号观测点是采用“跟踪注浆”后，再拔除钢板桩时设的观测点，4号观测点是之前未采用“跟踪注浆”时的观测点。由于采取了跟踪注浆，使变形速率大大降低，并很快趋于稳定。经过12天~18天，水平位移和沉陷基本上不再发展了.围墙墙体附近2m范围内地面最大沉陷16mm，最大水平位移12mm；5m范围内，在振动拔桩机履带近旁约1m处，地面最大沉陷41mm，最大水平位移38mm。
由图7沉降曲线可以看出：12日至17日，5日内下沉了3.7mm，平均速率为0.75mm/d；17日至21日还略有回升，随后连续降雨，又稍有下沉，3月22日起，即拔桩两周后沉降基本稳定。
图6 沟槽东侧地面和墙基的沉降-时间曲线
图7 沟槽东侧地面的水平位移-时间曲线
如图4所示为注浆前后的场地情况。形成鲜明对比的是，之前沟槽在钢板桩拔除时未采用任何措施加固，结果地表沉陷达200mm以上，而且拔桩后经过很长一段时间还未稳定，还出现过部分土体塌方的情况。
成功地控制住了“宝钢”围墙和部分厂房的沉降和位移，保障了结构的完整。
在拔桩的过程中，由于拔桩机强烈的振动荷载的影响，围墙和厂房地基在1天之内下沉了10mm。但经过及时跟踪注浆，沉降速率明显地减缓了。
a）注浆加固前
b）注浆加固后
图4为采用“跟踪注浆”前后对比
应当指出的是拔除沟槽东侧钢板桩的施工比原定时间提前了5天，以致围墙和工业厂房来不及按计划进行注浆加固，这就是造成拔桩当天墙基明显下沉的缘故。幸亏及时采取跟踪注浆措施连续注浆，使墙基的沉降得到有效的控制。如果按原计划施工，则围墙和部分工业厂房会得到更好的控制，其总沉降不会超过5mm，相当于有了一定的安全储备。
具有说服力的是，在紧靠沟槽的东侧墙体上，有两处原先已经开裂，裂缝长度均超过1000-1800，甚至有的地方围堵出现较大幅度的倾斜。通过跟踪注浆加固的施工技术后围堵再也没发生任何不良的情况，甚至在3月底的几场大雨对围墙地基都没任何明显的影响。这有力地证实了“跟踪注浆”的加固效果。
6.2经济效果
在之前未采用任何措施而拔出钢板桩的施工，造成了近50米的围墙和围墙外围的高压电缆沟的破坏。根据恢复后的预算费用，高达85000元。按此估算，若不采用注浆加固，造成的损失，可高达40几万元。这笔费用与采用注浆加固发生的费用比起来算是小数目。因此，采用注浆加固这一特殊的地基加固技术直接为工程节省了30余万元。项目经济分析如下表所示。
7．结论
1）“跟踪注浆”这一方案的实施也是在特殊而苛刻的条件下提出的一种方法，可以说在防止在不良地质情况下沟槽开挖对邻近建筑的影响中起到了很好的成效。
2）“跟踪注浆”这种人工地基处理可以应用到工程中遇到的很多地质不良的情况，特别是在因基坑开挖后对邻近建筑产生地基沉降影响的情况下，为防止因排除钢板桩后对周边土体产生较大震动，采用跟踪注浆加固地基土可以减少基负效应，从而减少对邻近建筑物的损害，尤其现如今社会建设发展飞速，工程事故也频频发生，这一地基处理手段会被广泛的运用到工程当中。
致 谢
随着毕业的脚步逐渐临近，大学最后的毕业论文也完成了。在这个过程中，可以我我遇到了一些麻烦，但最终在老师和同学的指导和帮助下还是独立的完成了本次毕业论文。
开始着手写论文的时候，由于论文的题目跟我实习没什么联系，因此让我一度很困难，经过一次的失败的初稿后，我跟程老师进行了沟通，最终我静下心来，仔细想想自己现在的工作和题目还是有点联系的，于是我好像又看到了希望，就抓紧收集资料，回顾一下当时的情况，不懂的细节问问老师，终于把初稿完成了。经过程老师细心的指导，论文还是顺利的完成了。在此期间，程老师对工作认真、严格要求的态度给我留下了很深的印象，我想这也是我经过工作应当值得学习的地方。
在些期间也给学院领导和老师带来了许多麻烦，但对我来说都是一次经验教训，我由衷感谢你们以及我组的成员。虽然毕业在际，但这里不仅给我留下了深刻的回忆。
希望建工学院越办越好，老师们工作顺利，我们也会在经后努力工作，不枉费你们的一番苦心。