钢管桩、土钉组合式支护体系在深基坑支护中的应用

2010-08-15庞敬柱

科技传播 2010年14期

庞敬柱

河北省张家口市第三建筑工程公司，河北张家口 075000

钢管桩、土钉墙组合式支护体系。其成功解决了基坑周边不能放坡，周边场地狭小护坡桩无法成孔，要求位移小，基坑支护造价较高的难题，做到了施工便利，对控制边坡位移变形、增强整体稳定性、保证边坡开挖过程中不发生局部坍塌等具有很好的作用，该法大大提高了边坡的安全稳定性。特别是对放坡坡度小、周边有建筑物或地下管线等的边坡支护，具有常规土钉墙和护坡桩无法相比的优点。

1 工程概况

本工程为某建筑基坑开挖护坡工程，地上26层，地下二层，基坑东西长约46.2m，南北长约41.8m，框架剪力墙结构，筏板基础，基坑北部主楼基础深12.0m，基坑南部地下车库基础深11.8m。基础埋深较大，基坑周围环境复杂。

2 场地工程地质与水文地质条件

2.1 工程地质条件

根据岩土工程勘察报告，本场地自上而下地层分布及工程地质性质为：1）人工填土；2）黄土状粉质粘土；3）黄土状粉土；4）细纱；5）粉土；6）粉质粘土；7）中砂；8）粉质粘土；9）中砂；10）粗砾砂；11）粉质粘土。

2.2 水文地质条件

根据岩土工程勘察报告，本场地地下水位埋深在47.2～47.5m之间，基坑深度范围内未见地下水，可不考虑地下水对建筑的影响。

3 支护设计思路及方案的选择

由于基坑四周放坡空间狭小，周边紧邻的建筑物、管道及道路不可触动，场地空间无扩展的可能等众多因素的制约，在方案的比选上，为了寻求一种安全可靠又比较经济实用的方案，经认真计算、分析，采用了“钢管桩、土钉组合式支护”工艺，即在基坑开挖前先施工一排小型钢管桩，然后在开挖过程中实施土钉支护工艺的组合式支护体系。

4 钢管桩、土钉组合式支护的作用机理及特点

4.1 作用机理

1）钢管桩强化了土钉对复合体起的骨架约束作用。土钉在土体内分布的空间组成复合体的骨架，而钢管桩使竖向多变的土层构成一个整体与土钉共同约束土体变形；2）钢管桩与土钉共同对复合体起分担作用。由于钢管桩具有较高的抗弯刚度，所以和土钉的抗拉抗剪强度共同承担外部荷载和土体的自重压力，将大大的提高复合体土体的水平拉力；3）钢管桩与土钉共同承担起应力传递和扩散作用。由于土钉锚体深入滑裂面以外稳定土中，能提供较大抗拉力，将活动土应力传递到稳定土中，而钢管桩和土钉横拉钢筋通过力的扩散，有效的降低了应力集中程度；4）更有效的起到约束坡面变形的作用。钢管桩在钢筋网喷射混凝土面层后起到中流砥柱作用，可有效的控制坡面的变形。

4.2 支护特点

1）提高了边坡整体稳定性，使基坑支护更安全可靠；2）设备简单，易于施工，减少扰民和有利于环境治理；3）坡面位移小，一般小于开挖深度的千分之二，对相邻建筑物影响小；4）应变能力强。一般钢管桩成孔阶段相当于施工勘察阶段，如发现局部地质条件变化时可随即调整桩距；挖土过程中发现局部掉土可以先喷一层混凝土，再施工土钉，使支护更安全；5）可减少土钉纵向拉筋数量，利于缩短工期和节约造价；6）经济效益好。使用复合土钉的价位，达到桩锚的效果；7）可充分利用场地，一般为直坡且可紧邻原有建筑物施工。

5 基坑支护方案

根据现场情况，经过分析计算确定了基坑支护方案，方案概况为：东侧、南侧基坑采用直立钢管桩土钉喷锚支护；西侧、北侧基坑采用放坡土钉喷锚支护。

6 支护施工

6.1 施工工艺流程

平整场地→测量放线→钢管桩定位→钢管桩钻孔→钢管加工置入钢管→灌浆补浆→帽梁施工→养护→机械挖工→修整边坡→土钉定位→土钉成孔→清孔→置入土钉筋→灌浆补浆→绑扎钢筋网片→焊接加强筋→喷射混凝土→养护→下一步机械挖土（循环直至基坑底部）→基坑支护完成。

6.2 施工技术要求

1）钢管桩施工技术要求。钢管桩间距0.75m，钢管桩孔位的允许偏差不大于50mm，钢管桩直径φ128mm，允许偏差-5mm至-20mm。钢管为直径80mm、壁厚4mm的普通钢管。钢管桩采用GY-150小型工程钻机成孔，注浆采用压力注浆，最大压力≤2Mpa。浆液采用纯水泥浆，水泥采用强度等级为32.5MPa的普通硅酸盐水泥，水灰比为0.55，强度等级为M20。钢管桩顶下挖宽0.2m，深0.2m的小槽，用两根直径20的HRB335钢筋将钢管焊接连成一整体，并浇筑C20砼。

2）土钉施工技术要求。土钉孔位的允许偏差不大于10mm；土钉直径φ120mm，孔径允许偏差-5至+20mm。土钉长度按设计图施工，孔深允许偏差-50至+100mm。土钉倾角15°，倾角误差不大于3°。土钉采用人工洛阳铲成孔，土钉钢筋应置于孔中心，保护层厚度不小于20mm。土钉成孔后应及时置筋、注浆，以防踏孔，注浆采用重力注浆。浆液采用纯水泥浆，水泥采用强度等级为32.5MPa的普通硅酸盐水泥，水灰比为0.5，强度等级为M20。面层钢筋网为φ6.5@200×200，保护层厚度不小于20mm。混凝土面层厚度100mm，采用混凝土喷射机喷射C20混凝土。

3）土方开挖技术要求。土方开挖的顺序、方法必须与设计工况相一致，并遵循“开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则。

4）CD段腰梁及钢绞线锚索施工。CD段腰梁及钢绞线锚索的施工应在该部位土钉墙面喷射完混凝土后，下一步土开挖之前进行，腰梁采用两根180mm的槽钢对焊连接，钢绞线锚索在腰梁上每1.5m设置一个，每个钢绞线锚索为三股，规格1×7φs=15.2，A=181.4mm2,标准强度1720N/mm2，设计强度1220N/mm2，每隔1.5～2m设一隔离件，中部插入注浆管，管端距孔底1.5m，自由段预留长度小于4.5m，穿入胶套管与水泥浆液隔离，锚索孔深20m，孔径为150mm水平倾角为10度，灌浆材料采用强度等级为32.5MPa的普通硅酸盐水泥浆，注意分阶段循环进行注浆、补浆。锚体养护达到注浆强度的70%后，方可进行预应力张拉，张拉时采用“跳张法”，即隔一拉一。

7 基坑监测及应急措施

1）基坑监测。从基坑开挖开始，直至基坑回填结束，全程进行了水平位移和沉降的观测。

2）应急措施。土钉支护的核心内容，体现在信息化施工即反馈设计，由施工过程中的监测工序来完成，当边坡的位移变化速率超过警戒值时，就要采取措施，针对本工程的措施是将上面已施工过的土层根据情况追加土钉，并且要加长。对于下面的土层，土钉要缩小间距，钉体要加长，增加注浆压力，并且还可以追加微桩的密度、长度，在施以预应力锚杆以约束。如果变形突然加大则应立即组织基坑临边楼内人员撤离，立即用挖土机将土方回填，回填后再实施方案。