微型注浆钢管桩复合土钉墙在基坑工程中的应用

2013-12-09齐善忠施小明

黄河水利职业技术学院学报 2013年2期

齐善忠，施小明

（黄河水利职业技术学院，河南开封 475004）

0 引言

土钉墙作为支护结构，以其造价低、工期短、对环境影响小、经济效益和社会效益显著等优点，广泛应用于边坡工程和基坑工程中[1]。但土钉墙支护结构有其自身的局限性，一般适用于稳定性较好的土层，以便土方开挖后，有足够的时间进行土钉墙支护作业。在实际的基坑工程中，常遇到自立稳定性较差的地层(如松散的回填土、淤泥、淤泥质土、流沙、卵石等)或夹层，且受周围施工场地的限制，允许的基坑边坡坡率很小，甚至为零。在这种情况下，土方开挖后，土体会产生局部坍塌，没有足够的时间进行土钉墙施工[2]。针对这种情况，若应用微型注浆钢管桩复合土钉墙支护结构，并结合信息化施工，可以确保基坑的稳定性，节省工程造价，提高工效。

所谓微型注浆钢管桩复合土钉墙就是土方开挖前，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，然后进行土方开挖和土钉墙支护结构的施工。必要时，也可以把一排钢管桩用扣件连成整体，以增加支护结构的整体稳定性[3]。

1 工程实例

1.1 工程实例概况

安徽省合肥市翠微路南新华书店家属楼2#楼有地下室一层，为筏板基础，基坑面积约1 000 m2，基坑深度为5～6 m。受周围场地环境限制，基坑南侧东段没有放坡空间，进行垂直开挖。受工期的限制，本工程基坑支护拟采用土钉墙支护结构。而本工程的难点就是南侧东段的支护技术。综合多种支护方案，以经济、安全为原则，最终决定采用微型注浆钢管桩复合土钉墙支护结构。以下内容只分析此段工程的支护性状。

1.2 工程地质概况

拟建场区位于一多年的池塘边缘，上部为回填土。基坑南侧东段土层结构描述如表1 所示。

表1 拟建场区南侧东段土层结构描述Table 1 Soil structure of south side and eastern section of proposed field area

本工程区地下水为潜水，地下水埋深7～8 m。基坑西端有少量上层滞水分布，基坑开挖深度范围内无地下水存在。因此，在支护结构施工时，可以不考虑地下水的影响。

1.3 复合土钉墙设计

在本段工程基坑开挖范围内，地基土中-4.000 m以下有一层厚0.5～0.7 m 的淤泥质黏土，该土层强度极低（c=16.5kPa，φ=6.5°）。并且，本段基坑坡度为零。针对这一情况，本段工程基坑支护采用微型注浆钢管桩复合土钉墙支护结构。即在基坑开挖前，把规格为D48×3 的普通钢管竖直打入地面以下，并进行压密注浆，从而对松散的回填土进行固结、加固。钢管桩地面部分和地面以下-3.000 m 处，分别放置横向钢管，以扣件相连，使其形成一个整体，增强其整体性。竖向注浆钢管长度为7 m，间距为0.5 m。在地面以下-1.5 m、-3.3 m 处，分别做斜向锚管（规格D48×3 普通钢管），方向与水平面成15°斜向下，长度6 m，并压密注浆。同时，在向坡内与坡面成10°处竖向插管（规格为D48×3 普通钢管），长度分别为4 m、3 m。在地面以下-5.1 m 处，使用的是长度为3 m 的注浆锚管。在基坑表面，挂钢筋网，喷锚支护。其具体结构设计如图1 所示。

图1 钢管桩和复合锚管土钉墙支护结构图Fig.1 Steel pipe pile and composite anchor pipe soil nailing wall supporting structure

1.4 复合土钉墙施工

本工程基坑支护土钉墙按上述设计进行了施工，具体施工步骤如下：

（1）在基坑开挖前放线，打微型注浆钢管（间距为0.5m，长度为7m），并进行压密注浆。注浆标准以地面冒浆为准。用扣件与横向钢管相连，使其形成一个整体。

（2）在注浆工程施工完成后第三天，开挖第一层基坑，开挖深度在-2.000 m。第一层支护锚杆布置在-1.500 m 处。施工时，先打6 m 长斜向锚杆，再打4 m 长的竖向钢管，锚杆和钢管型号都是48×3 mm。然后，进行挂网，喷射混凝土。当喷射的混凝土达到一定强度后，进行压密注浆。注浆后，竖向的钢管全部形成微型注浆钢管桩，而斜向锚杆则和基坑远处的土体形成一个整体。这样可以增加基坑稳定性。

（3）开挖第二层基坑。开挖深度在-3.800 m，第二层支护锚杆布置在-3.300 m 处，施工方法与第一层支护锚杆类似。在-3.000 m 处，设置一道微型注浆钢管桩的横向连接，连接方式与地面的横向连接方式相同，以增强微型注浆钢管桩的整体性和稳定性。

（4）开挖第三层基坑。开挖深度在-5.800 m，下部预留20 cm 厚的土层，进行人工挖除，以防止基底扰动。第三层支护锚杆布置在-5.100 m 处，施工方法同一、二层，但不布置竖向微型注浆钢管桩，斜向锚杆长度为4 m。

1.5 基坑水平位移检测情况

为了预测基坑变形情况和进行基坑安全评价，在基坑开挖第二层前就进行了水平位移检测[4]。本工程位移检测共布置3 个监测点：中间一个，两端距端部10 m 处各一个，由东向西分别为1、2、3 号检测点。检测位移随工程进度变化，累计位移量平均值和检测天数的拟合曲线如图2 所示。

图2 累计水平位移随检测天数变化曲线图Fig.2 Cumulative horizontal displacement change curves of different testing days

由图2 可知，随着基坑开挖深度的增加，水平位移量也在不断增加，但最终仍然没有超过设计30 mm 的警戒值。这说明，该支护系统是安全、可靠的。在开挖第三层时，位移增量最大为11 mm，坡顶出现了裂纹。所以，工程竣工后，又延长了一周的位移观测，直到基坑变形达到稳定状态。

2 微型注浆钢管桩复合土钉墙应用分析

2.1 经济效益分析

该工程对本段的最初设计方案为劲性桩复合土钉墙支护，整个工程造价为150 万。方案经优化后，也有130 万左右。为了降低造价，最后决定改变方案，使用微型注浆钢管桩复合土钉墙支护，工程造价降到了不足70 万，降低造价约50%。

2.2 应用技术分析

该支护工程基本的设计思路是：通过压密注浆，加固松散的回填土，使其形成一个整体。在基坑开挖过程中，通过水平锚管注浆，使各部分加固土体相互交叉，增强其抗滑移、抗剪切能力。微型注浆钢管桩本身能够允许很大的变形，可以随着基坑的变形而产生变形，使被动或静止土压力变为主动土压力，这就大大减小了支护系统的荷载，提高了安全系数。微型注浆钢管桩通过横向钢管连成整体，增强了其整体稳定性，避免了基坑局部破坏的可能。