超前微型鋼管樁在基坑支護(hù)工程中的應(yīng)用

陳智賢

(廣東省地質(zhì)工程公司，廣東廣州510080)

1 概述

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，地下空間的開發(fā)和人防要求以及停車需求,地下工程的建設(shè)在以后的建筑中不可缺少,基坑支護(hù)工程也將越來越多，因此深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工也將顯得重要，要確?；影踩€(wěn)定,以及對周邊建筑物和道路的變形得到控制、同時(shí)保證工程質(zhì)量和安全生產(chǎn)。

常用的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)形式主要有：排樁或地下連續(xù)墻結(jié)合內(nèi)撐或錨桿支護(hù)體系等。當(dāng)基坑周邊距離建筑物較近時(shí)或施工場地限制，大型設(shè)備難以施工時(shí)，需要一種施工簡易、體量小的支護(hù)形式替代，在這種情況下，可采用超前微型鋼管樁結(jié)合預(yù)應(yīng)力錨桿(錨索)+土釘墻的加強(qiáng)型支護(hù)結(jié)構(gòu)，達(dá)到深基坑經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)效果，以節(jié)省工期和造價(jià)。

超前微型鋼管樁目前的應(yīng)用機(jī)理，其主要分2種應(yīng)用型式：一種是將超前支護(hù)鋼管樁作為主要受力構(gòu)件，起抗彎作用；另一種是將超前支護(hù)鋼管樁與土釘支護(hù)相結(jié)合，將超前支護(hù)鋼管樁作為柔性構(gòu)件，主要改善土體應(yīng)力場，限制基坑變形，增加基坑的整體穩(wěn)定性。而在相應(yīng)較好土質(zhì)的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，一般不考慮超前支護(hù)鋼管樁的有利影響，而僅將其作為一種安全儲備。事實(shí)上，無論設(shè)計(jì)中是否考慮超前支護(hù)鋼管樁的影響，微型鋼管樁在基坑開挖過程中都會產(chǎn)生一定的積極作用。

本文就是根據(jù)以往的一個(gè)工程實(shí)例，論述超前微型鋼管樁在基坑支護(hù)的應(yīng)用，為類似加強(qiáng)型土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)型式的設(shè)計(jì)和施工提供借鑒。

2 工程概況

本工程位于韶關(guān)乳源東陽光陽光精箔有限公司廠房內(nèi)，壓延二期鋁帶縱切機(jī)機(jī)組基礎(chǔ)工程位于該廠房內(nèi)，3個(gè)設(shè)備基礎(chǔ)，其中2#井直徑為6.00m、基礎(chǔ)深度為8.00m,開挖深度10.00m；3#井直徑為7.00m、基礎(chǔ)深度為10.00m,開挖深度12.00m；4#井直徑為6.00m、基礎(chǔ)深度為12.00m,開挖深度14.00m。

由于前期施工1#基礎(chǔ)未做加固處理,使廠區(qū)內(nèi)不同程度產(chǎn)生不均勻沉降,導(dǎo)致部份墻體產(chǎn)生裂縫,機(jī)械基座變形等,為確保后續(xù)3個(gè)基礎(chǔ)豎井的順利施工同時(shí)又確保廠區(qū)不再因施工而產(chǎn)生不均勻沉降,而影響正常的生產(chǎn)，因此要求重新設(shè)計(jì)施工。

設(shè)計(jì)采用旋噴樁止水+鋼管樁+錨桿+噴射混凝土護(hù)壁的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行基坑支護(hù)，基坑安全等級為Ⅰ級。目前場地自然地面標(biāo)高約為±0.00m，基坑開挖深度約10.00～14.00m。

3 工程地質(zhì)條件

根據(jù)《乳源東陽光壓延二期鋁帶縱切機(jī)機(jī)組基礎(chǔ)工程巖土工程勘察報(bào)告》的工程地質(zhì)勘察資料分析,本場地地層由上而下分布如下：人工填土層（Qml）、坡積層（Qdl）、殘積層（Qel）和微風(fēng)化灰?guī)r（C）。

3.1 2#樁孔地質(zhì)情況

0～4.50m為雜填土，4.50～10.00m為可塑狀粉質(zhì)粘土、結(jié)構(gòu)均勻含少量礫石等、干強(qiáng)度中等、遇水易軟化。10.00～11.20m為軟塑狀風(fēng)化殘土。11.20～20.00m為微風(fēng)化灰?guī)r。

3.2 3#樁孔地質(zhì)情況

0～4.20m為雜填土，4.20～10.30m為可塑狀粉質(zhì)粘土、結(jié)構(gòu)均勻含少量礫石等、干強(qiáng)度中等、遇水易軟化。10.30～12.60m為軟塑狀風(fēng)化殘土。12.60～20.00m為微風(fēng)化灰?guī)r。

3.3 4#樁孔地質(zhì)情況

0～4.20m為雜填土，4.20～8.30m為可塑狀粉質(zhì)粘土、結(jié)構(gòu)均勻含少量礫石等、干強(qiáng)度中等、遇水易軟化。8.30～13.50m為軟塑狀風(fēng)化殘土。13.50～20.00m為微風(fēng)化灰?guī)r。

3.4 不良地質(zhì)作用

本次施工的3個(gè)基礎(chǔ)雖然鉆探中未揭露有溶洞，但其直徑較大僅布1個(gè)鉆孔，再加上勘察是采用小口徑（?91mm～?110mm）鉆進(jìn)，揭露的局限性較大，根據(jù)巖溶地區(qū)相關(guān)地質(zhì)條件,巖溶發(fā)育的規(guī)律性較復(fù)雜，土洞及溶洞的分布無規(guī)律性可循，因此，本次勘察也不能說明勘察場區(qū)內(nèi)其他點(diǎn)位不存在土洞或較大的溶洞。

場區(qū)的不良地質(zhì)作用為潛在的灰?guī)r溶洞。

3.5 地下水概況

場區(qū)地下水類型有第四系上層滯水和灰?guī)r巖溶裂隙水2種類型：

（1）第四系上層滯水：局部賦存在坡、殘積粉質(zhì)粘土層與填土層接觸處，水量少。

（2）灰?guī)r巖溶裂隙水：水量受其巖性、巖溶、裂隙等發(fā)育程度所控。

3.6 基坑周邊環(huán)境

由于2#、3#、4#豎井位于廠區(qū)車間內(nèi)，且工廠要正常開工，各柱位較緊密，且地面填土較厚,要確保廠區(qū)不再因施工而產(chǎn)生不均勻沉降,而影響正常的生產(chǎn)。

另一方面基坑深度超過基坑所允許土釘墻支護(hù)深度，因此采用超前微型鋼管樁加強(qiáng)型土釘墻支護(hù)型式?；又ёo(hù)典型設(shè)計(jì)斷面見圖1，基礎(chǔ)支護(hù)平面圖如圖2所示。

4 超前微型鋼管樁的施工程序

超前微型鋼管樁在土方開挖之前進(jìn)行施工，以確保土方在隨開挖隨支護(hù)過程基坑的穩(wěn)定，由于在管內(nèi)進(jìn)行注漿，部分土體得到固結(jié)，約束土體在開挖過程中的變形，對周圍構(gòu)筑物起到一定的加固作用。主要施工步驟如下。

4.1 施工前的準(zhǔn)備工作

4.1.1 技術(shù)準(zhǔn)備

圖1 基坑支護(hù)典型設(shè)計(jì)斷面圖

圖2 2#基礎(chǔ)支護(hù)平面圖

施工人員仔細(xì)審閱施工圖，認(rèn)真核對設(shè)計(jì)條件,詳細(xì)研究設(shè)計(jì)內(nèi)容、設(shè)計(jì)要求、地層條件及環(huán)境條件,以及施工運(yùn)作后可能出現(xiàn)的問題和相應(yīng)的對策，了解施工內(nèi)容,在施工前內(nèi)部進(jìn)行技術(shù)交底，并根據(jù)勘察現(xiàn)場后的實(shí)際情況，制定合理的、科學(xué)的整體施工流水作業(yè)。

4.1.2 機(jī)械施工的準(zhǔn)備

根據(jù)施工現(xiàn)場總平面的布置要求，積極組織各機(jī)械設(shè)備和各種材料，認(rèn)真檢查各機(jī)械設(shè)備的施工性能,各種材料品種規(guī)格的技術(shù)性能是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求,以滿足施工。

做好現(xiàn)場圍蔽，保持道路暢通，確保滿足主要機(jī)具、材料的進(jìn)入。

做好對成孔、洗孔后泥漿、灌漿材料的析釋水等污水的處理措施。

4.1.3 控制點(diǎn)的交接

根據(jù)業(yè)主提供的永久性坐標(biāo)和高程基準(zhǔn)點(diǎn)后，按設(shè)計(jì)平面布置要求，進(jìn)行場地控制網(wǎng)測量，設(shè)置控制測量標(biāo)樁，引測并埋永久性水準(zhǔn)點(diǎn)。

4.1.4 材料試驗(yàn)的準(zhǔn)備

根據(jù)設(shè)計(jì)要求對設(shè)計(jì)需要的各原材料，在開工應(yīng)進(jìn)行檢驗(yàn)，達(dá)到設(shè)計(jì)及規(guī)范要求才可采購。

4.2 微型鋼管灌注樁的施工工藝

鉆機(jī)就位→套管護(hù)壁造孔（泥漿護(hù)壁）→一次清沖孔內(nèi)泥漿→下鋼管→下注漿管→二次清孔→注漿→重復(fù)前步→完成。

4.2.1 基坑邊線的測定

確定本工程基坑圓中心點(diǎn)的坐標(biāo)，根據(jù)其直徑放圓法進(jìn)行測量放線，為確保測量的精度要求，在2個(gè)控制樁上進(jìn)行。然后通過建筑物的軸線對基坑轉(zhuǎn)角點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核。

4.2.2 各樁樁位測定

在測放出基坑邊線后，根據(jù)樁位平面圖，先計(jì)算出各樁中心點(diǎn)坐標(biāo)，通過用全站儀，在現(xiàn)場直接準(zhǔn)確定出各樁中心點(diǎn)。最后根據(jù)建筑物的軸線拉線復(fù)核。

樁中心點(diǎn)應(yīng)打上木樁做好標(biāo)記，樁位測放后適時(shí)對各樁心點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核校測，確保樁位準(zhǔn)確。

4.2.3 驗(yàn)線

實(shí)行3級驗(yàn)線工作方法，即我公司放線驗(yàn)線、業(yè)主、監(jiān)理驗(yàn)線。實(shí)行分開原則，即驗(yàn)線工作與放線工作要做到人員、儀器和測量方法分開，獨(dú)立進(jìn)行。

4.3 鉆機(jī)就位和安裝調(diào)試

按施工布置將各鉆機(jī)擺放在已測量定樁位點(diǎn)處，各鉆機(jī)安裝好后進(jìn)行調(diào)試,按照施工設(shè)計(jì)的孔位和方位，調(diào)試鉆機(jī)方位及角度;孔位偏差應(yīng)控制在20mm內(nèi)，鉆孔角度誤差不超過1°。

4.4 成孔

由于施工場地在廠區(qū)內(nèi)受凈高的影響，釆用XY-100型鉆機(jī)成孔，鉆進(jìn)方法主要采用回旋鉆進(jìn)法成孔，泥漿護(hù)壁；成孔口徑為170mm，鋼管樁間距為600mm，控制樁身垂直度，偏差不能超過1%。

其中：2#豎井鋼管樁樁長為L=12.00m,3#豎井鋼管樁樁長為L=14.00m,4#豎井鋼管樁樁長為L=16.00m,按設(shè)計(jì)孔深要求鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度終孔(鉆入中—微風(fēng)化巖4～5m),并取出入巖巖芯進(jìn)行鑒定。

4.5 洗孔及鋼管制安

鋼管制安：將鋼管（?140mm×4）下入孔內(nèi)，鋼管底部3m長度鉆10mm梅花型間距50mm的小孔洞,以利注漿。鋼管垂直度要求嚴(yán)格,不得超過0.5%，樁位偏差控制在50mm以內(nèi)。

鉆孔完成后采用BW-150泵進(jìn)行洗孔，清孔干凈按設(shè)計(jì)標(biāo)高要求下入鋼管,并下入注漿管,在注漿管口捆止?jié){袋;鋼管下到孔底后，需采用吊錘錘擊，確保鋼管下到孔底。

4.6 二次清孔及壓力注漿

下入鋼管完成后,進(jìn)行二次清洗孔,清孔時(shí)應(yīng)觀察泥漿溢出的情況，控制供水壓力的大小，直至孔口溢出清水為止;保證孔底無沉渣,或沉渣不大于50mm。使水泥漿能夠從管中向土體中擴(kuò)散，鋼管與土體連成一體。注漿壓力宜為0.25～0.5MPa。漿液采用水泥漿，水灰比為0.45～0.5。

完成上述程序之后，施工已告完成，以后重復(fù)施工下一樁。

在鋼管樁頂部置C30壓頂圈梁(400mm×400mm)，將鋼管連成一整體，增加基坑的整體穩(wěn)定性，限制基坑變形。

5 超前微型鋼管樁質(zhì)量控制與檢測

5.1 質(zhì)量控制

5.1.1 鉆孔成孔質(zhì)量控制

嚴(yán)格控制成孔施工質(zhì)量，主要包括孔徑大小、鉆孔的垂直度、孔深是否達(dá)到設(shè)計(jì)深度，鉆進(jìn)的方法、確保鋼管的下入。

5.1.2 水灰比的質(zhì)量控制

嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)的配比進(jìn)行施工，防止水泥漿發(fā)生離析，要求漿液均勻攪拌，注漿前對配制的泥漿進(jìn)行抽樣檢查，確定滿足設(shè)計(jì)要求。

5.1.3 注漿的質(zhì)量控制

嚴(yán)格按照所設(shè)計(jì)的壓力注漿，壓漿階段不允許發(fā)生斷漿現(xiàn)象;并掌握好注漿時(shí)間，以及注漿量的控制。

5.2 質(zhì)量檢驗(yàn)

（1）水泥漿液應(yīng)做試塊進(jìn)行不同齡期的抗壓試驗(yàn)，以檢驗(yàn)注漿的強(qiáng)度；每3～6根樁應(yīng)留一組試塊,測定其抗壓強(qiáng)度,樁身強(qiáng)度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求;

（2）可采用動測法，檢驗(yàn)樁身質(zhì)量的完整性。

6 基坑變形監(jiān)測

根據(jù)基坑的支護(hù)特點(diǎn)，為確保在基坑開挖施工時(shí)，基坑及周邊建筑物的安全和穩(wěn)定,需對基坑周邊進(jìn)行監(jiān)視性觀測，將施工中各方面的信息及時(shí)反饋給設(shè)計(jì)和基坑開挖組織者,以便及時(shí)了解變形狀況，分析變形原因，預(yù)測未來變形，預(yù)防事故，以制定進(jìn)一步的施工措施和策略,甚至調(diào)整施工工藝或修改設(shè)計(jì)參數(shù)，做到信息化基坑開挖,采用動態(tài)設(shè)計(jì)與信息化施工。

在基坑開挖過程中，通過對超前支護(hù)鋼管樁土釘墻復(fù)合支護(hù)基坑水平位移的監(jiān)測發(fā)現(xiàn)：其水平位移較小，僅在30mm左右，且基坑開挖到底至基礎(chǔ)施工完成，其水平位移也僅為20mm左右，未超過基坑設(shè)計(jì)所規(guī)定的報(bào)警值50mm；且該基坑凈工期僅花了60d左右。這也說明超前支護(hù)鋼管樁土釘墻復(fù)合支護(hù)型式在此超深基坑中得到了很好的應(yīng)用。

7 結(jié)語

（1）超前微型鋼管樁是復(fù)合土釘墻的加強(qiáng)型支護(hù)結(jié)構(gòu),也是近年來在土釘墻基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型支護(hù)結(jié)構(gòu)，它極大地?cái)U(kuò)展了土釘墻技術(shù)的應(yīng)用范圍。

具有截面尺寸小、單樁承載力高、沉降變形小且施工簡便、工期短、質(zhì)量可靠、成本低等特點(diǎn)，具有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和良好的社會效益,廣泛應(yīng)用于基坑支護(hù)工程中。

（2）超前微型鋼管樁，施工所需機(jī)械設(shè)備較簡單,其施工機(jī)具占地面積和機(jī)具高度小，適用于不同凈高空間,樁位布置靈活，可穿性強(qiáng),能穿過不同地層。

（3）超前微型鋼管樁除在復(fù)合土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用。但在基坑距周邊建筑物較近時(shí)，無法使用大型設(shè)備時(shí)，為最大限度不擾動周邊建筑物地基土和產(chǎn)生附加沉降,在基坑周邊也可設(shè)置1排至多排超前微型鋼管樁，對基坑起到加強(qiáng)作用，確保基坑變形小。

（4）由于超前微型鋼管樁截面積較小，其抗彎能力和抗剪能力較為脆弱，在較深的基坑中可結(jié)合預(yù)應(yīng)力錨索共同承受來自地表荷載很大的情況，故在設(shè)計(jì)及施工過程中要靈活運(yùn)用，不能固定模式。

（5）在基坑設(shè)計(jì)和施工過程中采用動態(tài)設(shè)計(jì)與信息化施工。及時(shí)了解變形狀況，分析變形原因，預(yù)測未來變形，預(yù)防事故，以制定進(jìn)一步的施工措施和策略,甚至調(diào)整施工工藝或修改設(shè)計(jì)參數(shù)，做到信息化基坑開挖。

[1]JGJ79-2002、J220-2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

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[3]JCJ120-2012建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[4] 李白，劉小麗，黃敏.微型樁在基坑工程中的應(yīng)用與思考[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2011，19（增刊）：492-497.

[5] 劉小麗，李白.微型鋼管樁用于巖石基坑支護(hù)的作用機(jī)制分析[J].巖土力學(xué)，2012，33（增刊）：217-222.

[6] 趙慶亮.微型鋼管樁在基坑支護(hù)中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究：電子版,2012(7).