明挖隧道深基坑围护桩侵限控制与处理

曾见

（中铁二十二局集团有限公司）

1 工程概况

某铁路隧道全长3430m，采用基坑明挖法，开挖深度22.0～24.0m、宽度13.6～15.7m，设置钻孔桩，规格为桩径0.8～1.0m、桩长23～34m、间距1.1～1.35m，采取“上部放坡和土钉墙+下部桩体和钢管支撑”相结合的方案，构成完善的支护体系，以维持基坑的稳定性。

随着基坑的开挖，开挖至隧道仰拱时，通过测量发现部分位置围护桩已侵限至隧道主体结构，无法正常地施工隧道主体，需处理后才可正常施工。根据统计侵限5cm 以下的揭示1 处，侵限5～10cm 的揭示7 处，侵限10～20cm 的揭示8 处，侵限20cm 以上的揭示1 处，即侵限程度主要集中在5～20cm。连续侵限段落不超过10m，且隧道投影范围内桩侵限程度大于上部，围护桩施工缺陷多为向基坑内倾斜。

2 围护桩侵限原因分析

围护桩由于扩孔、偏孔、钻孔垂直度、钢筋笼吊装、浇筑时躲避现场管线等原因，部分围护桩侵入主体结构侧墙限界。根据开挖揭示围护桩侵限情况，围护桩形位偏差主要体现为向基坑内倾斜。

3 侵限处理方案

3.1 土方开挖阶段侵限处理

在基坑开挖过程中，土方分层开挖，测量人员根据土方开挖进度逐层检查围护桩侵限情况，填写围护桩侵限情况统计表，表中分别记录围护桩里程、左右线位置、高程及侵限情况。

开挖阶段围护桩剔凿处理只处理围护桩扩孔、塌孔等素混凝土块。施工人员根据侵限数值进行剔凿处理，确保剔凿尺寸符合施工要求，避免剔凿不足或剔凿超量。开挖阶段围护桩只剔凿至主筋外边缘，不得切断围护桩主筋。

围护桩侵限区域剔凿尺寸应考虑设计桩间喷混厚度。剔凿完毕后测量人员进行复查验收，剔凿尺寸不足的，进行二次剔凿。验收合格后开始进行喷混施工。喷混施工前在基坑侧壁上间距3m 设置控制点，根据控制点控制钢筋绑扎高度及喷射混凝土高度控制，避免混凝土喷层过厚造成侵限。

开挖阶段若围护桩剔凿至主筋仍未满足尺寸要求，则不再进行剔凿，直接在表面绑扎钢筋网片并进行喷射混凝土作业。侵限尺寸在测量记录表中记录，待基坑开挖完毕后再进行剔凿。

3.2 结构施工阶段侵限处理

结构施工阶段围护桩侵限处理根据高度不同分为两个处理区域。

⑴仰拱区域侵限剔凿

最下道钢支撑以下区域，在最下道钢支撑安装完毕，土方开挖至距基底1m 开始进行围护桩侵限处理，使用人工进行围护桩侵限剔凿。剔凿完毕后清槽及垫层施工。

围护桩侵限处理至最下道钢支撑三角支架下200mm 位置，剔凿不得碰触三角支架。剔凿完毕后，经测量验收合格后绑扎钢筋网进行喷射混凝土找平。

⑵最下道撑和边墙上部钢支撑间侵限剔凿

最下道撑和边墙上部钢支撑间围护桩侵限，在仰拱混凝土浇筑完毕后进行剔凿处理。仰拱混凝土达到设计强度后，拆除最下道钢支撑。钢支撑拆除需随衬砌结构施工速度逐板拆除。测量人员对基坑进行侵限测量，存在侵限的进行剔凿处理。

此区域在仰拱填充层上使用钢管搭设操作平台进行人工剔凿。钢支撑区域钢支撑架设前一次性剔凿处理到位，将钢围檩范围内补强后架设钢支撑。

3.3 围护桩剔凿处理方式

3.3.1 围护桩剔凿5cm 以下（轻微）

⑴工艺流程

侵限测量→剔凿处理→剔凿复测→网喷混凝土。

⑵施工做法

①侵限测量

基坑开挖过程中，测量人员及时进行围护桩侵限测量，填写测量记录表。测量完成后当天将统计表汇总交给现场负责人。现场负责人根据测量数据确定剔凿区域及处理方式。剔凿尺寸应考虑50mm 喷射混凝土厚度。

②剔凿处理

使用钢管架搭设操作平台，并使用电镐从上到下分层进行剔凿。剔凿处边界应剔凿平顺。遇到围护桩环向箍筋采用钢筋剪将箍筋剪开，外露主筋使用等离子或角磨机进行切除。钢筋端头用锤子将外露主筋敲入围护桩内侧。剔凿凹坑大于15cm 区域，拌制细石混凝土进行填补。

③剔凿复测

对剔凿区域进行复测，使用免棱镜全站仪根据剔凿情况检查剔凿表面平整度。间距1m 见方全面检查剔凿表面，并单独复测局部突出点。

④网喷

在围护桩表面绑扎φ8@200 钢筋网片，钢筋网使用φ22 钢筋固定于桩间土。钢筋网片应紧贴围护桩表面。控制喷射混凝土厚度50mm，喷射混凝土覆盖钢筋网片10mm 即可。剔凿接茬部位应喷射顺平。

3.3.2 围护桩剔凿5～10cm 以下（较严重）

工艺流程、施工做法同3.3.1，但在围护桩表面绑扎φ22@150 双向钢筋网片。

3.3.3 围护桩剔凿10～20cm 以下或单根围护桩剔除（严重）

⑴工艺流程

侵限测量→锚管施工→围护桩剔凿→绑扎钢筋网→喷射混凝土。

⑵施工方法

①侵限测量

测量方式同3.3.1。

②锚管施工

锚管使用直径108mm，长6m，壁厚6mm 钢管制，详见图1。锚管制作成尖头，管底3m 范围内使用电钻打直径10mm 间距400mm 梅花形注浆孔。

图1 围护桩锚管加固

土方每次开挖深度不得超过3m，锚管竖向间距1m，水平间距1m，锚管与水平夹角为5°～10°。锚管搭设范围与围护桩剔凿范围相同。锚管打设完毕后内部注入采用0.5 水泥浆，浆液通过注浆管从孔底自下而上反向压浆，将孔底残留的碎渣压出孔外，当孔口流出浆液10～15 秒后，可停止注浆。第一次注浆完成2～3 小时后，进行第二次高压注浆，采用纯水泥浆，注浆压力为1.5～1.8MPa。

③围护桩剔凿

围护桩侵限剔凿应在土方开挖见底后，由下向上剔凿，每次剔凿高度按3m 控制，详见图2。

图2 单独围护桩凿除处理

④绑扎钢筋网

在围护桩外绑扎φ22mm@150 双向钢筋网片，锚管位于钢筋网十字交叉处，将锚管与钢筋进行焊接。外露锚管使用角磨机与钢筋切齐。

⑤喷射混凝土

在围护桩外喷射C25 混凝土，喷射混凝土表面需均匀平顺，控制喷射厚度，不可露筋。

开挖至基底后，尽快施作垫层，并在严重侵限围护桩对应位置的垫层内施做0.4×0.4m 的钢筋混凝土加强措施，起支撑作用。梁主筋φ22，箍筋直径φ8，间距250mm。加强梁主筋与围护桩主筋连接，详见图3。加强支撑形状与隧道主体结构底板形状匹配，应加强现场管理，垫层加强梁施工不得影响主体结构仰拱施作时间。

图3 基底垫层内钢筋混凝土加强措施示意

3.3.4 围护桩连续剔除20cm 以上（极严重）

围护桩连续剔凿20cm 以上的，使用锚管进行加固。围护桩剔凿需控制剔凿纵向长度，每次剔凿纵向长度不得超过6m。待前一段修补完毕之后再进行下一段剔凿。施工完毕后及时进行衬砌结构施工。

⑴工艺流程

侵限测量→钢管桩施工→锚管施工→围护桩剔凿→绑扎钢筋网→喷射混凝土。

⑵钢管桩施工方法

使用小型钢管桩机在冠梁顶卸载平台上，由冠梁顶向下打钢管桩。钢管直径200mm，壁厚10mm，间距750mm，梅花形布置。共布置5 排，第1 排贴近冠梁，第1～3 排垂直设置，第4～5 排与地面向边坡方向分别按7°、15°设置，钢管底位于基坑底以下不小于5m。钢管内设置HRB400φ20mm 钢筋三角支架，竖向间距1.5m，钢管内填充C30 细石混凝土。钢管与成孔空隙间注入水灰比＜0.5 的水泥浆。根据需破除围护桩数量及距离确定钢管桩打设长度及数量，钢管桩纵向打设范围应超出侵限桩外缘不小于1m，钢管桩布置位置应考虑桩间锚管，避免冲突。

钢管桩顶部需浇筑300mm 厚钢筋混凝土承台与冠梁进行连接，确保钢管桩共同受力。在冠梁顶植入2 排φ20@200 钢筋，绑扎φ20@200 双层双向钢筋网，浇筑C30 混凝土。钢管桩施工完毕后待混凝土达到强度后在对围护侵限围护桩进行分层剔凿。

⑶锚管施工

锚管施工同3.3.3。

⑷钢筋混凝土加强撑

钢筋混凝土加强撑施工同3.3.3。

3.3.5 围护桩剔除施工注意事项

⑴应严格按照施工图设计基坑施工顺序开挖并及时架设支撑，基坑边缘严禁堆载和运行重型施工机械，控制围护桩各工况内力。

⑵围护桩剔凿施工应严格按照处理方案中相关要求实施，应另行编制专项施工方案。

⑶应加墙围护桩剔除范围的基坑变形监测，包括钢支撑内力监测，冠梁顶位移，围护桩测斜监测等内容，并在设计的基础上适当加密监测频率和点位，围护结构内力和变形达到预警值应立即停止开挖。应编制基坑施工风险应急预案。

4 围护桩的侵限控制措施

4.1 对桩机进行全面的检查

桩机进场后，先由桩机人员对桩机及相应机械进行检查维修，并进行运转调试，然后再由专业施工员对重点部位进行再次检验，检查合格后，填写机械进场检查合格证明书交与监理，最后在监理的旁站下，进行试桩。

4.2 熟悉工程地质资料

开工前，总工向有关人员对本工程的地质资料进行详细的交底，重点注意各土层分层的土质情况和位置，以便在钻进过程中及早采用应对措施，防止由于地质情况不熟悉造成桩的垂直度偏差。

4.3 测量放样

施工放样，由测量工程师对本工程的围护结构在平面位置进行施工放样，然后确定围护结构的中心线，中心线应考虑围护桩施工允许偏差、基坑位移、主体外防水的厚度和外墙的施工偏差。护筒的埋设也很重要，护筒内径应比钻头直径略大。

4.4 钻机就位

就位前先平整场地，铺好枕木后用水平尺校正，保证钻机平稳、牢固，以防钻机倾斜或位移。要求钻盘中心同钻架上的起吊滑车处于同一垂直线上，要求偏差不大于±20mm。桩机就位后，其护筒底标高及转盘标高必须由项目部专职技术员亲自测量，并对测绳进行标验，并经监理工程师对钻机的位置、水平度和垂直度检验合格后，方可开钻。

4.5 钻孔过程中控制

⑴钻机的控制：钻进时应视土层情况加压，开始应轻压力、慢转速，逐步转入正常，一般土层按钻具自重钢绳加压，不超过10KN；基岩中钻进为15～25KN；钻机转速：对合金钻头为180r/min；钢粒钻头100r/min。在松软土层中钻进，应根据泥浆的补给情况控制钻进速度。

⑵人员应注意的问题：钻机操作手是控制桩垂直度的第一关，除了按规定填写《钻孔桩钻进记录》外，对出现的异常情况要第一时间通知分管施工员；施工员是控制的第二关，在钻进过程中第1～2m 要检查一次成孔的垂直度，遇到土层复杂的地质，应0.5～1m 要检查一次，如发生偏斜应立刻停止钻进，采取措施进行纠偏，并做好相关施工记录。

5 结论

本工程采用以上处理和控制措施后，安全高效的地完成了既有围护桩侵限问题的整改，同时也有效减少了后期围护桩施工侵限情况。因此得出结论：虽然造成围护桩侵限的原因较为复杂，但通过后期采用“剔除、加设锚管、施做混凝土加强撑”等措施可以得到有效的处理；同时如果采取“对桩机进行全面的检查、熟悉工程地质资料、加强测量放样、钻孔过程中加强控制”等措施可以有效减少围护桩侵限情况的发生。