注浆微型钢管桩复合支护在深基坑支护工程中的应用

刘均

（中交第四公路工程局有限公司，北京100022）

1 工程概况

绵阳高新区军民融合高技术产业园区项目，用地面积314 301.80 m2，总建筑面积417 339.49 m2，主要功能包含生产厂房、配套用房及物流仓储。其中，10#楼办公用房采取地下2层、地上19层的布设方案，基坑开挖深度最大约12.0 m，现场钻探结果显示，该楼地表覆盖层的地质类型以3-3层粉质黏土为主，少部分区域有一定量的3-2层粉质黏土，下伏砂质泥岩。

2 深基坑支护设计方案

受现场条件的限制，基坑南侧与西侧的支护条件较差，采用微型钢管桩复合土钉墙的综合结构布置方案，共同发挥支护作用。北侧与东侧均为土钉墙支护。本文探讨基坑南侧与西侧采用微型钢管桩复合土钉墙支护技术，设计方案如下。

基坑南侧、西侧均设土钉墙，此外，还分别设有单排、双排微型钢管桩，排桩间距按0.5 m控制。基坑深度为8.5～11.8 m，坡面角度90°，微型钢管桩长度按12.0～14.0 m控制，视实际情况做调整。桩径130 mm，内设钢管，管内注强度等级为C20的浆液，各桩间距按0.8 m控制。桩体上部均用冠梁连接，不同形式的桩体采用的冠梁形式有所差异，单排桩、双排桩的冠梁尺寸分别为300 mm（宽）×300 mm（高）、800 mm（宽）×300 mm（高）。为保证微型钢管内注入的水泥浆液成型后有足够的强度，施工阶段应优化浆液的制备方法，合理选择原材料，例如，粗骨料直径≤10 mm，并有序进行浇筑施工，避免离析。

根据深基坑的开挖深度，布置6层土钉和预应力锚索联合支护。基坑西侧，选用长15.0 m的预应力锚索，土钉、预应力锚索的孔径分别为110 mm、130 mm。材料方面，预应力锚索选用φ5 mm钢绞线，配套M20锚固体以及拉力为140 kN的锚杆；土钉施工环节，材料选用φ22 mm螺纹钢，水平向、垂直向布置间距均按1.50 m控制，梅花形布置，各排土钉端部用φ14 mm通长钢筋连接。为满足坡面防护要求，喷射C20混凝土，厚度为100 mm。

3 深基坑支护施工技术要点

3.1 微型钢管桩施工技术分析

3.1.1 工艺流程

微型钢管桩施工工艺流程为：测放桩位→钻机就位→钻进成孔→清孔→清水稀释护壁泥浆→注浆→下放钢管→填级配碎石→补浆→桩头清理→绑扎钢筋→支模→浇筑连梁。

3.1.2 微型桩的施工要点及质量控制措施

由具有资质的员工参与桩位的测量放样工作，以保证测量精度。由于桩间距较小，随着钻进深度的增加，钻机容易向坑内或外侧倾斜，随之影响成型微型桩的质量，例如，出现垂足度不足的问题。因此，需切实提高钻机就位的精度，对水平度和垂直度做检测与调整，从源头上规避测量偏差。

有序钻孔，复测钻孔深度，待实测结果满足要求后，用清水稀释泥浆，注入水泥浆，在此过程中密切观察，直至全孔截面返水泥浓浆为止。

钢管以垂直姿态下放至孔内，交替错开接口位置。钢管垂直下放至孔底后，由施工人员适度调整，扶正并予以固定。对孔壁与钢管间未完全紧密贴合而形成的空隙，倒入粒径≤10 mm的级配碎石进行填充。为切实保证填充效果，在倒入过程中适度敲击钢管，改善碎石的分布状态，使碎石紧密结合，提升密实性。

碎石填充工作完成后，检查桩孔施工情况，存在浆液损失时，适当做2次补浆处理，以提升浆液的填充效果。根据微型桩的桩径采取合适的补浆方法，桩径较小时，通常无明显的浆液损失，作业条件良好，可直接在孔口处补浆；桩径较大时，增设1根PVC管至井口，作为补浆施工装置。

3.1.3 微型钢管制作与安装方法

钢管制作与安装的方法较多，常见的方法有以下3种：

1）于钢管底部1.5～2.0 m的区域钻孔，形成出浆口，将加工好的钢管放置在孔内，向钢管内注浆。此方法的局限性在于浆液的流动范围有限，难以完全充实桩体；成形的桩身易出现较多的质量缺陷，原因在于受注浆压力的推动作用，浆液呈线状流体流动，仅经过相对较短的时间便返回井口，此时给施工人员营造一种压满的假象，但事实上内部压实度并不满足要求。在部分工程中，可见钢管桩外侧包裹的浆液有限，局部并不存在水泥固结体，此外，管内的浆液缺乏足够的密实性，整体强度低于设计值。

2）不对钢管做打孔处理，而是直接将钢管下放到钻孔内，而后开始注浆，此方式未充分考虑钢管外侧与孔洞的间隙，易由于防控不当而出现明显的空隙，影响微型钢管桩的紧密性与稳定性。此外，在水泥浆的充填过程中，容易影响基坑边坡的稳定性。

3）前述提及的方法存在水泥固结不完整、钢管桩与孔壁间隙未得到有效填充等问题，在实际应用中缺乏可行性。对此，提出向微型钢管桩内倒入级配碎石与水泥浆，通过2类材料的混合，构成结构完整、性能优势突出的无砂混凝土，该结构的强度明显超过常规的素水泥浆，微型桩的质量较佳[1]。

3.1.4 微型桩的施工细节

微型桩的施工细节较多，例如，钻孔后的泥浆稀释、水泥浆的压入、级配碎石的填充均是重点内容，在施工时必须加强控制，具体需着重考虑以下内容。

1）向钻孔内压入水泥浆后，密切观察孔口，根据实际情况判断是否具备开展后续工作的条件。待孔口满截面向外排浓浆，且排出部分的浓度达到设计要求后，可置入已经准备好的钢管。

2）合理选择级配碎石，将其投入管内外的过程中，适度敲击钢管，在外力的作用下，使碎石有效下沉，由原本的松散状态逐步转变为密实状。此外，以相对较慢的速度倾倒级配碎石，以免因碎石倾倒速度过快而在某处大量聚集（此时碎石的均匀性受到影响）。

3.1.5 桩顶连梁施工

桩头清理后，根据设计图纸要求依次将绑扎钢筋、支模、浇筑混凝土3项工作落实到位，注重精细化施工，顶面允许偏差±10 mm，截面允许偏差±20 mm，不宜超过许可范围。混凝土的浇筑遵循连续性原则，适当振捣，提高密实性。

3.2 土钉墙施工

3.2.1 施工工艺流程

土钉墙基本施工工艺流程为：土方开挖→修整边坡→土钉成孔→设置土钉→注浆→绑扎面层钢筋网片→压连加强筋→喷射混凝土→养护→土钉墙成型。

3.2.2 施工质量控制措施

深基坑土方开挖工作量较大，采取分层有序推进的施工方法。现场的杂填土较为松散，受开挖的扰动作用，细砂土层有散失的情况，且随着时间的延长，土体的水分含量降低，土层有坍塌的风险。为保证基坑土方开挖的安全性，根据现场砂层段的地质特点，采取分段依次开挖的方法，每段长度约15.0 m，局部地质条件略好时适当增加单段的开挖长度，但应≤20.0 m。除此之外，基坑开挖过程中预留宽度为10.0 m的工作面，并严格控制单次开挖深度，以≤0.5 m为宜。先由机械设备开挖，再由施工人员精细修整边坡，保证开挖效果。

注浆前，全面清理孔内杂物，以免因杂物的干扰影响浆液固结。注浆材料为纯水泥浆，注浆压力控制在0.2～0.5 MPa，在不影响浆液正常注入的前提下，尽可能避免注浆压力过大的情况。对于杂填土或松散土层，必要时在土钉杆体上设PVC管，该管材的下端2～3 m区域形成φ50 mm的孔，安排2次注浆。采取此方法的作用在于增加土钉的拉力，同时提升浆液的固结效果，使原本相对松散的土体成为固结状态[2]。

部分施工区段存在杂填土，于该处设排水孔，避免现场积水。坡面出现渗水问题时，适当开凿面层，根据实际渗水状况，在渗水痕下配套导流管。由于杂填土的松散性较强，加了大土钉成孔的作业难度，为突破此局限性，采取土钉加密措施，并在上部增设短土钉，后续根据实际需求适当加长土钉的长度。此外，还有必要在地面设拉锚，此装置的位置距槽边至少达到5 m，条件允许时加大间距，尽可能远离槽边。

3.3 预应力锚杆施工

锚杆施工由施工人员利用洛阳铲完成。以设计要求为准，制作尺寸合适、形态良好的锚杆体，以绑扎的方式加固注浆管和锚杆体，使两者保持稳定；锚索应呈顺直状态，将聚乙烯防护套套在自由端，起防护作用；在锚索表面按5.0 m的间距依次设置定位器；灌浆环节，按照（0.4～0.5）∶1的水灰比拌制浆液。2次灌浆时，严格控制注浆管位置，距离孔底约150 mm。灌浆全流程中，管口始终在砂浆内，经过一段时间的灌注后，灌注的浆液量逐步增加，待浆液达到充满状态时，随即封堵孔口，而后以0.4～0.6 MPa的压力补浆。

锚杆张拉环节，按照设计要求加工异型支撑板，检测并对角度做灵活的调整，直至腰梁承压面共处相同的平面为止。锚杆灌浆施工落实到位后，密切关注浆体的强度，待其达到设计强度的80%时，组织预应力张拉作业。张拉遵循的是分级有序加载原则，待锚索预应力维持稳定或仅存在微小的衰减时，对锚杆进行锁定；若期间存在应力损失，则视实际情况安排补偿张拉[3]。

4 基坑变形监测方法及结果分析

为掌握基坑的实际状况以及预测其变形情况，在基坑第2层开挖前组织水平位移监测工作，采集数据并加以分析。位移监测方面，共采用3个监测点，布设位置分别为基坑两端距端部10 m处以及中间区域，按照自东向西的顺序，依次编号为1、2、3号测点。定期采集数据，加以整理，确定累计位移量平均值，沿着时间的轴线判断位移的变化趋势，累计水平位移随检测天数变化曲线如图1所示。

图1 累计水平位移随检测天数变化曲线

分析发现，随着时间的延长，基坑开挖深度逐步增加，对应的水平位移量总体上呈现出增加的变化趋势，但在监测的35 d时间里，累计水平位移≤30 mm的警戒值，表明水平位移得到有效的控制，现场施工状况良好。由此也说明，施工所采用的支护系统具有可行性。

5 结语

注浆微型钢管桩是基坑施工中常见的支护装置，采用压力注浆法成型的桩体与桩周土体稳定结合，共同组成稳定的整体，加之其他支护措施的配合，可有效保证基坑的稳定性。