土釘墻復(fù)合微型鋼管樁基坑支護(hù)施工技術(shù)

蘇龍輝

（中建協(xié)和建設(shè)有限公司，福建 泉州 362700）

0 引言

土釘墻支護(hù)施工簡捷、經(jīng)濟(jì)，但在土質(zhì)不好、放坡距離不足、基坑超深情況下無法使用；混凝土灌注樁支護(hù)承載力高，但造價較高且存在擾民、污染環(huán)境問題。而土釘墻復(fù)合微型鋼管樁支護(hù)彌補(bǔ)了土釘墻支護(hù)和混凝土灌注樁支護(hù)存在的不足和使用限制，具有如下優(yōu)點(diǎn)：1）穩(wěn)定性好，安全性高：土釘墻復(fù)合微型鋼管樁基坑支護(hù)將錨桿、微樁與滑裂面以外土體連成一個整體，通過托架（腰梁）、錨頭、鋼筋網(wǎng)片、帽梁與微樁連接，組成一個受力體，增強(qiáng)了土體的自立性，提高噴射層面與土體的黏結(jié)前強(qiáng)度，增加了支護(hù)結(jié)構(gòu)的剛性和穩(wěn)定性，最大限度地約束了基坑變形和限制坑底的隆起、管涌和滲流問題的出現(xiàn)，使基坑有較高的安全系數(shù)，更好地確保安全生產(chǎn)。2）施工便捷，加快進(jìn)度：土釘墻復(fù)合微型樁施工無須大型機(jī)械設(shè)備，施工工藝簡單，出土量少，施工效率高，同時采用采用高標(biāo)號早強(qiáng)注漿材料，短時間內(nèi)達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度要求，再進(jìn)行分層土方開挖及土釘支護(hù)，加快工程進(jìn)度。3）降低成本，安全環(huán)保：混凝土樁支護(hù)最大優(yōu)點(diǎn)是控制位移能力強(qiáng)[1]，但成本高、施工復(fù)雜，土釘墻復(fù)合微型鋼管樁施工安全高效，能夠有效降低成本，同時施工過程無噪音、污染少，有利于文明施工和環(huán)境保護(hù)。土釘墻復(fù)合微型鋼管樁在工期、造價、安全、環(huán)保等方面更先進(jìn)、更新穎，因此廣泛應(yīng)用于基坑支護(hù)工程中。該文通過工程實(shí)例介紹土釘墻復(fù)合微型鋼管樁基坑支護(hù)施工技術(shù)，為后續(xù)類似工程提供參考。

1 工作原理及適用范圍

土釘墻復(fù)合微型鋼管樁基坑支護(hù)工作原理如下：在土方開挖前，先在自立穩(wěn)定性較差的地層中打入鋼管，作為超前支護(hù)措施，以提高土層的自立穩(wěn)定性[2]，然后進(jìn)行土方開挖和土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工，通過鋼管樁、錨桿、墻面與原狀土體的共同作用，形成類似重力擋土墻的支護(hù)結(jié)構(gòu)復(fù)合體的基坑垂直支護(hù)技術(shù)，明顯提高邊坡土體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和抗變形能力，減小土體側(cè)向變形，增強(qiáng)整體穩(wěn)定性。

該技術(shù)適用于臨近建（構(gòu)）筑物或地下管線、地面條件限制、填土厚度大、邊坡位移要求較嚴(yán)、施工振動及噪聲要求小、工期要求緊且工程造價有限的基坑支護(hù)施工。

2 工程概況

2.1 工程簡介

該工程共有1棟26層辦公樓、1棟29層公寓樓、5層商業(yè)裙樓、3棟獨(dú)立商業(yè)裙樓，所有樓棟共用地下室，地下室局部1層、局部2層，東側(cè)區(qū)域的辦公樓和公寓樓地下1層，基礎(chǔ)埋深8.4m，西側(cè)區(qū)域的商業(yè)裙樓和獨(dú)立商業(yè)樓地下2層，基礎(chǔ)埋深12.1m，基坑面積約25000㎡，擬建工程地下平面圖如圖1所示。

圖1 擬建工程地下平面圖

2.2 地質(zhì)條件及周邊情況

擬建場地包括民房、工廠、山坡地、耕地、水塘等，基坑開挖影響范圍內(nèi)場地地層主要分布如下。1）雜填土①（Q4ml）?；尹S色、褐黃色、雜色等，松散狀，稍濕~濕，均勻性差，局部為素填土，工程性能差。2）粉質(zhì)黏土②（Q4al+pl）。灰黃色、灰綠等，濕，可~軟塑狀，切面稍光滑，稍有光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度中等，韌性中等，無搖震反應(yīng)，局部含少量植物根系，工程性能差，力學(xué)性能不均衡，厚度為0.50m~4.90m，平均厚度為1.82m。3）含泥中粗砂③（Q4al+pl）?；尹S色，局部呈灰、灰黑色，呈飽和，松散~稍密狀，均勻性差，分選性一般，級配較差，顆粒呈棱角形，工程性能差。4）粉質(zhì)黏土③1（Q4al+pl）。灰褐色，灰黑色等，呈濕，可~軟塑狀，切面稍光滑，干強(qiáng)度中等，韌性中等，無搖振反應(yīng)，均勻性差，工程性能差。5）粉質(zhì)黏土④（Q4dl）?；尹S色，呈稍濕~濕，可塑狀，切面稍光滑，干強(qiáng)度中等，韌性中等，無搖振反應(yīng)，工程性能一般。6）殘積砂質(zhì)黏性土⑤（Qel）。褐黃、灰黃、灰白色等，濕，可塑~硬塑狀，干強(qiáng)度低，切面粗糙，韌性低，遇水易崩解軟化，工程性能由上至下漸好，工程性能一般~較好。7）強(qiáng)風(fēng)化花崗巖⑦（γ52（3））?；尹S色、灰白色、褐黃色等，工程性能較好~良好。8）中風(fēng)化花崗巖⑧（γ52（3））?；尹S色、灰色、灰白等，中粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖體中未發(fā)現(xiàn)軟弱夾層、臨空面，工程性能良好。9）微風(fēng)化花崗⑨γ52（3））?；疑?、灰白等，中粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖體完整性為較破碎~完整，工程性能良好。根據(jù)勘察報告，場地內(nèi)地下水初見水位埋深為0.45m~8.70m，混合穩(wěn)定水位埋深為0.50m~8.80m。

2.3 基坑支護(hù)設(shè)計概況

由于該工程西側(cè)負(fù)二層區(qū)域拆遷速度緩慢，東側(cè)負(fù)一層區(qū)域的辦公樓和公寓樓亟需施工預(yù)售，建設(shè)單位要求負(fù)一層區(qū)域先于負(fù)二層施工。由于負(fù)一層區(qū)域的辦公樓和公寓樓底板后澆帶距離負(fù)二層剪力墻約2m~3m，空間較為有限，負(fù)一層與負(fù)二層之間支護(hù)形式采用土釘墻復(fù)合微型鋼管樁。

支護(hù)方案如圖2所示，共設(shè)置3道注漿錨管和1排微型鋼管樁，微型鋼管樁和土釘錨桿之間采用槽鋼鏈接，以增強(qiáng)土釘墻面層的強(qiáng)度及整體剛度，防止其開裂和外鼓，保證基坑安全，微型鋼管樁和土釘墻的參數(shù)如下：1）微型樁采用Φ219mm（壁厚10mm）的鋼管，成孔直徑≥300mm，孔深9m，間距500mm，鋼管內(nèi)投放10mm~30mm碎石，同時用清水洗孔，清孔結(jié)束后注入水泥凈漿；樁頂澆筑300mm×400mm的冠梁，冠梁混凝土強(qiáng)度等級C30。2）沿微型樁高度方向設(shè)置3道注漿錨管，錨管采用Φ48mm×3.0mm的鋼管，長度6m，橫向間距1500mm，錨管上每隔300mm設(shè)置有Φ6mm出漿孔。錨管采用底壓注漿工藝，灌注水泥凈漿，水灰比0.5，注漿材料強(qiáng)度M20，錨管通過18a槽鋼腰梁鎖定鋼管樁。3）土釘墻復(fù)合微型鋼管樁墻面掛Φ6.5@250mm×250mm單層雙向鋼筋網(wǎng)片+噴射80mm厚C20砼支護(hù)。

圖2 土釘墻復(fù)合微型鋼管樁支護(hù)剖面圖（單位：mm）

3 施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 工藝流程

測量放樣微型鋼管樁施工（鉆機(jī)就位—鉆孔及驗孔—吊放鋼管和注漿管—投放碎石并清孔—注漿—樁體養(yǎng)護(hù)）冠梁施工及養(yǎng)護(hù)坡頂止水臺施工土方分層開挖、錨管、掛網(wǎng)噴射混凝土、腰梁鎖定交叉施工開挖至基底并設(shè)置坑底排水系統(tǒng)。

3.2 測量放樣

場地平整后，以業(yè)主提供的水準(zhǔn)點(diǎn)及測量控制網(wǎng)進(jìn)行引測，按照圖紙測量放出基坑邊線，定位微型樁樁心位置，利用鋼筋等作出明顯標(biāo)記，孔位偏差小于50mm。測量出工作面標(biāo)高，確定鉆孔深度，點(diǎn)位放好后，及時報監(jiān)理測量工程師對點(diǎn)位進(jìn)行復(fù)核驗收，驗收通過后方可進(jìn)行施工[3]。

3.3 微型鋼管樁施工

3.3.1 鉆機(jī)就位

將鉆機(jī)安放在指定位置，同時將鉆桿移至鉆機(jī)旁，鉆桿正對樁正中位置，懸空至地面100mm后固定，安放平穩(wěn)。由于緊鄰已施工的樓棟底板，因此需要保護(hù)結(jié)構(gòu)及預(yù)留鋼筋，同時須滿足鉆機(jī)施工空間，保證施工質(zhì)量，保障安全。

3.3.2 鉆孔及驗孔

鉆機(jī)采用清水鉆進(jìn)，根據(jù)現(xiàn)場情況采用膨脹土及堿進(jìn)行水循環(huán)泥漿護(hù)壁，鉆孔時開孔給進(jìn)要適當(dāng)緩慢，當(dāng)鉆孔深達(dá)2m后可用正常速度鉆進(jìn)以確保鉆孔精度，后續(xù)每鉆進(jìn)2m，檢查鉆機(jī)水平度，接長鉆桿，直到設(shè)計深度，達(dá)設(shè)計深度后及時組織驗孔。施工時為防止出現(xiàn)穿孔和漿液沿砂層大量流失的現(xiàn)象，可采用跳孔施工、間歇施工和增加速凝劑摻量等措施來進(jìn)行處理。

3.3.3 吊放鋼管與注漿管

鋼管與注漿管吊放前須經(jīng)質(zhì)檢人員檢驗后方可使用，注漿管口距孔底為100mm~200mm。

3.3.4 投放碎石并清孔

鋼管安放后，根據(jù)設(shè)計要求下10mm~30mm碎石，采用人工振蕩入孔，直至填滿為止（如圖3所示），然后通過注漿管用清水洗孔，直到孔口返出清水為止，使孔內(nèi)泥漿全部排出。

圖3 人工投放碎石骨料

3.3.5 注漿

清孔完畢后采用專用機(jī)械拌制水泥凈漿（水灰比0.5）及時進(jìn)行注漿，注漿管由注漿機(jī)直接接入下入孔內(nèi)的注漿管上，接口要密封連接。注漿管須裝設(shè)壓力表，第一次注漿壓力0.4MPa~1.0MPa，注漿后暫不拔管，保持3min，直至水泥漿從管外流出為止，第二次注漿壓力不小于1.5MPa，現(xiàn)場可根據(jù)注漿情況適當(dāng)增加注漿次數(shù)，注漿間隔時間1.5h~4h，注漿成型照片如圖4所示。

圖4 鋼管樁注漿成型

3.3.6 樁體養(yǎng)護(hù)

樁體成型型后，孔口進(jìn)行覆蓋，自然養(yǎng)護(hù)3d，方可進(jìn)行土方開挖[2]。

3.4 冠梁施工及養(yǎng)護(hù)

樁體養(yǎng)護(hù)完成后進(jìn)行樁頭清理，按設(shè)計圖紙進(jìn)行冠梁測量樣、冠梁土方開挖、冠梁鋼筋綁扎，冠梁縱向鋼筋與鋼管樁點(diǎn)焊連接，焊接前應(yīng)將樁頂清洗干凈，不得造成連接處產(chǎn)生薄弱面。支立模板，一次性連續(xù)澆筑冠梁混凝土，須振搗密實(shí)。鋼管樁及冠梁施工完成后應(yīng)養(yǎng)護(hù)48h以上方可土方開挖和土釘墻支護(hù)。

3.5 止水臺施工及土方分層開挖

土方開挖前按設(shè)計要求在距坑頂邊緣500mm處設(shè)置止水臺，截流坡頂?shù)乇硭?。土方開挖和基坑支護(hù)應(yīng)協(xié)調(diào)配合，鋼管樁和冠梁強(qiáng)度達(dá)到相應(yīng)要求后方可土方開挖，土方自上而下分層、分段開挖，每層開挖土方厚度不超過500mm，每層土方開挖深度應(yīng)控制在較土釘?shù)?00mm內(nèi)，嚴(yán)格控制超挖現(xiàn)象，開挖后及時對邊坡修整初噴混凝土面層，然后進(jìn)行土釘墻支護(hù)施工。下一層土方開挖應(yīng)待上一層水泥砂漿和噴射混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后進(jìn)行。在開挖過程中隨時監(jiān)測邊坡位移情況，并根據(jù)位移情況做出相應(yīng)的調(diào)整。

3.6 土釘墻（錨管）施工

3.6.1 初噴混凝土

噴射混凝土采用42.5R普通硅酸鹽水泥，配合比宜為水泥∶石子∶砂=1∶2∶2細(xì)石混凝土（質(zhì)量比），石子粒徑采用5mm~10mm的碎石，水灰比為0.4~0.45，混凝土強(qiáng)度等級不低于C20，3天強(qiáng)度不低于10MPa。在土方開挖后，按設(shè)計要求的放坡角度修坡，去除表面松土并修整平直后進(jìn)行第一次噴射砼（初噴）。噴射時，噴頭與受噴面垂直，并保持距離0.6m~1.0m，噴射須做到一次到位，一次成功，使之成為一個整體，穩(wěn)定邊坡，初噴厚度應(yīng)不大于30mm，在初噴之前埋設(shè)控制噴射砼厚度的標(biāo)記，噴射的混凝土可根據(jù)施工時天氣情況考慮是否加入適量的速凝劑。

3.6.2 錨管孔位放樣

按照圖紙測量放出錨管孔位，孔位偏差小于50mm。

3.6.3 鉆孔

鉆機(jī)成孔過程中遇到障礙物可適當(dāng)調(diào)整錨孔位置或角度。錨孔間距偏差控制在100mm，孔深偏差控制在-50mm~+200mm，成孔直徑偏差控制在-5mm~+20mm，成孔傾角偏差不宜大于10mm。

3.6.4 安放錨管

按錨孔角度（該工程設(shè)計為25°）安放48mm×3.0mm鋼管，錨管應(yīng)符合設(shè)計要求，錨桿下料誤差小于100mm，插入錨管后，孔外保留長度大于1000mm，錨管大樣圖如圖5所示。

圖5 錨管大樣圖（單位：mm）

3.6.5 掛墻面鋼筋網(wǎng)

人工去除鋼管樁表面泥土，于錨管端部設(shè)置加強(qiáng)骨架鋼筋，與主筋的鋼筋連接件焊接，后鋪設(shè)Ф6.5@250mm×250mm鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)用人工綁扎，上下兩層鋼筋網(wǎng)連接用焊接。

3.6.6 錨管注漿

錨管安放好后應(yīng)立即注漿，水泥凈漿強(qiáng)度不得低于30MPa，水灰比為0.5，注漿壓力為0.4MPa~0.6MPa，土釘注漿采用多次常壓注漿，直至注滿錨孔，孔口反出水泥漿為止，注漿后錨固體直徑不小于110mm。

3.6.7 復(fù)噴混凝土面層

噴射混凝土終凝2h后，噴水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間宜根據(jù)氣溫確定，一般不少于7d，24h后方可下層開挖。

3.7 腰梁鎖定

待錨管土釘?shù)幕炷翉?qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求后方可進(jìn)行腰梁施工。腰梁采用18a槽鋼，槽鋼加焊8mm厚加勁肋板。

3.8 設(shè)置坑底排水系統(tǒng)

在坑底設(shè)置300mm×300mm的排水溝，沿排水溝間距30m~50m設(shè)置800mm×800mm×800mm集水井，排水溝按2%坡度坡向集水井，施工過程及時抽除集水井積水。

3.9 變形監(jiān)測

施工全過程應(yīng)實(shí)時監(jiān)測基坑和周邊建（構(gòu)）筑物的變化情況，及時測量各主要工序施工階段引起的動態(tài)沉降數(shù)值，并與分析計算值比較，及時反饋指導(dǎo)設(shè)計和施工。

4 結(jié)語

土釘墻復(fù)合微型鋼管樁基坑支護(hù)具有經(jīng)濟(jì)、安全可靠、適應(yīng)性強(qiáng)、施工簡便靈活、速度快、對環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，該工程的成功應(yīng)用，為今后類似工程的基坑支護(hù)設(shè)計和施工提供了可靠的決策依據(jù)和技術(shù)指標(biāo)，對加快工程進(jìn)度和保護(hù)周圍環(huán)境能發(fā)揮重要作用，社會效益和環(huán)境效益明顯。