钢管桩土钉墙复合支护体系在某基坑工程中的应用

刘玉华，王立俊，李明胜

（中国煤炭地质总局江苏煤炭地质局，南京210046）

钢管桩土钉墙复合支护体系在某基坑工程中的应用

刘玉华，王立俊，李明胜

（中国煤炭地质总局江苏煤炭地质局，南京210046）

通过基坑采用的钢管桩+土钉墙复合支护体系施工应用，介绍其设计思路、计算过程、验算及最终效果，论述了该支护体系在类似施工条件下，具有较大的技术及经济优势。

基坑支护；钢管桩；土钉墙

1 工程概况

拟建建筑物位于通江大道东侧，加拿大饭店北侧。拟建建物为地上20层地下2层的框架结构综合楼，建筑面积约3.3万m2。场地整平后的标高约为5.30m，设计基坑开挖的最大深度为10.30m。

1.1 工程地质与水文地质条件

工程场地为拆迁重建区，地基主要为填土层和第四系沉积层，各土层的物理力学参数见表1。

表1 各土层的物理力学参数

基坑开挖影响深度内的地下水主要为上层滞水或浅层承压水。上层滞水赋存于一层杂填土中，主要受大气降水及地表水补给，水量较小，水位埋藏深浅随季节而变化。勘察时测得该含水层水位埋深为1.5～ 2.0m。浅层承压水主要赋存于7、8层砂土中，受地表水体补给，水位埋深为7.3m左右。

1.2 场地及工程特点

(1) 该场地基坑开挖深度范围内的上部杂填土较厚，尤其是场地北、西侧，最厚达3.0m多，以素填土为主，稳定性较差。东、南侧分布有较厚的淤泥质粉质粘土，流塑，压缩性高，液性指数平均值达1.17。

(2)基坑东侧有5层建筑，最近距离约10m；基坑南侧7.0m为城市交通干道，基坑周边条件比较复杂。

(3)该场地位于市中心区，对基坑开挖过程中引起的地面沉降和位移要求比较严格。

2 基坑支护方案选择

支护方案的选择是在综合考虑基坑的开挖深度及形状、场地工程地质条件及周边环境等众多因素的基础上进行的。

土钉墙的支护造价低廉，在经济上具有明显的优势，目前在基坑工程中 得到广泛的应用。该基础开挖深度7.3~10.3m，开挖范围内基坑边坡主要为粉质粘土、淤泥质粉质粘土、粘土、粉质粘土及粉砂夹粉土。本工程适合土钉墙支护，同时考虑边坡范围存在淤泥质粉质粘土，采用钢管桩+土钉墙的复合土钉墙支护体系，其优点如下：

(1)可以解决局部周边用地受限的问题，且能确保周边管线、道路及建筑物的安全。

(2)钢管桩刚度大，变形小，整体稳定性强，能保证基坑侧壁的安全与稳定，并且能有效控制边坡的沉降变形。

(3)钢管桩底有一定的嵌固深度，能有效增强坡底支撑，控制基底的位移和变形。

3 基坑支护设计

根据基坑开挖深度的不同结合场地工程地质情况，将基坑支护划分为4个区段。本文以基坑东南侧软土区为例来说明本支护体系的设计。

本段基坑开挖深度为10.30m，拟采用1:0.5放坡，在坡面布置7排土钉，呈梅花状布置。考虑到本区段存在较厚的淤泥质粉质粘土，为增强边坡的稳定性和控制变形，分别在坡面距边坡底边线横向距离0.55m、1.55m、2.55m及3.55m处增设4排φ108@1000的钢管桩（支护体系参数图见图1）。

图1 支护体系参数图

3.1 计算方法及参数

计算过程采用土钉墙理论计算[1]、[2]，采用BISHOP条分法进行土钉墙稳定性分析，满布荷载q值取10.00kN/m2，土层厚度以S11孔计。土钉的具体参数见表2。

表2 土钉墙支护参数

3.2 土钉计算结果分析

根据土坡稳定安全系数计算得出本边坡的安全系数符合规范要求，各排土钉的计算结果见表3。

3.3 注浆及面层设计

注浆材料选用水泥砂浆，强度不低于M15，浆液采用32.5级普通硅酸盐水泥配制，水灰比0.45，注浆量为40kg/m。

面层为现场喷射混凝土而成，设计混凝土强度为C20，砼的配比为水泥:黄砂:石子=1:2.5:2.5，喷射厚度8cm，喷射压力为0.3～0.5Mpa。面层中间铺设1目铁丝网，采用双向φ6.5的钢筋焊接，钢管桩处采用双向2φ16的通长钢筋加强钢管桩、土钉与面层联接。

3.4 降水及排水设计

根据场地内水文地质情况，本基坑采用集水井明沟排水[3]，必要时结合采用管井或轻型井点降水，坡面采用泄水孔排水，坡顶做好排水沟截水系统。

4 工程施工顺序

本基础工程施工顺序如下：

平整场地—测量放线—第一层开挖—修坡—土钉施工—挂网喷砼—面层养护—（重复施工第二层）—第三排土钉施工—钢管桩施工—挂网喷砼—面层养护—循环下层土钉及钢管桩施工。

5 基坑支护效果

在施工过程中在基坑坡顶上设6组沉降、位移观测点，东侧建筑物及南侧道路各设4组沉降观测点，开挖期间，每天监测1次，直至基坑完工，在后期则2~3天观测一次，至变形稳定为止。根据《基坑土钉支护技术规程》（CECS96：97），本工程边坡位移的预警值为45mm。结合本工程的实际情况，本工程的预警值设为35mm。

基础工程施工完成半年后，边坡顶部最大位移30mm，淤泥质粘土处局部有小块崩塌发生；南侧道路最大有4mm的沉降，原因是在基坑南部开挖时揭露⑦粉砂发生较多渗水而导致；在基础工程完成后一年，南侧道路有2~3mm左右的反弹，基本恢复原状。证明钢管桩+土钉墙的复合支护体系能有效控制边坡的位移变形，能保证边坡的安全稳定。

6 结束语

本工程采用的钢管桩+土钉墙的复合支护体系经过一年的边坡位移及周边地面沉降监测，边坡稳定安全。本支护体系与同规模工程的护坡桩相比，可节约20%的工期及22%的工程造价。工程的成功说明该支护体系在相同的工程地质条件下，具有明显的技术经济优势。

[1]《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99.

[2]《基坑土钉支护技术规程》CECA96:97.

[3]《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002.

Application of the Composite Support System of Steel Pipe Pile & Earth Nail Wall to Foundation Pit Engineering

LIU Yuhua, WANG Lijun, LI Mingsheng
(Jiangsu Bureau of Coal Geology, China National Administration of Coal Geology, Nanjing 210046)

This paper has introduced the application of the composite support system of steel pipe pile & earth nail wall to foundation pit engineering, which includes the devising idea, calculation process, checking result, and final effect. The practice proves that this composite support system has some relative greater technique and economical advantages under the similar construction conditions.

support system of foundation pit; steel pipe pile; earth nail wall

TU4

A

刘玉华（1982-），男，汉族，江苏建湖人，2005年毕业于华东理工学院（华东地质学院）资环系，助理工程师，主要从事地质工程相关技术工作。