結合微型鋼管樁的深基坑嵌巖式排樁支護應用研究

蔡國印

摘要：微型鋼管在很多工程項目中都有著非常廣泛的應用，并且也都在不同施工環節中發揮出了關鍵性的作用效果。與傳統的鋼管結構相比，微型鋼管樁體的應用優勢主要體現在施工效率高、應用靈活等方面，但是其抗彎能力相對來說偏低，因此在很多深基坑工程項目中施工人員通常會將微型鋼管樁體與排樁支護、錨索結構結合使用，加強其應用效果。

關鍵詞：微型鋼管樁；深基坑嵌巖式排樁支護；應用研究

一、工程概況

某深基坑工程項目以框架橋梁結構開挖型地基為主，整個橋梁為2跨12.25m+10m的連續框架結構，橋梁全場為52.5m，寬為64.5m，高為7.9m，深基坑的總開挖深度為10m，該工程項目的施工場地的土質層主要包含雜填土、紅黏土、石灰巖、素填土等幾種類型，其中紅黏土又可以進一步細致地劃分為硬塑型、可塑型以及軟塑型，施工人員需要結合施工現場的具體情節制定相應的支護方案，以求可以達到較為理想的深基坑施工效果[1]。

二、支護方案

針對開挖深度為10m的深基坑項目，施工人員可以采取樁錨支護的方式來開展相應的施工作業。鋼管樁可以使用型號為C30的鋼筋混凝土進行樁體的制作，樁體的直徑為1.0m，相鄰樁體之間的間距為1.4m，施工人員可以結合該項目的實際施工情況在深基坑中設置1-2排錨索，通過這種方式可以有效地提高該鋼管樁的穩固性[2]。在該深基坑項目中，其內部有一個110kV的高壓線塔，高壓線塔的中心線與深基坑項目的邊線之間間隔約3.7m，因此施工人員為了可以避免高壓線塔在施工作業過程中出現不同程度的位移，同時也為了盡可能地降低高壓線塔對施工作業所造成的安全隱患問題，施工人員需要設置相應的排樁支護結構，鋼管樁應當以垂直地面的方式進行固定，同時施工人員還需要在支護結構周圍設置2排錨索。由于高壓線塔下的施工作業危險性較高，因此施工人員可以使用沖擊力相對來說較小的成孔樁來代替大規模的旋挖鉆機，通過這種方式來降低深基坑項目的實際開展施工作業過程中潛在的安全隱患問題。

三、微型鋼管設計

從技術的層面上來說，微型鋼管結構的主要特征體現在“微型”二字上，其橫截面積相對來說較小，且屬于柔性支護結構的范疇，因此承載力的計算方法也相對來說復雜性較高。目前比較常見的計算方法有三種，分別是抗滑樁法、等效法、數值法，其中應用范圍較為廣泛的計算方法為等效法。其主要計算原理是將樁體與其周圍的巖土體看做一個整體，然后按照擋土結構的計算方式來推斷出樁體結構的內力。以該深基坑項目為例，我們可以將微型鋼管的嵌巖排樁進行適當地簡化，然后再使用等效法對其進行設計和計算。在這里我們可以針對樁體結構考慮兩種不同的情況，其一是鋼管樁體對排樁所產生的作用力與排樁對基坑側壁所產生的作用力相一致，其二是忽略鋼管樁體對周圍巖石層所產生的抗彎作用和抗剪作用。假設鋼管樁體的慣性矩為I，則根據移軸公式我們可以得出I=n（Ic+Ad2），其中n為鋼管樁體的根數，Ic為鋼管樁體自身的慣性矩，A為鋼管樁體的橫截面積，d為鋼管樁體與排樁結構之間的間距。設計人員在設計鋼管樁體結構時，需要按照以下設計思路以此進行：先根據普通鋼筋排樁的內力分布來確定樁體的彎矩值和剪力值，然后再根據微型鋼管樁體的截面面積在合理的范圍之內適當地對其進行校核和調整[3]。以該深基坑項目為例，深基坑的基巖面深度約為12.4m，隨著淺層巖溶不斷地發育，鋼管樁體的最終相對標高會變為-21.0m。在這個過程中，排樁支護結構所承受的作用力則是由混凝土結構和鋼管樁體共同承擔，以深基坑的基巖面為界限，基巖面以上的作用力主要是由混凝土結構承擔，而基巖面以下的作用力則主要是由鋼管樁體所承擔。經計算可得，基巖面以下的彎矩值在-313-287kN·m范圍內，而剪力值則在-332-304kN范圍內，微型鋼管樁體的直徑為108mm，而樁體的內壁厚度則為4.5mm，在該深基坑項目中，微型鋼管主要是以Q235級的鋼筋材料為主，其在嵌巖排樁支護結構內的實際應用中也起到了非常關鍵的作用。

四、施工工藝

微型鋼管樁體結構通常在混凝土排樁成型的28d以后開始施工，施工人員一般采用一些規模較小的鉆鉆機設備進行鉆孔作業，以該深基坑項目為例，鉆孔的孔徑為130mm。當鉆孔的錨固深度成型之后，施工人員可以在鉆孔內緩慢下放直徑為108mm的微型鋼管樁體結構，同時使用比嵌巖排樁支護結構中混凝土等級略高一級的細石混凝土對其進行壓力灌注作業，從而進一步加強嵌巖排樁支護結構的穩固性。

五、基坑監測

該深基坑項目的排樁支護結構相關的施工作業完成之后，為了可以更好地確保施工質量符合設計標準和要求，施工人員常常要對其進行基坑監測，借助一些先進的監測儀器將嵌巖排樁樁體的水平位移情況進行準確地測量和記錄，如圖1所示[4]。從圖1中我們可以得知，隨著嵌巖排樁樁體開挖深度的逐漸增加，樁體的水平位移也呈現出明顯上升的趨勢。上升的形態以階梯型為主，每一層土質層開挖作業完成后，其形變量都會出現收斂緩和的情況，嵌巖排樁樁體的內斂最大值為19.2mm，該結果符合深基坑項目的相關設計標準，因此我們可以得出以下結論：合理地將微型鋼管樁體結構應用于嵌巖排樁樁體中可以有效地提高深基坑項目中基坑支護的穩定性，減少基坑出現不同程度上的水平位移，有利于提高該深基坑項目的整體施工質量水平。

六、結束語

微型鋼管結構在排樁支護中的實際應用雖然還存在一些缺陷問題，但是該鋼管樁體結構在深基坑項目中所體現出的作用價值也是我們不可否認的，希望該種應用方式可以得到技術研究人員的進一步優化，從而更好地為深基坑項目領域的未來發展做出更大的貢獻。

參考文獻：

[1]郭維衛.微型鋼管樁在特殊基坑（槽）中的支護應用[J].綠色環保建材，2017（6）：193-195.

[2]滕海軍，劉偉.微型鋼管樁在基坑支護工程中的應用[J].施工技術，2011（s1）：193-195.

[3]劉杰.深基坑鋼管土釘與鋼管排樁噴混凝土聯合支護技術[J].國防交通工程與技術，2012（b05）：168-170.

[4]顏良.破碎帶嵌巖型注漿微型鋼管樁施工技術[J].中國建設信息化，2014（8）：174-175.

（作者單位：南京南大巖土建設工程有限公司）