土钉墙复合微型钢管桩基坑支护施工技术

苏龙辉

（中建协和建设有限公司，福建 泉州 362700）

0 引言

土钉墙支护施工简捷、经济，但在土质不好、放坡距离不足、基坑超深情况下无法使用；混凝土灌注桩支护承载力高，但造价较高且存在扰民、污染环境问题。而土钉墙复合微型钢管桩支护弥补了土钉墙支护和混凝土灌注桩支护存在的不足和使用限制，具有如下优点：1）稳定性好，安全性高：土钉墙复合微型钢管桩基坑支护将锚杆、微桩与滑裂面以外土体连成一个整体，通过托架（腰梁）、锚头、钢筋网片、帽梁与微桩连接，组成一个受力体，增强了土体的自立性，提高喷射层面与土体的黏结前强度，增加了支护结构的刚性和稳定性，最大限度地约束了基坑变形和限制坑底的隆起、管涌和渗流问题的出现，使基坑有较高的安全系数，更好地确保安全生产。2）施工便捷，加快进度：土钉墙复合微型桩施工无须大型机械设备，施工工艺简单，出土量少，施工效率高，同时采用采用高标号早强注浆材料，短时间内达到设计强度要求，再进行分层土方开挖及土钉支护，加快工程进度。3）降低成本，安全环保：混凝土桩支护最大优点是控制位移能力强[1]，但成本高、施工复杂，土钉墙复合微型钢管桩施工安全高效，能够有效降低成本，同时施工过程无噪音、污染少，有利于文明施工和环境保护。土钉墙复合微型钢管桩在工期、造价、安全、环保等方面更先进、更新颖，因此广泛应用于基坑支护工程中。该文通过工程实例介绍土钉墙复合微型钢管桩基坑支护施工技术，为后续类似工程提供参考。

1 工作原理及适用范围

土钉墙复合微型钢管桩基坑支护工作原理如下：在土方开挖前，先在自立稳定性较差的地层中打入钢管，作为超前支护措施，以提高土层的自立稳定性[2]，然后进行土方开挖和土钉墙支护结构的施工，通过钢管桩、锚杆、墙面与原状土体的共同作用，形成类似重力挡土墙的支护结构复合体的基坑垂直支护技术，明显提高边坡土体的结构强度和抗变形能力，减小土体侧向变形，增强整体稳定性。

该技术适用于临近建（构）筑物或地下管线、地面条件限制、填土厚度大、边坡位移要求较严、施工振动及噪声要求小、工期要求紧且工程造价有限的基坑支护施工。

2 工程概况

2.1 工程简介

该工程共有1栋26层办公楼、1栋29层公寓楼、5层商业裙楼、3栋独立商业裙楼，所有楼栋共用地下室，地下室局部1层、局部2层，东侧区域的办公楼和公寓楼地下1层，基础埋深8.4m，西侧区域的商业裙楼和独立商业楼地下2层，基础埋深12.1m，基坑面积约25000㎡，拟建工程地下平面图如图1所示。

图1 拟建工程地下平面图

2.2 地质条件及周边情况

拟建场地包括民房、工厂、山坡地、耕地、水塘等，基坑开挖影响范围内场地地层主要分布如下。1）杂填土①（Q4ml）。灰黄色、褐黄色、杂色等，松散状，稍湿~湿，均匀性差，局部为素填土，工程性能差。2）粉质黏土②（Q4al+pl）。灰黄色、灰绿等，湿，可~软塑状，切面稍光滑，稍有光泽反应，干强度中等，韧性中等，无摇震反应，局部含少量植物根系，工程性能差，力学性能不均衡，厚度为0.50m~4.90m，平均厚度为1.82m。3）含泥中粗砂③（Q4al+pl）。灰黄色，局部呈灰、灰黑色，呈饱和，松散~稍密状，均匀性差，分选性一般，级配较差，颗粒呈棱角形，工程性能差。4）粉质黏土③1（Q4al+pl）。灰褐色，灰黑色等，呈湿，可~软塑状，切面稍光滑，干强度中等，韧性中等，无摇振反应，均匀性差，工程性能差。5）粉质黏土④（Q4dl）。灰黄色，呈稍湿~湿，可塑状，切面稍光滑，干强度中等，韧性中等，无摇振反应，工程性能一般。6）残积砂质黏性土⑤（Qel）。褐黄、灰黄、灰白色等，湿，可塑~硬塑状，干强度低，切面粗糙，韧性低，遇水易崩解软化，工程性能由上至下渐好，工程性能一般~较好。7）强风化花岗岩⑦（γ52（3））。灰黄色、灰白色、褐黄色等，工程性能较好~良好。8）中风化花岗岩⑧（γ52（3））。灰黄色、灰色、灰白等，中粗粒结构，块状构造，岩体中未发现软弱夹层、临空面，工程性能良好。9）微风化花岗⑨γ52（3））。灰色、灰白等，中粗粒结构，块状构造，岩体完整性为较破碎~完整，工程性能良好。根据勘察报告，场地内地下水初见水位埋深为0.45m~8.70m，混合稳定水位埋深为0.50m~8.80m。

2.3 基坑支护设计概况

由于该工程西侧负二层区域拆迁速度缓慢，东侧负一层区域的办公楼和公寓楼亟需施工预售，建设单位要求负一层区域先于负二层施工。由于负一层区域的办公楼和公寓楼底板后浇带距离负二层剪力墙约2m~3m，空间较为有限，负一层与负二层之间支护形式采用土钉墙复合微型钢管桩。

支护方案如图2所示，共设置3道注浆锚管和1排微型钢管桩，微型钢管桩和土钉锚杆之间采用槽钢链接，以增强土钉墙面层的强度及整体刚度，防止其开裂和外鼓，保证基坑安全，微型钢管桩和土钉墙的参数如下：1）微型桩采用Φ219mm（壁厚10mm）的钢管，成孔直径≥300mm，孔深9m，间距500mm，钢管内投放10mm~30mm碎石，同时用清水洗孔，清孔结束后注入水泥净浆；桩顶浇筑300mm×400mm的冠梁，冠梁混凝土强度等级C30。2）沿微型桩高度方向设置3道注浆锚管，锚管采用Φ48mm×3.0mm的钢管，长度6m，横向间距1500mm，锚管上每隔300mm设置有Φ6mm出浆孔。锚管采用底压注浆工艺，灌注水泥净浆，水灰比0.5，注浆材料强度M20，锚管通过18a槽钢腰梁锁定钢管桩。3）土钉墙复合微型钢管桩墙面挂Φ6.5@250mm×250mm单层双向钢筋网片+喷射80mm厚C20砼支护。

图2 土钉墙复合微型钢管桩支护剖面图（单位：mm）

3 施工技术要点

3.1 工艺流程

测量放样微型钢管桩施工（钻机就位—钻孔及验孔—吊放钢管和注浆管—投放碎石并清孔—注浆—桩体养护）冠梁施工及养护坡顶止水台施工土方分层开挖、锚管、挂网喷射混凝土、腰梁锁定交叉施工开挖至基底并设置坑底排水系统。

3.2 测量放样

场地平整后，以业主提供的水准点及测量控制网进行引测，按照图纸测量放出基坑边线，定位微型桩桩心位置，利用钢筋等作出明显标记，孔位偏差小于50mm。测量出工作面标高，确定钻孔深度，点位放好后，及时报监理测量工程师对点位进行复核验收，验收通过后方可进行施工[3]。

3.3 微型钢管桩施工

3.3.1 钻机就位

将钻机安放在指定位置，同时将钻杆移至钻机旁，钻杆正对桩正中位置，悬空至地面100mm后固定，安放平稳。由于紧邻已施工的楼栋底板，因此需要保护结构及预留钢筋，同时须满足钻机施工空间，保证施工质量，保障安全。

3.3.2 钻孔及验孔

钻机采用清水钻进，根据现场情况采用膨胀土及碱进行水循环泥浆护壁，钻孔时开孔给进要适当缓慢，当钻孔深达2m后可用正常速度钻进以确保钻孔精度，后续每钻进2m，检查钻机水平度，接长钻杆，直到设计深度，达设计深度后及时组织验孔。施工时为防止出现穿孔和浆液沿砂层大量流失的现象，可采用跳孔施工、间歇施工和增加速凝剂掺量等措施来进行处理。

3.3.3 吊放钢管与注浆管

钢管与注浆管吊放前须经质检人员检验后方可使用，注浆管口距孔底为100mm~200mm。

3.3.4 投放碎石并清孔

钢管安放后，根据设计要求下10mm~30mm碎石，采用人工振荡入孔，直至填满为止（如图3所示），然后通过注浆管用清水洗孔，直到孔口返出清水为止，使孔内泥浆全部排出。

图3 人工投放碎石骨料

3.3.5 注浆

清孔完毕后采用专用机械拌制水泥净浆（水灰比0.5）及时进行注浆，注浆管由注浆机直接接入下入孔内的注浆管上，接口要密封连接。注浆管须装设压力表，第一次注浆压力0.4MPa~1.0MPa，注浆后暂不拔管，保持3min，直至水泥浆从管外流出为止，第二次注浆压力不小于1.5MPa，现场可根据注浆情况适当增加注浆次数，注浆间隔时间1.5h~4h，注浆成型照片如图4所示。

图4 钢管桩注浆成型

3.3.6 桩体养护

桩体成型型后，孔口进行覆盖，自然养护3d，方可进行土方开挖[2]。

3.4 冠梁施工及养护

桩体养护完成后进行桩头清理，按设计图纸进行冠梁测量样、冠梁土方开挖、冠梁钢筋绑扎，冠梁纵向钢筋与钢管桩点焊连接，焊接前应将桩顶清洗干净，不得造成连接处产生薄弱面。支立模板，一次性连续浇筑冠梁混凝土，须振捣密实。钢管桩及冠梁施工完成后应养护48h以上方可土方开挖和土钉墙支护。

3.5 止水台施工及土方分层开挖

土方开挖前按设计要求在距坑顶边缘500mm处设置止水台，截流坡顶地表水。土方开挖和基坑支护应协调配合，钢管桩和冠梁强度达到相应要求后方可土方开挖，土方自上而下分层、分段开挖，每层开挖土方厚度不超过500mm，每层土方开挖深度应控制在较土钉低500mm内，严格控制超挖现象，开挖后及时对边坡修整初喷混凝土面层，然后进行土钉墙支护施工。下一层土方开挖应待上一层水泥砂浆和喷射混凝土达到一定强度后进行。在开挖过程中随时监测边坡位移情况，并根据位移情况做出相应的调整。

3.6 土钉墙（锚管）施工

3.6.1 初喷混凝土

喷射混凝土采用42.5R普通硅酸盐水泥，配合比宜为水泥∶石子∶砂=1∶2∶2细石混凝土（质量比），石子粒径采用5mm~10mm的碎石，水灰比为0.4~0.45，混凝土强度等级不低于C20，3天强度不低于10MPa。在土方开挖后，按设计要求的放坡角度修坡，去除表面松土并修整平直后进行第一次喷射砼（初喷）。喷射时，喷头与受喷面垂直，并保持距离0.6m~1.0m，喷射须做到一次到位，一次成功，使之成为一个整体，稳定边坡，初喷厚度应不大于30mm，在初喷之前埋设控制喷射砼厚度的标记，喷射的混凝土可根据施工时天气情况考虑是否加入适量的速凝剂。

3.6.2 锚管孔位放样

按照图纸测量放出锚管孔位，孔位偏差小于50mm。

3.6.3 钻孔

钻机成孔过程中遇到障碍物可适当调整锚孔位置或角度。锚孔间距偏差控制在100mm，孔深偏差控制在-50mm~+200mm，成孔直径偏差控制在-5mm~+20mm，成孔倾角偏差不宜大于10mm。

3.6.4 安放锚管

按锚孔角度（该工程设计为25°）安放48mm×3.0mm钢管，锚管应符合设计要求，锚杆下料误差小于100mm，插入锚管后，孔外保留长度大于1000mm，锚管大样图如图5所示。

图5 锚管大样图（单位：mm）

3.6.5 挂墙面钢筋网

人工去除钢管桩表面泥土，于锚管端部设置加强骨架钢筋，与主筋的钢筋连接件焊接，后铺设Ф6.5@250mm×250mm钢筋网，钢筋网用人工绑扎，上下两层钢筋网连接用焊接。

3.6.6 锚管注浆

锚管安放好后应立即注浆，水泥净浆强度不得低于30MPa，水灰比为0.5，注浆压力为0.4MPa~0.6MPa，土钉注浆采用多次常压注浆，直至注满锚孔，孔口反出水泥浆为止，注浆后锚固体直径不小于110mm。

3.6.7 复喷混凝土面层

喷射混凝土终凝2h后，喷水养护，养护时间宜根据气温确定，一般不少于7d，24h后方可下层开挖。

3.7 腰梁锁定

待锚管土钉的混凝土强度达到设计要求后方可进行腰梁施工。腰梁采用18a槽钢，槽钢加焊8mm厚加劲肋板。

3.8 设置坑底排水系统

在坑底设置300mm×300mm的排水沟，沿排水沟间距30m~50m设置800mm×800mm×800mm集水井，排水沟按2%坡度坡向集水井，施工过程及时抽除集水井积水。

3.9 变形监测

施工全过程应实时监测基坑和周边建（构）筑物的变化情况，及时测量各主要工序施工阶段引起的动态沉降数值，并与分析计算值比较，及时反馈指导设计和施工。

4 结语

土钉墙复合微型钢管桩基坑支护具有经济、安全可靠、适应性强、施工简便灵活、速度快、对环境影响小等优点，该工程的成功应用，为今后类似工程的基坑支护设计和施工提供了可靠的决策依据和技术指标，对加快工程进度和保护周围环境能发挥重要作用，社会效益和环境效益明显。