超前微型钢管桩在基坑支护工程中的应用

陈智贤

(广东省地质工程公司，广东广州510080)

1 概述

随着城市建设的发展，地下空间的开发和人防要求以及停车需求,地下工程的建设在以后的建筑中不可缺少,基坑支护工程也将越来越多，因此深基坑支护设计与施工也将显得重要，要确保基坑安全稳定,以及对周边建筑物和道路的变形得到控制、同时保证工程质量和安全生产。

常用的基坑支护结构形式主要有：排桩或地下连续墙结合内撑或锚杆支护体系等。当基坑周边距离建筑物较近时或施工场地限制，大型设备难以施工时，需要一种施工简易、体量小的支护形式替代，在这种情况下，可采用超前微型钢管桩结合预应力锚杆(锚索)+土钉墙的加强型支护结构，达到深基坑经济性设计效果，以节省工期和造价。

超前微型钢管桩目前的应用机理，其主要分2种应用型式：一种是将超前支护钢管桩作为主要受力构件，起抗弯作用；另一种是将超前支护钢管桩与土钉支护相结合，将超前支护钢管桩作为柔性构件，主要改善土体应力场，限制基坑变形，增加基坑的整体稳定性。而在相应较好土质的基坑支护设计时，一般不考虑超前支护钢管桩的有利影响，而仅将其作为一种安全储备。事实上，无论设计中是否考虑超前支护钢管桩的影响，微型钢管桩在基坑开挖过程中都会产生一定的积极作用。

本文就是根据以往的一个工程实例，论述超前微型钢管桩在基坑支护的应用，为类似加强型土钉墙支护结构型式的设计和施工提供借鉴。

2 工程概况

本工程位于韶关乳源东阳光阳光精箔有限公司厂房內，压延二期铝带纵切机机组基础工程位于该厂房內，3个设备基础，其中2#井直径为6.00m、基础深度为8.00m,开挖深度10.00m；3#井直径为7.00m、基础深度为10.00m,开挖深度12.00m；4#井直径为6.00m、基础深度为12.00m,开挖深度14.00m。

由于前期施工1#基础未做加固处理,使厂区內不同程度产生不均匀沉降,导致部份墙体产生裂缝,机械基座变形等,为确保后续3个基础竖井的顺利施工同时又确保厂区不再因施工而产生不均匀沉降,而影响正常的生产，因此要求重新设计施工。

设计采用旋喷桩止水+钢管桩+锚杆+喷射混凝土护壁的支护结构形式进行基坑支护，基坑安全等级为Ⅰ级。目前场地自然地面标高约为±0.00m，基坑开挖深度约10.00～14.00m。

3 工程地质条件

根据《乳源东阳光压延二期铝带纵切机机组基础工程岩土工程勘察报告》的工程地质勘察资料分析,本场地地层由上而下分布如下：人工填土层（Qml）、坡积层（Qdl）、残积层（Qel）和微风化灰岩（C）。

3.1 2#桩孔地质情况

0～4.50m为杂填土，4.50～10.00m为可塑状粉质粘土、结构均匀含少量砾石等、干强度中等、遇水易软化。10.00～11.20m为软塑状风化残土。11.20～20.00m为微风化灰岩。

3.2 3#桩孔地质情况

0～4.20m为杂填土，4.20～10.30m为可塑状粉质粘土、结构均匀含少量砾石等、干强度中等、遇水易软化。10.30～12.60m为软塑状风化残土。12.60～20.00m为微风化灰岩。

3.3 4#桩孔地质情况

0～4.20m为杂填土，4.20～8.30m为可塑状粉质粘土、结构均匀含少量砾石等、干强度中等、遇水易软化。8.30～13.50m为软塑状风化残土。13.50～20.00m为微风化灰岩。

3.4 不良地质作用

本次施工的3个基础虽然钻探中未揭露有溶洞，但其直径较大仅布1个钻孔，再加上勘察是采用小口径（∅91mm～∅110mm）钻进，揭露的局限性较大，根据岩溶地区相关地质条件,岩溶发育的规律性较复杂，土洞及溶洞的分布无规律性可循，因此，本次勘察也不能说明勘察场区内其他点位不存在土洞或较大的溶洞。

场区的不良地质作用为潜在的灰岩溶洞。

3.5 地下水概况

场区地下水类型有第四系上层滞水和灰岩岩溶裂隙水2种类型：

（1）第四系上层滞水：局部赋存在坡、残积粉质粘土层与填土层接触处，水量少。

（2）灰岩岩溶裂隙水：水量受其岩性、岩溶、裂隙等发育程度所控。

3.6 基坑周边环境

由于2#、3#、4#竖井位于厂区车间内，且工厂要正常开工，各柱位较紧密，且地面填土较厚,要确保厂区不再因施工而产生不均匀沉降,而影响正常的生产。

另一方面基坑深度超过基坑所允许土钉墙支护深度，因此采用超前微型钢管桩加强型土钉墙支护型式。基坑支护典型设计断面见图1，基础支护平面图如图2所示。

4 超前微型钢管桩的施工程序

超前微型钢管桩在土方开挖之前进行施工，以确保土方在随开挖随支护过程基坑的稳定，由于在管内进行注浆，部分土体得到固结，约束土体在开挖过程中的变形，对周围构筑物起到一定的加固作用。主要施工步骤如下。

4.1 施工前的准备工作

4.1.1 技术准备

图1 基坑支护典型设计断面图

图2 2#基础支护平面图

施工人员仔细审阅施工图，认真核对设计条件,详细研究设计内容、设计要求、地层条件及环境条件,以及施工运作后可能出现的问题和相应的对策，了解施工内容,在施工前内部进行技术交底，并根据勘察现场后的实际情况，制定合理的、科学的整体施工流水作业。

4.1.2 机械施工的准备

根据施工现场总平面的布置要求，积极组织各机械设备和各种材料，认真检查各机械设备的施工性能,各种材料品种规格的技术性能是否达到设计要求,以满足施工。

做好现场围蔽，保持道路畅通，确保满足主要机具、材料的进入。

做好对成孔、洗孔后泥浆、灌浆材料的析释水等污水的处理措施。

4.1.3 控制点的交接

根据业主提供的永久性坐标和高程基准点后，按设计平面布置要求，进行场地控制网测量，设置控制测量标桩，引测并埋永久性水准点。

4.1.4 材料试验的准备

根据设计要求对设计需要的各原材料，在开工应进行检验，达到设计及规范要求才可采购。

4.2 微型钢管灌注桩的施工工艺

钻机就位→套管护壁造孔（泥浆护壁）→一次清冲孔内泥浆→下钢管→下注浆管→二次清孔→注浆→重复前步→完成。

4.2.1 基坑边线的测定

确定本工程基坑圆中心点的坐标，根据其直径放圆法进行测量放线，为确保测量的精度要求，在2个控制桩上进行。然后通过建筑物的轴线对基坑转角点进行复核。

4.2.2 各桩桩位测定

在测放出基坑边线后，根据桩位平面图，先计算出各桩中心点坐标，通过用全站仪，在现场直接准确定出各桩中心点。最后根据建筑物的轴线拉线复核。

桩中心点应打上木桩做好标记，桩位测放后适时对各桩心点进行复核校测，确保桩位准确。

4.2.3 验线

实行3级验线工作方法，即我公司放线验线、业主、监理验线。实行分开原则，即验线工作与放线工作要做到人员、仪器和测量方法分开，独立进行。

4.3 钻机就位和安装调试

按施工布置将各钻机摆放在已测量定桩位点处，各钻机安装好后进行调试,按照施工设计的孔位和方位，调试钻机方位及角度;孔位偏差应控制在20mm内，钻孔角度误差不超过1°。

4.4 成孔

由于施工场地在厂区内受净高的影响，釆用XY-100型钻机成孔，钻进方法主要采用回旋钻进法成孔，泥浆护壁；成孔口径为170mm，钢管桩间距为600mm，控制桩身垂直度，偏差不能超过1%。

其中：2#竖井钢管桩桩长为L=12.00m,3#竖井钢管桩桩长为L=14.00m,4#竖井钢管桩桩长为L=16.00m,按设计孔深要求钻进至设计深度终孔(钻入中—微风化岩4～5m),并取出入岩岩芯进行鉴定。

4.5 洗孔及钢管制安

钢管制安：将钢管（∅140mm×4）下入孔內，钢管底部3m长度钻10mm梅花型间距50mm的小孔洞,以利注浆。钢管垂直度要求严格,不得超过0.5%，桩位偏差控制在50mm以内。

钻孔完成后采用BW-150泵进行洗孔，清孔干净按设计标高要求下入钢管,并下入注浆管,在注浆管口捆止浆袋;钢管下到孔底后，需采用吊锤锤击，确保钢管下到孔底。

4.6 二次清孔及压力注浆

下入钢管完成后,进行二次清洗孔,清孔时应观察泥浆溢出的情况，控制供水压力的大小，直至孔口溢出清水为止;保证孔底无沉渣,或沉渣不大于50mm。使水泥浆能够从管中向土体中扩散，钢管与土体连成一体。注浆压力宜为0.25～0.5MPa。浆液采用水泥浆，水灰比为0.45～0.5。

完成上述程序之后，施工已告完成，以后重复施工下一桩。

在钢管桩顶部置C30压顶圈梁(400mm×400mm)，将钢管连成一整体，增加基坑的整体稳定性，限制基坑变形。

5 超前微型钢管桩质量控制与检测

5.1 质量控制

5.1.1 钻孔成孔质量控制

严格控制成孔施工质量，主要包括孔径大小、钻孔的垂直度、孔深是否达到设计深度，钻进的方法、确保钢管的下入。

5.1.2 水灰比的质量控制

严格执行设计的配比进行施工，防止水泥浆发生离析，要求浆液均匀搅拌，注浆前对配制的泥浆进行抽样检查，确定满足设计要求。

5.1.3 注浆的质量控制

严格按照所设计的压力注浆，压浆阶段不允许发生断浆现象;并掌握好注浆时间，以及注浆量的控制。

5.2 质量检验

（1）水泥浆液应做试块进行不同龄期的抗压试验，以检验注浆的强度；每3～6根桩应留一组试块,测定其抗压强度,桩身强度应符合设计要求;

（2）可采用动测法，检验桩身质量的完整性。

6 基坑变形监测

根据基坑的支护特点，为确保在基坑开挖施工时，基坑及周边建筑物的安全和稳定,需对基坑周边进行监视性观测，将施工中各方面的信息及时反馈给设计和基坑开挖组织者,以便及时了解变形状况，分析变形原因，预测未来变形，预防事故，以制定进一步的施工措施和策略,甚至调整施工工艺或修改设计参数，做到信息化基坑开挖,采用动态设计与信息化施工。

在基坑开挖过程中，通过对超前支护钢管桩土钉墙复合支护基坑水平位移的监测发现：其水平位移较小，仅在30mm左右，且基坑开挖到底至基础施工完成，其水平位移也仅为20mm左右，未超过基坑设计所规定的报警值50mm；且该基坑净工期仅花了60d左右。这也说明超前支护钢管桩土钉墙复合支护型式在此超深基坑中得到了很好的应用。

7 结语

（1）超前微型钢管桩是复合土钉墙的加强型支护结构,也是近年来在土钉墙基础上发展起来的新型支护结构，它极大地扩展了土钉墙技术的应用范围。

具有截面尺寸小、单桩承载力高、沉降变形小且施工简便、工期短、质量可靠、成本低等特点，具有很大的经济价值和良好的社会效益,广泛应用于基坑支护工程中。

（2）超前微型钢管桩，施工所需机械设备较简单,其施工机具占地面积和机具高度小，适用于不同净高空间,桩位布置灵活，可穿性强,能穿过不同地层。

（3）超前微型钢管桩除在复合土钉墙支护结构中得到广泛应用。但在基坑距周边建筑物较近时，无法使用大型设备时，为最大限度不扰动周边建筑物地基土和产生附加沉降,在基坑周边也可设置1排至多排超前微型钢管桩，对基坑起到加强作用，确保基坑变形小。

（4）由于超前微型钢管桩截面积较小，其抗弯能力和抗剪能力较为脆弱，在较深的基坑中可结合预应力锚索共同承受来自地表荷载很大的情况，故在设计及施工过程中要灵活运用，不能固定模式。

（5）在基坑设计和施工过程中采用动态设计与信息化施工。及时了解变形状况，分析变形原因，预测未来变形，预防事故，以制定进一步的施工措施和策略,甚至调整施工工艺或修改设计参数，做到信息化基坑开挖。

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