管棚法支护在富水层沙土地质深基坑支护工程中的应用

张国梁，伊坤阳

（中交一公局第七工程有限公司，郑州 451450）

1 引言

基坑工程是城市建设和发展的重要一环，也是地下空间开发的必要工程。在深基坑支护施工中，由于地质变化或设计深度不足等原因，经常会出现夹层水渗流、桩间土坍塌、涌水涌沙等意外情况，通常采用止水帷幕或钢板桩等措施进行处置，但存在费用高、工期长的缺点。本文针对以上问题提出了一种经济合理、施工高效的工法，即引用隧道工程常用的管棚支护技术，通过在支护坡面、排桩桩间插打钢管，有效地控制了桩间土垮塌、涌水涌沙的问题，保证了施工安全和进度，以最小的成本解决了施工难题。

2 项目概况

该项目地处黄河冲积粉土区，面临压力含水层穿透上部隔水层引发突涌、流沙，地下构筑物及周边建筑物变形较大等多种特殊工况，地质情况复杂。

本项目主楼地上24 层，裙楼地上4 层，地下车库3 层。总建筑面积6.77 万m2，基础形式为筏板基础，主体结构为框筒结构，基坑开挖深度为12.5～14.2 m，基坑尺寸长（南北向）118 m，宽（东西向）107 m。

由于基坑周边环境复杂，北侧和西侧的基坑设计安全级别为二级，东侧和南侧坡面分别为三级和一级。采用管棚支护法对基坑进行支护。

3 施工工法原理及特点

3.1 工法原理

选择随车吊与挖掘机（振动锤）相配合将钢管并排打入支护桩间，以此进行挡土加固，通过钢管自身刚度与对土体的挤压保证基坑开挖过程中桩间土体保持紧固状态，通过分层分段控制基坑开挖和边坡喷护，从而实现深基坑顺利施工。

3.2 工法特点

施工工法操作简便，易于控制施工质量，且施工容易、适用性高，可通过对钢管壁的处理如打花眼等措施，与压力注浆、高压旋喷等施工工法进行配合施工。较传统的止水帷幕工艺，其优点是工期短、见效快，具有显著的经济效益和社会效益。

4 施工工法流程及要点

4.1 施工工法流程

施工工法的详细流程为：边坡开挖→钢管插入土体加固→钢筋网片绑扎/ 焊接固定→泄水管安装→面层喷护。

4.2 操作要点

1）边坡开挖：严格按照“边开挖边支护，短开挖强支护”的原则施工，每段开挖长度不超过5 m，每层开挖深度不超过1 m。

2）钢管插入土体加固：开挖完成后，及时将加固钢管借助挖掘机铲斗压入桩间土中，过程中采用小型吊车吊起钢管，人工配合，确保压入位置和角度正确。根据现场土质的实际情况调整钢管之间的水平和竖向间距。

3）钢筋网片绑扎与焊接固定：完成桩间土钢管压入并加固后，将长度140 mm、竖向间距250 mm 的M16 膨胀螺栓埋入灌注桩，再与螺栓焊接固定钢筋网片横筋。接着完成钢筋网片的绑扎以及加强筋的焊接，加强筋间距1 m，同原设计一致，钢筋搭接长度不小于150 mm。

4）泄水管与注浆管安装：泄水孔为直径不小于50 mm 的PVC 管,插入土中长度1 000 mm，插入土中部分外包40～60 目滤网布，包裹两层，泄水孔水平间距2～3 m。泄水孔采用外低内高的水平夹角15°设置。另外，后注浆管选择直径25 mm 的黑铁管，采用长2.5 m 的前端头套丝处理。

管棚支护施工工法节点详图如图1 所示。

图1 管棚支护施工工法节点详图（单位：mm）

5）面层喷护：在每一段钢筋网完成后，应及时报监理验收，合格后，立即进行面层喷护施工，同一段喷涂顺序应由下而上[1]，喷涂时，喷头与受喷面垂直，宜保持0.6～1.0 m 的距离，喷涂厚度一次应不小于40 mm。操作人员要控制好水灰比，混凝土表面保持平整，不出现干燥的斑点或流动的现象。工法实施后效果如图2 所示。

图2 工法实施后效果

底部搭接范围内的钢筋先不喷混凝土，在与下层钢筋网搭接绑扎后，再将混凝土同时喷入下层壁面，混凝土接缝部分做成45°角斜面搭接。

喷射混凝土终凝2 h 后，再进行3～7 d 的洒水养护。面板混凝土强度等级不低于C20，最大粒径不大于2.0 cm 的混凝土粗骨料。

4.3 材料与设备

本工法所用材料应符合国家有关产品质量标准的相应规定。（1）南侧边坡加固：挖掘机CAT326D、14 t 随车吊、焊机采用7.5 kW 交流焊机。（2）土体加固用钢管规格：6 000 mm（长）×100 mm（直径）×2.0 mm（壁厚），钢筋网片及加强筋的规格型号同原支护设计。（3）轻型井点降水设备：7.5 kW 真空降水泵、φ40 mmPVC 给水主管、φ32 mmPVC 给水支管（7.5 m/5.5 m）、潜水泵、铁皮桶、PE 白色地龙水带、空压机、凿孔冲击管。（4）管井施工机具设备：JZJ-100 钻井机，4 kW 潜水泵，具体以现场实际布设为准。

4.4 质量控制要点

1）所有进场材料和机械设备都要有质量合格证等相关证明书。

2）施工时，及时、如实、准确地记录相关信息，并由监理工程师验收签证。

3）加强对现场建筑材料的管理，对进场的材料严格执行进料检验程序，确保建筑材料质量符合设计和规范要求，并对所有材料的合格证书和材料单进行归档。

4）严格按照设计配合比配料，采用精确计量工具。

5）如注浆过程中出现路基隆起现象，应立即停止打孔注浆，并对原因进行分析，制定应对措施，减少注浆量，降低注浆速度。

6）注浆时，严格按照设计要求控制注浆量[2]，出现跑浆现象时，要进行补浆，保证注浆量达到设计要求。

7）每道工序都由专人进行施工备案。

8）专业施工队伍进场后，应及时和项目工程部对接，商榷和优化施工措施，在规范允许范围内保证其针对性和可操性。

9）开挖过程中，如遇到严重的涌水涌沙情况，可以增加双排钢管实现加固，钢管上部堆砌沙袋，并在外侧覆盖土工布，用钢筋网片压紧，起到防止沙土流失的效果。

4.5 安全技术措施

1）施工期间，按要求进行基坑监测[3]，收集边坡沉降、移位等信息，并进行反演和测算，及时采取相应措施确保边坡安全。

2）应注意土方开挖与基坑支护的配合，确保喷护混凝土达到设计强度后再开挖，确保开挖面的稳定。

3）在坡顶2.0 m 范围内不堆重物，以防坡顶应力集中。

4）坡顶地面须硬化，并做好防水措施，严禁地表水渗入边坡土体，引起边坡土体应力急剧下降。

5）严禁高空抛掷构配件，构配件上下运送均通过安全通道进行。

6）为防止高空坠落事故的发生，基坑临边防护设施要搭设牢固、能起防护作用的临边护栏。

7）严格按照专项施工方案规定的挖深落实基坑各层的开挖深度，严禁超深开挖。

8）施工过程中，应严格执行有关机械的安全操作规程、临时用电操作规程，配备专业焊工、操作工，避免因设备电缆涉水而出现触电事故。

5 经济效益分析

管棚支护工法施工容易、适用性高，较传统的止水帷幕施工工期短、成效快，经济效益和社会效益显著。

5.1 经济效益

拉森钢板桩支护方案中，支护范围长90 m，钢板桩长度为12 m，单根钢板桩有效宽度0.4 m，共需要钢板桩225 根，打拔费500 元/ 根，每根租赁费12 元/d，租赁周期100 d。钢板桩运费1 000 元/车，共需4 车；打桩机进出场费2 000 元/ 台次，吊车进出场费5 000 元。钢板桩每台班工效400 m/ 台班，共需7 个台班。费用核算如表1 所示。

表1 钢板桩方案费用核算表

在该工法支护方案中，支护范围长度90 m，采用6 000 mm×100 mm×3.0 mm 钢管，平均每个桩间土设置2 层钢管，共需要8 根，共有60 处桩间土，共需要480 根，每根含运费70 元。挖掘机台班费500 元/ 台班，共需要7 个台班。费用核算如表2所示。

表2 管棚法方案费用核算表

利用富水层沙土地质深基坑管棚式支护施工工法，在确保安全和质量的前提下，有效破解了基坑开挖因桩间土坍塌、涌水而无法施工的问题，达到施工进度大大加快、工期费用降低的效果。

5.2 社会效益

通过此工法，帮助项目攻克施工难题，助力项目团队顺利履行合同要求，得到了监理、业主以及外部专家的一致认可，提升了公司的社会形象。本工法在施工实践的基础上编制而成，具有广泛的应用价值和施工指导作用。

6 结论

根据项目实际应用情况，该工法具有以下特点：（1）将隧道工程常用的管棚技术应用到深基坑支护，在行业内属首次，是在技术引用方面的创新；（2）较传统的止水帷幕及钢板桩施工支护方式，具有施工周期短、见效快的优点，经济效益和社会效益显著；（3）该工法施工期间，应确保管井点降水作业正常进行，并视坡面水量情况，配合轻型井点降水效果更佳。

综上所述，管棚法支护在富水层沙土地质深基坑支护工程中的成功应用经验值得同类工程推广和借鉴。