微型桩在深基坑支护中的应用与研究

欧刚

【摘 要】本文在现有的工程实践基础上，分析了微型桩在深基坑支护中的加固机理，并对具有抗弯功能的微型桩在市政基坑支护中的设计与施工进行了研究，对基岩埋深较浅，基坑周边空间狭小，环境复杂且不具备大型机械施工条件的一些类似基坑支护设计具有一定的借鉴意义。

【关键词】基坑支护；微型桩；应用

0 前 言

微型桩（micropile）是在20世纪50年代由意大利的F·Lizzi提出微型桩是在20世纪50年代由意大利的提出的，主要采用钻机成孔后压力注浆成桩。其主要特点有：施工机具小，适用于狭窄的施工作业区；对土层适应性强，尤其基岩埋藏较浅基坑；施工振动、噪音小；桩位布置形式灵活，可以布置成斜樁；与同体积灌注桩相比，其承载力较高。20世纪80年代以后迅速发展，在深基坑开挖支护、地面沉陷修复、路基加固及边坡加固等方面得到了成功应用。

微型桩作为一种特殊加强方式在南宁市基坑支护工程中应用越来越普遍，当前主要用在土钉墙支护中作为辅助加强体和一些特殊环境中与锚杆或锚索结合作为护坡桩支挡结构。根据微型桩在土钉墙中和作为直接支护的桩锚结构中的功能区别，本文将其区分为柔性微型桩和刚性微型桩两类，作为土钉墙中加强体的柔性微型桩文献[1]已经给予详尽的论述，通过工程应用实例主要对作为桩锚结构中的刚性微型桩的设计和施工实例对其进行研究。

1 基坑支护中柔性与刚性微型桩的区别

在基坑支护中，不同支护结构中微型桩的作用不同，也导致其自身结构不同，从而其对土体支挡的性质也不同。在土钉墙这类柔性支护中主要为辅助性加强体，在其作为主要作用的桩锚结构中，它作为刚性支挡结构。

1.1 功能区别

作为柔性微型桩在土钉墙中主要作用：①在钢管桩周设置适量的注浆孔，通过适当压力注浆可以将浆体与周围的松散土层形成一个复合体，提高滑坡体的抗剪强度参数和变形能力，间接提高土体的强度指标改善初始应力场；②作为预支护体降低开挖瞬时土体次生应力的变化；③减少边坡的变形量以保证基坑环境的安全。作为刚性微型桩的桩锚结构作用：作为刚性微型桩其作用与普通桩锚结构完全相同，由于其桩体直径在100～400mm，按照普通桩体配筋无法满足抗弯要求，所以往往采用型钢和合适的锚杆加强，主要是适用于支护空间狭小的特殊区域。

1.2 微型桩中加强体设计区别

作为柔性微型桩由于并不需要其具有抗弯作用，所以通常使用钻孔中间放置加强体的方式，其主要作用是为了提高微型桩体的强度和刚度，所以不必对其进行抗弯强度校核。其设计计算是同土钉墙整体计算一并进行。作为刚性微型桩，因为主要还是为了抗弯，所以其加强体必须远离桩体形心，同时要对其进行抗弯强度计算。

2 刚性微型桩内加强体的设计算

作为微型桩的桩锚结构，其设计的主要依据同样是桩体受土压力作用下导致的桩体弯矩。由于微型桩桩径小，钻孔空间有限，所以制造钢筋笼和安置钢筋笼都会比较困难。此外由于钢筋笼直径受到限制，小钢筋笼抗弯能力也随之变小。为了使用微小直径的桩体来达到较大的弯矩刚度，提高桩体本身强度和刚度受到限制。为此采用以下方法从外因和内因解决问题：

（1）加密锚杆排数减小最大弯矩在桩锚结构中锚杆的作用尤为重要，它除了起到将整排桩体联合为一体的群桩作用和限制桩体位移的作用外，还起到调节桩体内弯矩的作用。在一定外力作用下，锚杆排数越多桩体内弯矩越小。为了使微型桩较小的抗弯强度得以发挥，就不得不通过增加锚杆排数来减小桩体弯矩，从而达到在特殊情况下使用微型桩支护的目的。

（2） 使用型钢作为微型桩体加强体由于微型桩内空间狭小，配筋量受到极大限制，此外细长钢筋笼在制造和安装上不易施工和保证质量。所以一般使用工字钢、钢管、双槽钢作为桩体加强体。型钢选用尺寸与微型桩桩径相配合。工字钢的选择按照下式进行：

WZ= Mmax/[σ]

其中 Mmax 为桩体中最大弯矩；[σ]为型钢允许应力；WZ 为型钢抗弯刚度。可根据WZ 来选择型钢尺寸。钢管可根据计算配筋面积选择合适直径和壁厚型号。

3 刚性微型桩在工程中的应用

3.1 刚性微型桩在广西水电科学研究院科研大楼基坑支护中的应用

广西水电科学研究院科研大楼位于桃源路与津头街交叉路口东南角，基坑开挖深度为5～7 m。本次工程涉及该基坑南侧边坡，基坑南侧邻近旧科研大楼，此建筑物为多层框架结构，主楼高4层，副楼高3层，钢筋混凝土独立基础，基础埋深-2 m，由于该楼在基坑开挖过程中仍然担任重要的科研任务，其中设备仪器对建筑物沉降非常敏感，要求支护几乎不得造成建筑物沉降。为了保证旧科研大楼在施工期间的安全，在基坑南侧靠近主楼区域采用10根400mm 微型护坡桩，中置I16工字钢作为加强体，使用一道预应力锚杆和四道锚杆调节桩体内力和约束边坡变形，支护平面图及剖面见图1～3。

根据施工单位现场监测数据，施工完成后最终边坡最大水平位移小于15 mm，达到对旧科研大楼的设计和使用要求。

3.2 刚性微型桩在颐景家园基坑支护中的应用

工程场地位于玉林市玉东新区规划路侧，基坑深度5.0 m，由于场地周边紧邻行车道路、管线和建筑物，且灰岩埋深较浅，不具备大型机械施工作业面，所以采用130 mm微型桩和三道锚杆支护，微型桩内中置127mm的无缝钢管，壁厚5 mm。桩顶用Φ10钢筋缠绕点焊成整体，第一、二、三道土钉设置深度距离地面分别为1.4m、2.6m、3.8m，总长5 m，土钉孔径110mm，1根φ22钢筋，倾角15°，施工图见图4。

为了反馈微型桩设计方案支护效果，施工过程中在桩顶及周边建筑物均设置了三个水平位移和竖向位移监测点，从2014年01月至2014年06月，共监测了15次，水平位移最大值为23 mm，竖向位移最大值为18mm。说明基坑边坡趋于稳定，支护效果较好，基本达到了设计使用要求。

4 结 论

（1）实测和计算表明，微型桩作为刚性支护对一些支护场地狭小、紧邻重要建筑物的特殊情况是适用的。它比同样情况下使用土钉墙在效果上更好（水平位移、地面沉降、边坡稳定性等），地表沉降小，桩顶位移小，引起邻近建筑物沉降变形在允许范围内。

（2） 现在涉及到的工程实例基坑深度较浅，故桩体内力较小，对于超载大、基坑深度大的情况可通过增加锚杆排数将桩体弯矩调节到微型桩适应的状况。

（3）复合土钉墙设置微型桩增强了支护结构的竖向刚度，提高了整体性，限制了变形，土钉的受力具有时间效应，在开挖过程中逐步发挥作用，及时支护预应力锚杆能够有效控制支护结构的变形。

（4） 当使用型钢或钢管作为桩体加强体时，支护桩内力计算与通常计算相同，只是桩体强度设计计算与通常配筋方法不同，本文使用的方法只是粗略的不考虑桩体混凝土强度仅考虑加强体强度的保守方法，这种计算还有待完善。

（5）在开挖过程中，应做好基坑监测工作，在控制变形方面需形成信息化施工，通过监测结果与理论结果的比较分析，及时预测，及时反馈，科学合理安排下一步工序，确保安全。

参考文献：

[1]贾立宏.微型桩预支护下的土钉墙支护方法[J].建筑施工，2001，23（6）：405–406

[2]北京理正软件设计研究所.北京理正深基坑支护FSPW4.0计算软件[R].1999.

[3]林宗元. 岩土工程治理手册[ M]. 北京：中国建筑工业出版社，2005.

[4] 孙祺华. 钢花管微型桩在路基边坡加固防护中的应用[J].