鋼管樁、土釘組合式支護體系在深基坑支護中的應用

龐敬柱

河北省張家口市第三建筑工程公司，河北張家口 075000

鋼管樁、土釘墻組合式支護體系。其成功解決了基坑周邊不能放坡，周邊場地狹小護坡樁無法成孔，要求位移小，基坑支護造價較高的難題，做到了施工便利，對控制邊坡位移變形、增強整體穩定性、保證邊坡開挖過程中不發生局部坍塌等具有很好的作用，該法大大提高了邊坡的安全穩定性。特別是對放坡坡度小、周邊有建筑物或地下管線等的邊坡支護，具有常規土釘墻和護坡樁無法相比的優點。

1 工程概況

本工程為某建筑基坑開挖護坡工程，地上26層，地下二層，基坑東西長約46.2m，南北長約41.8m，框架剪力墻結構，筏板基礎，基坑北部主樓基礎深12.0m，基坑南部地下車庫基礎深11.8m。基礎埋深較大，基坑周圍環境復雜。

2 場地工程地質與水文地質條件

2.1 工程地質條件

根據巖土工程勘察報告，本場地自上而下地層分布及工程地質性質為：1）人工填土；2）黃土狀粉質粘土；3）黃土狀粉土；4）細紗；5）粉土；6）粉質粘土；7）中砂；8）粉質粘土；9）中砂；10）粗礫砂；11）粉質粘土。

2.2 水文地質條件

根據巖土工程勘察報告，本場地地下水位埋深在47.2～47.5m之間，基坑深度范圍內未見地下水，可不考慮地下水對建筑的影響。

3 支護設計思路及方案的選擇

由于基坑四周放坡空間狹小，周邊緊鄰的建筑物、管道及道路不可觸動，場地空間無擴展的可能等眾多因素的制約，在方案的比選上，為了尋求一種安全可靠又比較經濟實用的方案，經認真計算、分析，采用了“鋼管樁、土釘組合式支護”工藝，即在基坑開挖前先施工一排小型鋼管樁，然后在開挖過程中實施土釘支護工藝的組合式支護體系。

4 鋼管樁、土釘組合式支護的作用機理及特點

4.1 作用機理

1）鋼管樁強化了土釘對復合體起的骨架約束作用。土釘在土體內分布的空間組成復合體的骨架，而鋼管樁使豎向多變的土層構成一個整體與土釘共同約束土體變形；2）鋼管樁與土釘共同對復合體起分擔作用。由于鋼管樁具有較高的抗彎剛度，所以和土釘的抗拉抗剪強度共同承擔外部荷載和土體的自重壓力，將大大的提高復合體土體的水平拉力；3）鋼管樁與土釘共同承擔起應力傳遞和擴散作用。由于土釘錨體深入滑裂面以外穩定土中，能提供較大抗拉力，將活動土應力傳遞到穩定土中，而鋼管樁和土釘橫拉鋼筋通過力的擴散，有效的降低了應力集中程度；4）更有效的起到約束坡面變形的作用。鋼管樁在鋼筋網噴射混凝土面層后起到中流砥柱作用，可有效的控制坡面的變形。

4.2 支護特點

1）提高了邊坡整體穩定性，使基坑支護更安全可靠；2）設備簡單，易于施工，減少擾民和有利于環境治理；3）坡面位移小，一般小于開挖深度的千分之二，對相鄰建筑物影響小；4）應變能力強。一般鋼管樁成孔階段相當于施工勘察階段，如發現局部地質條件變化時可隨即調整樁距；挖土過程中發現局部掉土可以先噴一層混凝土，再施工土釘，使支護更安全；5）可減少土釘縱向拉筋數量，利于縮短工期和節約造價；6）經濟效益好。使用復合土釘的價位，達到樁錨的效果；7）可充分利用場地，一般為直坡且可緊鄰原有建筑物施工。

5 基坑支護方案

根據現場情況，經過分析計算確定了基坑支護方案，方案概況為：東側、南側基坑采用直立鋼管樁土釘噴錨支護；西側、北側基坑采用放坡土釘噴錨支護。

6 支護施工

6.1 施工工藝流程

平整場地→測量放線→鋼管樁定位→鋼管樁鉆孔→鋼管加工置入鋼管→灌漿補漿→帽梁施工→養護→機械挖工→修整邊坡→土釘定位→土釘成孔→清孔→置入土釘筋→灌漿補漿→綁扎鋼筋網片→焊接加強筋→噴射混凝土→養護→下一步機械挖土（循環直至基坑底部）→基坑支護完成。

6.2 施工技術要求

1）鋼管樁施工技術要求。鋼管樁間距0.75m，鋼管樁孔位的允許偏差不大于50mm，鋼管樁直徑φ128mm，允許偏差-5mm至-20mm。鋼管為直徑80mm、壁厚4mm的普通鋼管。鋼管樁采用GY-150小型工程鉆機成孔，注漿采用壓力注漿，最大壓力≤2Mpa。漿液采用純水泥漿，水泥采用強度等級為32.5MPa的普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.55，強度等級為M20。鋼管樁頂下挖寬0.2m，深0.2m的小槽，用兩根直徑20的HRB335鋼筋將鋼管焊接連成一整體，并澆筑C20砼。

2）土釘施工技術要求。土釘孔位的允許偏差不大于10mm；土釘直徑φ120mm，孔徑允許偏差-5至+20mm。土釘長度按設計圖施工，孔深允許偏差-50至+100mm。土釘傾角15°，傾角誤差不大于3°。土釘采用人工洛陽鏟成孔，土釘鋼筋應置于孔中心，保護層厚度不小于20mm。土釘成孔后應及時置筋、注漿，以防踏孔，注漿采用重力注漿。漿液采用純水泥漿，水泥采用強度等級為32.5MPa的普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.5，強度等級為M20。面層鋼筋網為φ6.5@200×200，保護層厚度不小于20mm。混凝土面層厚度100mm，采用混凝土噴射機噴射C20混凝土。

3）土方開挖技術要求。土方開挖的順序、方法必須與設計工況相一致，并遵循“開槽支撐，先撐后挖，分層開挖，嚴禁超挖”的原則。

4）CD段腰梁及鋼絞線錨索施工。CD段腰梁及鋼絞線錨索的施工應在該部位土釘墻面噴射完混凝土后，下一步土開挖之前進行，腰梁采用兩根180mm的槽鋼對焊連接，鋼絞線錨索在腰梁上每1.5m設置一個，每個鋼絞線錨索為三股，規格1×7φs=15.2，A=181.4mm2,標準強度1720N/mm2，設計強度1220N/mm2，每隔1.5～2m設一隔離件，中部插入注漿管，管端距孔底1.5m，自由段預留長度小于4.5m，穿入膠套管與水泥漿液隔離，錨索孔深20m，孔徑為150mm水平傾角為10度，灌漿材料采用強度等級為32.5MPa的普通硅酸鹽水泥漿，注意分階段循環進行注漿、補漿。錨體養護達到注漿強度的70%后，方可進行預應力張拉，張拉時采用“跳張法”，即隔一拉一。

7 基坑監測及應急措施

1）基坑監測。從基坑開挖開始，直至基坑回填結束，全程進行了水平位移和沉降的觀測。

2）應急措施。土釘支護的核心內容，體現在信息化施工即反饋設計，由施工過程中的監測工序來完成，當邊坡的位移變化速率超過警戒值時，就要采取措施，針對本工程的措施是將上面已施工過的土層根據情況追加土釘，并且要加長。對于下面的土層，土釘要縮小間距，釘體要加長，增加注漿壓力，并且還可以追加微樁的密度、長度，在施以預應力錨桿以約束。如果變形突然加大則應立即組織基坑臨邊樓內人員撤離，立即用挖土機將土方回填，回填后再實施方案。

8 結論

嚴格按照相關規范要求，對基坑周邊監測控制點進行了周期性水平位移和垂直位移雙向監測，符合設計要求。該基坑采用鋼管樁、土釘組合式支護非常成功，解決了基坑場地狹小難題，施工簡便，并且此種基坑支護方案比“樁錨支護”節省大量費用。