地鐵工程土巖結合基坑支護中微型鋼管樁的試驗研究

□丁鵬程

一、苗嶺站土巖結合地層概況

苗嶺站位于華北地臺構造，以穩定的花崗巖巖基，深層相似斑狀中粗粒黑云母花崗巖為主組成巖石。該地段的地質由于經過系統的地殼運動，而導致該區域的成因比較復雜，因此地形構造也相對比較大復雜。

(一)工程概況。藍色硅谷線苗嶺路站位于深圳路東側苗嶺路下方東西方向布置，為地下三層側式車站。站后設折返線，站前接單洞雙線礦山法區間。車站全長171.8m，標準段寬25.1m，頂板覆土約3m，基坑深約23m。

(二)主要不良地質問題對工程的影響。一是不良地質。本車站地面自西向東緩傾，基巖以燕山晚期花崗巖為主，區間內未見巖溶、滑坡、崩塌等不良地質作用。二是特殊性巖土場區范圍內的特殊性巖土為人工填土。本段人工填土以素填土為主，其成分為花崗巖風化碎屑，局部夾有碎、塊石，土質不均，土體松散～稍密。主要分布于表層，厚度較薄，多小于2m。

二、基坑支護中微型鋼管樁施工設計

苗嶺路站基坑支護主要工程施工設計參數見表1。通過圖1 可以知道其主要包括鋼管樁、錨(索)桿。

(一)鋼管樁設計工藝。進行微型鋼管樁施工，需要嚴格按照施工操作進行，結合區域地形地貌，微型鋼管樁主要采用沖擊鉆工藝成孔工藝，此種工藝目前在地鐵施工中比較常見，具體的施工流程為:一是要對樁位進行放線。也就是確定微型鋼管樁施工的具體位置，具體的確定方法就是嚴格按照施工建筑的紅線，根據間隔一米的基本要求，精確測量樁體的位置，并且進行相應的記號確定;二是確定鉆機的位置。對微型鋼管樁進行安裝，需要進行鉆孔作業，為了確保鉆孔位置的準確性，要保證鉆孔機在作業時與鉆桿軸線、樁孔中心在同一垂直線上，對此可以借助垂直設備進行測量，保證鉆桿軸線與樁孔中心的差距要小于10mm。為了保證在鉆孔作業的過程中機械設備出現抖動的現象，鉆機安裝必須要牢固，在鉆機的底座可以添加底座墊進行加固處理。根據地鐵鉆孔要求選擇中風壓潛孔鉆機，保證鉆孔的直徑為180mm;三是微型鋼管的制作。微型鋼管的制作是整個施工中的重要環節，根據對微型鋼管樁的設計要求，制作的微型鋼管的厚度必須要達到5 個厚，外徑為146mm，當設計的長度不能滿足施工要求時，需要進行重新制作，當然當制作的微型管長度長于設計要求時，可以進行截斷，當然截斷之后的鋼管要利用電氣焊將鋼管的端頭進行加工，將其制作成錐子型，這樣可以在下方微型鋼管進行操作;四是運輸、下方微型鋼管。在制作好微型鋼管之后需要利用機械設備將其運輸到制定的位置，一般需要將微型鋼管端頭用鋼絲繩固定到挖掘機斗上，并且將有錐頭的一端朝下，以便一次性降低放置到鉆好的孔內;五是下注漿管、注漿成樁。在完成微型鋼管的下方之后，需要對齊進行灌漿作業，具體步驟是首先將注漿管插入到微型鋼管的底部，然后按照砂漿比例進行灌注，具體的灌注水泥比例為:0.45～0.5 之間，在注漿的過程中不能停止，直到水泥漿從微型鋼管中流出為止，在完成上述的操作之后，需要將端頭松散的水泥漿去除，以此便于養護微型鋼管樁。

圖1 鋼管焊接

(二)錨(索)桿施工設計。

1.錨(索)桿支護參數。苗嶺路站基坑采用孔徑φ200 鋼管樁+錨(索)桿的基坑支護體系，A、B、C 單元基坑側壁自上而下共設置13 道錨(索)桿，D 單元基坑側壁自上而下共設置9 道錨(索)桿，D－1 單元基坑側壁自上而下共設置7 道錨(索)桿，D－2 單元基坑側壁自上而下共設置3 道錨(索)桿，E 單元基坑側壁自上而下共設置11 道錨(索)桿。根據設計要求，錨(索)桿桿體類型有1φ32 鋼筋、2φ32 鋼筋、3φs15.2 鋼絞線、4φs15.2鋼絞線4 種。錨孔灌漿材料采用灰砂比為1:1、水灰比為0.45～0.5 的水泥砂漿。

2.施工方法及主要技術措施。一是鉆孔成孔。首先將鉆機就位對中，調對入射角度，定位復查無誤后，啟動鉆機鉆進，具體鉆孔的深度要大于設計的0.5m，以此供無法返出的殘渣沉積，以確保錨桿深度達到設計要求;二是錨(索)桿制作與安裝;三是錨(索)桿安裝與運輸。錨索安裝在鋼鉸線組合成索、錨桿桿體拼裝完成及鉆孔完成后及時進行，安裝前先清洗孔壁，確保滿足設計要求無誤后，將錨(索)抬起徐徐放入孔內至設計深度;四是注漿。錨(索)桿安設完，對錨孔及鋼絞線驗收合格后進行注漿，采用JBW150/40 壓漿泵。

(三)冠梁設計及施工工藝。一是開挖表層覆土。根據設計冠梁位置及高程，進行現場測量放線。根據放線位置進行表層覆土開挖至設計冠梁底。二是樁頭處理。表層覆土開挖至冠梁底高程后對孔樁樁頭進行處理，鋼管樁切割至冠梁頂標高，將樁頭清理干凈。三是綁扎鋼筋及預埋件安裝樁頭清洗干凈后，測量放樣冠梁邊線及高程控制點，根據定位控制線進行鋼筋綁扎。四是模板施工冠梁模板采用15mm 厚竹膠板，采用50mm×100mm 木枋作為背杠，橫向間距300mm，橫桿用2Φ42 的鋼管兩排，間距200mm。鋼管用Φ12 螺桿對拉，蝴蝶結加螺母鎖死。見圖2。

圖2

三、鋼管樁應力測試結果分析

隨著基坑開挖深度的增加，樁身應力不斷增大，大約在8～10 m 范圍處樁身應力達到最大。隨著基坑開挖的進一步進行，樁身應力逐漸變小。在基坑10 m 范圍內土質主要以砂土和黏性土為主，樁身應力直呈上升趨勢，隨著深度的增加即到達強風化巖，由于鋼管樁有一定的入巖深度，充分發揮了其支護作用，使得彎矩逐漸變小。由此可知，在土巖結合地層，鋼管樁深入到堅硬的巖石層，其一定的入巖深度對基坑支護工程具有一定的效果。

［1］吳學鋒，寇海磊.土巖復合地層注漿微型鋼管樁－錨桿聯合支護研究［J］.地下空間與工程學報，2012，8

［2］趙文強.上軟下硬復合地層條件下深基坑支護設計探析［J］.隧道建設，2014，2