结合微型钢管桩的深基坑嵌岩式排桩支护应用研究

蔡国印

摘要：微型钢管在很多工程项目中都有着非常广泛的应用，并且也都在不同施工环节中发挥出了关键性的作用效果。与传统的钢管结构相比，微型钢管桩体的应用优势主要体现在施工效率高、应用灵活等方面，但是其抗弯能力相对来说偏低，因此在很多深基坑工程项目中施工人员通常会将微型钢管桩体与排桩支护、锚索结构结合使用，加强其应用效果。

关键词：微型钢管桩；深基坑嵌岩式排桩支护；应用研究

一、工程概况

某深基坑工程项目以框架桥梁结构开挖型地基为主，整个桥梁为2跨12.25m+10m的连续框架结构，桥梁全场为52.5m，宽为64.5m，高为7.9m，深基坑的总开挖深度为10m，该工程项目的施工场地的土质层主要包含杂填土、红黏土、石灰岩、素填土等几种类型，其中红黏土又可以进一步细致地划分为硬塑型、可塑型以及软塑型，施工人员需要结合施工现场的具体情节制定相应的支护方案，以求可以达到较为理想的深基坑施工效果[1]。

二、支护方案

针对开挖深度为10m的深基坑项目，施工人员可以采取桩锚支护的方式来开展相应的施工作业。钢管桩可以使用型号为C30的钢筋混凝土进行桩体的制作，桩体的直径为1.0m，相邻桩体之间的间距为1.4m，施工人员可以结合该项目的实际施工情况在深基坑中设置1-2排锚索，通过这种方式可以有效地提高该钢管桩的稳固性[2]。在该深基坑项目中，其内部有一个110kV的高压线塔，高压线塔的中心线与深基坑项目的边线之间间隔约3.7m，因此施工人员为了可以避免高压线塔在施工作业过程中出现不同程度的位移，同时也为了尽可能地降低高压线塔对施工作业所造成的安全隐患问题，施工人员需要设置相应的排桩支护结构，钢管桩应当以垂直地面的方式进行固定，同时施工人员还需要在支护结构周围设置2排锚索。由于高压线塔下的施工作业危险性较高，因此施工人员可以使用冲击力相对来说较小的成孔桩来代替大规模的旋挖钻机，通过这种方式来降低深基坑项目的实际开展施工作业过程中潜在的安全隐患问题。

三、微型钢管设计

从技术的层面上来说，微型钢管结构的主要特征体现在“微型”二字上，其横截面积相对来说较小，且属于柔性支护结构的范畴，因此承载力的计算方法也相对来说复杂性较高。目前比较常见的计算方法有三种，分别是抗滑桩法、等效法、数值法，其中应用范围较为广泛的计算方法为等效法。其主要计算原理是将桩体与其周围的岩土体看做一个整体，然后按照挡土结构的计算方式来推断出桩体结构的内力。以该深基坑项目为例，我们可以将微型钢管的嵌岩排桩进行适当地简化，然后再使用等效法对其进行设计和计算。在这里我们可以针对桩体结构考虑两种不同的情况，其一是钢管桩体对排桩所产生的作用力与排桩对基坑侧壁所产生的作用力相一致，其二是忽略钢管桩体对周围岩石层所产生的抗弯作用和抗剪作用。假设钢管桩体的惯性矩为I，则根据移轴公式我们可以得出I=n（Ic+Ad2），其中n为钢管桩体的根数，Ic为钢管桩体自身的惯性矩，A为钢管桩体的横截面积，d为钢管桩体与排桩结构之间的间距。设计人员在设计钢管桩体结构时，需要按照以下设计思路以此进行：先根据普通钢筋排桩的内力分布来确定桩体的弯矩值和剪力值，然后再根据微型钢管桩体的截面面积在合理的范围之内适当地对其进行校核和调整[3]。以该深基坑项目为例，深基坑的基岩面深度约为12.4m，随着浅层岩溶不断地发育，钢管桩体的最终相对标高会变为-21.0m。在这个过程中，排桩支护结构所承受的作用力则是由混凝土结构和钢管桩体共同承担，以深基坑的基岩面为界限，基岩面以上的作用力主要是由混凝土结构承担，而基岩面以下的作用力则主要是由钢管桩体所承担。经计算可得，基岩面以下的弯矩值在-313-287kN·m范围内，而剪力值则在-332-304kN范围内，微型钢管桩体的直径为108mm，而桩体的内壁厚度则为4.5mm，在该深基坑项目中，微型钢管主要是以Q235级的钢筋材料为主，其在嵌岩排桩支护结构内的实际应用中也起到了非常关键的作用。

四、施工工艺

微型钢管桩体结构通常在混凝土排桩成型的28d以后开始施工，施工人员一般采用一些规模较小的钻钻机设备进行钻孔作业，以该深基坑项目为例，钻孔的孔径为130mm。当钻孔的锚固深度成型之后，施工人员可以在钻孔内缓慢下放直径为108mm的微型钢管桩体结构，同时使用比嵌岩排桩支护结构中混凝土等级略高一级的细石混凝土对其进行压力灌注作业，从而进一步加强嵌岩排桩支护结构的稳固性。

五、基坑监测

该深基坑项目的排桩支护结构相关的施工作业完成之后，为了可以更好地确保施工质量符合设计标准和要求，施工人员常常要对其进行基坑监测，借助一些先进的监测仪器将嵌岩排桩桩体的水平位移情况进行准确地测量和记录，如图1所示[4]。从图1中我们可以得知，随着嵌岩排桩桩体开挖深度的逐渐增加，桩体的水平位移也呈现出明显上升的趋势。上升的形态以阶梯型为主，每一層土质层开挖作业完成后，其形变量都会出现收敛缓和的情况，嵌岩排桩桩体的内敛最大值为19.2mm，该结果符合深基坑项目的相关设计标准，因此我们可以得出以下结论：合理地将微型钢管桩体结构应用于嵌岩排桩桩体中可以有效地提高深基坑项目中基坑支护的稳定性，减少基坑出现不同程度上的水平位移，有利于提高该深基坑项目的整体施工质量水平。

六、结束语

微型钢管结构在排桩支护中的实际应用虽然还存在一些缺陷问题，但是该钢管桩体结构在深基坑项目中所体现出的作用价值也是我们不可否认的，希望该种应用方式可以得到技术研究人员的进一步优化，从而更好地为深基坑项目领域的未来发展做出更大的贡献。

参考文献：

[1]郭维卫.微型钢管桩在特殊基坑（槽）中的支护应用[J].绿色环保建材，2017（6）：193-195.

[2]滕海军，刘伟.微型钢管桩在基坑支护工程中的应用[J].施工技术，2011（s1）：193-195.

[3]刘杰.深基坑钢管土钉与钢管排桩喷混凝土联合支护技术[J].国防交通工程与技术，2012（b05）：168-170.

[4]颜良.破碎带嵌岩型注浆微型钢管桩施工技术[J].中国建设信息化，2014（8）：174-175.

（作者单位：南京南大岩土建设工程有限公司）