地铁工程土岩结合基坑支护中微型钢管桩的试验研究

□丁鹏程

一、苗岭站土岩结合地层概况

苗岭站位于华北地台构造，以稳定的花岗岩岩基，深层相似斑状中粗粒黑云母花岗岩为主组成岩石。该地段的地质由于经过系统的地壳运动，而导致该区域的成因比较复杂，因此地形构造也相对比较大复杂。

(一)工程概况。蓝色硅谷线苗岭路站位于深圳路东侧苗岭路下方东西方向布置，为地下三层侧式车站。站后设折返线，站前接单洞双线矿山法区间。车站全长171.8m，标准段宽25.1m，顶板覆土约3m，基坑深约23m。

(二)主要不良地质问题对工程的影响。一是不良地质。本车站地面自西向东缓倾，基岩以燕山晚期花岗岩为主，区间内未见岩溶、滑坡、崩塌等不良地质作用。二是特殊性岩土场区范围内的特殊性岩土为人工填土。本段人工填土以素填土为主，其成分为花岗岩风化碎屑，局部夹有碎、块石，土质不均，土体松散～稍密。主要分布于表层，厚度较薄，多小于2m。

二、基坑支护中微型钢管桩施工设计

苗岭路站基坑支护主要工程施工设计参数见表1。通过图1 可以知道其主要包括钢管桩、锚(索)杆。

(一)钢管桩设计工艺。进行微型钢管桩施工，需要严格按照施工操作进行，结合区域地形地貌，微型钢管桩主要采用冲击钻工艺成孔工艺，此种工艺目前在地铁施工中比较常见，具体的施工流程为:一是要对桩位进行放线。也就是确定微型钢管桩施工的具体位置，具体的确定方法就是严格按照施工建筑的红线，根据间隔一米的基本要求，精确测量桩体的位置，并且进行相应的记号确定;二是确定钻机的位置。对微型钢管桩进行安装，需要进行钻孔作业，为了确保钻孔位置的准确性，要保证钻孔机在作业时与钻杆轴线、桩孔中心在同一垂直线上，对此可以借助垂直设备进行测量，保证钻杆轴线与桩孔中心的差距要小于10mm。为了保证在钻孔作业的过程中机械设备出现抖动的现象，钻机安装必须要牢固，在钻机的底座可以添加底座垫进行加固处理。根据地铁钻孔要求选择中风压潜孔钻机，保证钻孔的直径为180mm;三是微型钢管的制作。微型钢管的制作是整个施工中的重要环节，根据对微型钢管桩的设计要求，制作的微型钢管的厚度必须要达到5 个厚，外径为146mm，当设计的长度不能满足施工要求时，需要进行重新制作，当然当制作的微型管长度长于设计要求时，可以进行截断，当然截断之后的钢管要利用电气焊将钢管的端头进行加工，将其制作成锥子型，这样可以在下方微型钢管进行操作;四是运输、下方微型钢管。在制作好微型钢管之后需要利用机械设备将其运输到制定的位置，一般需要将微型钢管端头用钢丝绳固定到挖掘机斗上，并且将有锥头的一端朝下，以便一次性降低放置到钻好的孔内;五是下注浆管、注浆成桩。在完成微型钢管的下方之后，需要对齐进行灌浆作业，具体步骤是首先将注浆管插入到微型钢管的底部，然后按照砂浆比例进行灌注，具体的灌注水泥比例为:0.45～0.5 之间，在注浆的过程中不能停止，直到水泥浆从微型钢管中流出为止，在完成上述的操作之后，需要将端头松散的水泥浆去除，以此便于养护微型钢管桩。

图1 钢管焊接

(二)锚(索)杆施工设计。

1.锚(索)杆支护参数。苗岭路站基坑采用孔径φ200 钢管桩+锚(索)杆的基坑支护体系，A、B、C 单元基坑侧壁自上而下共设置13 道锚(索)杆，D 单元基坑侧壁自上而下共设置9 道锚(索)杆，D－1 单元基坑侧壁自上而下共设置7 道锚(索)杆，D－2 单元基坑侧壁自上而下共设置3 道锚(索)杆，E 单元基坑侧壁自上而下共设置11 道锚(索)杆。根据设计要求，锚(索)杆杆体类型有1φ32 钢筋、2φ32 钢筋、3φs15.2 钢绞线、4φs15.2钢绞线4 种。锚孔灌浆材料采用灰砂比为1:1、水灰比为0.45～0.5 的水泥砂浆。

2.施工方法及主要技术措施。一是钻孔成孔。首先将钻机就位对中，调对入射角度，定位复查无误后，启动钻机钻进，具体钻孔的深度要大于设计的0.5m，以此供无法返出的残渣沉积，以确保锚杆深度达到设计要求;二是锚(索)杆制作与安装;三是锚(索)杆安装与运输。锚索安装在钢铰线组合成索、锚杆杆体拼装完成及钻孔完成后及时进行，安装前先清洗孔壁，确保满足设计要求无误后，将锚(索)抬起徐徐放入孔内至设计深度;四是注浆。锚(索)杆安设完，对锚孔及钢绞线验收合格后进行注浆，采用JBW150/40 压浆泵。

(三)冠梁设计及施工工艺。一是开挖表层覆土。根据设计冠梁位置及高程，进行现场测量放线。根据放线位置进行表层覆土开挖至设计冠梁底。二是桩头处理。表层覆土开挖至冠梁底高程后对孔桩桩头进行处理，钢管桩切割至冠梁顶标高，将桩头清理干净。三是绑扎钢筋及预埋件安装桩头清洗干净后，测量放样冠梁边线及高程控制点，根据定位控制线进行钢筋绑扎。四是模板施工冠梁模板采用15mm 厚竹胶板，采用50mm×100mm 木枋作为背杠，横向间距300mm，横杆用2Φ42 的钢管两排，间距200mm。钢管用Φ12 螺杆对拉，蝴蝶结加螺母锁死。见图2。

图2

三、钢管桩应力测试结果分析

随着基坑开挖深度的增加，桩身应力不断增大，大约在8～10 m 范围处桩身应力达到最大。随着基坑开挖的进一步进行，桩身应力逐渐变小。在基坑10 m 范围内土质主要以砂土和黏性土为主，桩身应力直呈上升趋势，随着深度的增加即到达强风化岩，由于钢管桩有一定的入岩深度，充分发挥了其支护作用，使得弯矩逐渐变小。由此可知，在土岩结合地层，钢管桩深入到坚硬的岩石层，其一定的入岩深度对基坑支护工程具有一定的效果。

［1］吴学锋，寇海磊.土岩复合地层注浆微型钢管桩－锚杆联合支护研究［J］.地下空间与工程学报，2012，8

［2］赵文强.上软下硬复合地层条件下深基坑支护设计探析［J］.隧道建设，2014，2