微型桩+锚杆组合式支挡结构在湿陷性黄土地区基坑中的应用

古 刚

(中铁二十局集团第六工程有限公司，陕西 西安 710032)

0 引言

随着城市的经济发展，城市道路改造项目越来越多，如何保证既有道路的安全运营和稳定显得尤为重要，如地下通道改造、既有道路接驳、管线改造、地下商场及停车场建造等，地下工程往大深度方向发展给基坑支护施工带来许多困难。微型桩具有施工机具小、施工振动及噪声小等优点，广泛应用于狭窄环境的施工作业，尤其适用于公害受到严格控制的市区。本文结合湿陷性黄土地层中微型桩+锚杆支挡结构的应用，通过对设计方案比选、施工工艺及质量控制措施、边坡监测等方面进行分析和总结，为后期相似环境地区施工提供借鉴。

1 工程概况

本工程位于西安市文化商务区南三环辅路，工程北起和谐路，东至翠花南路，道路全长753.055m，道路等级为城市支路。南三环辅路K0+400—K0+650南侧紧邻绕城高速公路匝道现状边坡，项目道路设计标高与匝道路面标高高差3.0～10.7m，水平距离10～14m，最大开挖深度约4m，为保证绕城高速公路匝道边坡安全稳定，对现状边坡采取微型桩+锚杆支护(见图1)。

图1 微型桩与高速公路位置关系(单位：m)

2 场地工程地质条件

拟建场地内与南三环辅路相交的道路共3条，分别为和谐路、汉口街和翠华南路，本场地土层自上而下分为杂填土、黄土、古土壤。各土层主要特征如下：杂填土，杂色，松散，主要由黏性土、混凝土块、砖块、瓦片等建筑垃圾组成，黏性土较多；黄土，黄褐色，可塑～硬塑状态为主，土质较均匀，虫孔及大孔隙发育，可见植物根系，含少量钙质条斑；古土壤，红褐色，坚硬～硬塑状态为主，含少量白色钙质条纹及钙质结核，团粒结构，底部白色钙质结核富集。

工程范围内为非自重湿陷性黄土场地，湿陷等级为Ⅰ级(轻微)～Ⅱ级(中等)。

3 基坑支护方案设计

根据施工场地现状、地质勘察报告，结合道路规划设计、经济性及景观要求，综合比对微型桩+锚杆支护、钻孔灌注桩桩板支护、U形混凝土板桩支护及衡重式路堑墙支护等施工方案，最终选取微型桩+锚杆支护方案(见表1)。

表1 方案选择对比

1)K0+430—K0+480φ400微型桩长度9m@0.8m+锚杆长度20m@2.4m，桩外露高度4m。

2)K0+480—K0+520φ400微型桩长度9m@0.8m+锚杆长度20m @2.4m，桩外露高度3～4m。

3)K0+520—K0+650φ400微型桩长度9m@0.8m+锚杆长度20m@2.4m，桩外露高度3m。

4)K0+430—K0+650 微型桩外侧布置200mm厚挡土板，埋深200mm，板下布置条形基础，高度同桩顶(见图2)。

图2 微型桩+锚杆支挡结构剖面

4 施工总体方案

本工程微型桩采用立式钻机钻孔，人工配合起重机安装桩内H型钢并临时固定，桩身混凝土浇筑采用人工配合泵车泵送入模，振捣棒振捣密实，微型桩钻孔采用跳桩施工，混凝土终凝后方可进行邻桩施工。锚杆钻孔采用钻孔机成孔，人工定位安装钢筋锚杆、压浆泵注浆，穿心千斤顶张拉锚固。冠梁、挡土墙和基础梁钢筋采用现场集中加工，人工配合起重机安装骨架，现场绑扎，模板采用木胶板，现场组拼，人工配合起重机安装，对拉杆加固，采用商品混凝土，搅拌车运输至现场，泵车泵送入模，振捣棒振捣；墙身混凝土分2次进行浇筑，第1次浇筑至锚杆底部，第2次浇筑至设计高程。

5 微型桩及锚杆施工工艺

5.1 微型桩施工

5.1.1微型桩施工工艺

微型桩施工工序为：施工区域内回填土压实→桩位测量放线→定位钻孔→清孔、孔位验收→下工字钢、校正位置→浇筑混凝土→成桩养护(见图3)。

图3 施工工艺流程

1)施工区域内回填土压实 K0+540—K0+650段场地现状高程低于微型桩顶高程，先素土回填至桩顶设计高程，采用机械分层回填，压路机静压，虚铺厚度≤30cm，回填完毕后及时进行压实度检测，回填压实度≥95%。填料要求严格按设计和规范执行，填土中有机质含量≤5%，含有碎石时，粒径≤5cm，含水量控制在最佳含水量的±2%。各层回填合格后进行下一层回填施工。桩基施工前根据设计要求放出基坑边线并定出桩位，使用φ100 洛阳铲对施工区域每隔5m进行探测；在确定地下无障碍物后进场安装钻孔机进行成孔作业。

2)测量放线 根据设计桩位参数进行测量放线，并引出护桩点位。

3)孔距定位 根据设计的孔洞直径、间距、排距使用木桩打入地下进行定位。

4)钻机就位 根据微型桩设计位置，在成孔位置上安装钻机定位，确保钻杆中心和设计桩位重合。

5)钻孔 将钻机安放在指定位置，安放水平，防止倾斜；将钻杆抬至钻机旁，水管与钻杆接在一起，启动钻机与水管，慢慢钻进；每进深2m，需接1次钻杆，直至设计有效深度。

6)清孔 在安装H型钢前，要对桩孔内杂物进行检查清理，确保桩身混凝土干净无污染。

7)H型钢安装 采用人工配合起重机逐步下放安装桩身H型钢，每根桩身采用整根9.0m长型钢，中间尽量减少焊缝连接。H型钢采用人工配合8t起重机缓慢导入桩内，安装完毕后，桩口采用十字架临时固定。

8)桩身混凝土灌注 采用C30商品混凝土，搅拌运输车运送至现场，汽车泵送灌注，人工采用φ50振捣棒振捣密实。

5.1.2微型桩质量控制要点

1)施工过程中桩位偏差≤5cm，桩身垂直施工误差≤1%。

2)混凝土初凝后方可进行相邻桩施工，钻孔完成后应将孔底沉渣等杂物清理干净，沉渣厚度≤100mm。

3)混凝土灌注应连续不间断，不得有断桩、混凝土离析现象发生，桩顶混凝土超灌高度为0.2～0.3m，桩顶设计标高处不得有浮渣。

4)H型钢的材质单、力学性能、焊接质量必须符合现行国家标准，每个批次必须提供和检验1次。

5)H型钢采用十字架固定必须稳固可靠，不可扭转，中心偏差≤20mm。

5.2 锚杆施工

5.2.1锚杆施工工艺

微型桩桩身施工完毕后，机械开挖至锚杆施工位置，立即进行锚杆锚固施工。锚杆的具体施工工艺为：施工准备→孔位布置→钻孔成孔→安设锚杆钢筋→注浆→预张力(100kN)→封锚、锁定。

1)施工准备 施工前，人工配合挖掘机清理桩身正面的地面高程至锚杆设计位置以下50cm，及时清理桩后边坡的杂物及松散土体，并整平坡面。

2)锚杆孔位布置 锚杆位置测量放样完成后，采用木桩进行标记，设计间距为2.4m。

3)成孔 移动钻机至适当位置，使钻杆中心与锚杆设计中心对中重合，并按设计倾斜角度(25°)进行钻孔。钻孔过程中如遇到障碍物需调整孔位，以不影响支护安全为原则，及时通知设计单位调整，禁止私自更改孔位。

4)锚杆预应力钢筋安装 锚杆钢筋安装前先将双拼[18a腰梁按设计角度位置焊接固定在H型钢正面，槽钢与H型钢斜角夹角垫钢板支撑。槽钢腰梁位置固定好后，将锚杆托架和锚头钢板按设计位置固定在槽钢腰梁上。

锚固钢筋采用直径25mm HRB400钢筋2根，锚固长度20m，工作长度1.2m，自由端长度5m，锚杆钢筋下料长度需满足施工要求，不得小于设计长度。锚杆钻孔成孔后应及时将2根钢筋通过锚杆托架穿入钻孔，锚杆钢筋在穿入放置过程中，应注意避免锚杆保护层钢筋刮碰孔壁。

5)注浆 锚杆注浆在钢筋安装后统一进行，水泥浆设计水灰比为1∶(0.5～0.55)，设计强度等级M25，采用低压(0.5～0.8MPa)法按配合比将水泥浆注入孔内。为确保锚杆锚固效果，孔口设置止浆塞和排气孔，采用二次注浆法，导管插入孔底，先低压注浆，然后缓慢匀速撤出导管，导管出浆口应始终埋入浆液内，确保逸出孔内全部气体。当导管离注浆口1.0m范围内时，应采用高压注满并保持3～5min，然后立即封堵注浆口，让孔内压力慢慢扩散。

6)预张拉 在同等条件水泥浆试件强度达到75%后，采用50t穿心千斤顶对锚杆逐一进行预张拉。张拉前先检查锚杆托架、锚固钢板和槽钢腰梁确保接触紧密无空隙，槽钢腰梁和微型桩H型钢间钢垫板支撑稳固，确保槽钢和H型钢接触紧密，不影响张拉力传递。张拉采用50t穿心千斤顶逐根进行，单根钢筋张拉设计拉力为50kN。张拉过程中应平缓加载，避免张拉过快导致脱锚。张拉设备应提前进行配套标定，依据标定的回归方程和设计张拉力计算出油表读数。

预张拉过程中，千斤顶正前方60°范围内严禁站人，并设置临时挡板进行防护。

7)封锚、锁定 锚固张拉达到预张力后，不能立即锚固，应保持荷载2min后采用螺栓进行锚固。张拉采用应力控制，达到设计张拉应力后，人工用专用工具将锚固螺栓拧紧。

5.2.2锚杆质量控制要点

1)桩间土开挖应注意避免塌孔、串孔等不良工程现象发生。

2)锚杆施工前柱间土开挖深度不得低于锚杆标高0.5m，严禁超挖，待锚杆施工完成后方可继续开挖。

3)锚杆外端(孔口端)2.5m长度范围应除锈。刷沥青船底漆，锚杆水泥净浆保护层厚度≥25mm。

4)成孔过程中不得加泥浆，为防止塌孔，可注入纯水泥浆，孔位偏差水平方向≤5cm，垂直方向≤10cm。

5)钻孔应保持匀速，必须严格控制，不能超出钻机标准钻速的1%～2%，钻孔底部偏斜采用测斜仪进行检查，不得大于钻孔深度的3%，钻孔偏斜较大易造成下锚困难。

6)钻孔至设计深度后，不能立即停钻，应超钻30cm，并且持续空钻1～2min，避免孔底直径达不到设计要求。

7)水泥砂浆应严格按工艺参数进行拌合，随拌随用，必须在初凝前用完，保证灌浆达到最佳效果。

6 基坑稳定性监测

为确保高速公路匝道边坡安全稳定、施工安全和开挖顺利进行，在整个施工过程中进行全过程监测，实行动态管理施工，及时分析基坑开挖过程中支护结构及周围土体受力与变形的监测数据，随时对施工方案进行调整。

边坡观测的周期应视施工进度及季节变化等情况确定，施工安全监测采取24h观测1次，施工结束后转为施工效果监测，在雨季每半月或1月测1次，干旱季节可每季度测1次。如发现边坡变形加快，或遇暴雨，应及时增加观测次数。观测过程中发现有大滑动可能时，应立即缩短观测周期，及时增加观测次数(见表2、图4)。

图4 坡顶监测位移、沉降时程曲线

表2 监测项目、测点布置及变形允许值

坡顶地表沉降、水平位移监测数据表明，在整个微型桩+锚杆组合式支挡结构施工过程中, 虽然个别变形速率超过预警值，但累积沉降与位移值未超过预警值，基坑支护体系整体处在安全、稳定可控状态, 确保了边坡及既有交通的通行安全。

7 结语

通过本工程微型桩+锚杆组合式支挡结构施工实践，结合考虑安全性、施工工期及造价，城市改造项目在湿陷性黄土地区采用微型桩+锚杆支护结构可代替传统的钻孔灌注桩、U形混凝土板桩等，同时可作为永久结构利用，该支护结构不仅施工占地小、成本低、噪声低，而且受锚杆作用，基坑抗滑移、抗倾覆和稳定性可达到要求。工程实例表明，微型桩+锚杆支护结构在挖土深度≤5m的湿陷性黄土基坑工程中造价较低、安全系数高。