土釘墻復合微型鋼管樁基坑支護施工技術

蘇龍輝

（中建協和建設有限公司，福建 泉州 362700）

0 引言

土釘墻支護施工簡捷、經濟，但在土質不好、放坡距離不足、基坑超深情況下無法使用；混凝土灌注樁支護承載力高，但造價較高且存在擾民、污染環境問題。而土釘墻復合微型鋼管樁支護彌補了土釘墻支護和混凝土灌注樁支護存在的不足和使用限制，具有如下優點：1）穩定性好，安全性高：土釘墻復合微型鋼管樁基坑支護將錨桿、微樁與滑裂面以外土體連成一個整體，通過托架（腰梁）、錨頭、鋼筋網片、帽梁與微樁連接，組成一個受力體，增強了土體的自立性，提高噴射層面與土體的黏結前強度，增加了支護結構的剛性和穩定性，最大限度地約束了基坑變形和限制坑底的隆起、管涌和滲流問題的出現，使基坑有較高的安全系數，更好地確保安全生產。2）施工便捷，加快進度：土釘墻復合微型樁施工無須大型機械設備，施工工藝簡單，出土量少，施工效率高，同時采用采用高標號早強注漿材料，短時間內達到設計強度要求，再進行分層土方開挖及土釘支護，加快工程進度。3）降低成本，安全環保：混凝土樁支護最大優點是控制位移能力強[1]，但成本高、施工復雜，土釘墻復合微型鋼管樁施工安全高效，能夠有效降低成本，同時施工過程無噪音、污染少，有利于文明施工和環境保護。土釘墻復合微型鋼管樁在工期、造價、安全、環保等方面更先進、更新穎，因此廣泛應用于基坑支護工程中。該文通過工程實例介紹土釘墻復合微型鋼管樁基坑支護施工技術，為后續類似工程提供參考。

1 工作原理及適用范圍

土釘墻復合微型鋼管樁基坑支護工作原理如下：在土方開挖前，先在自立穩定性較差的地層中打入鋼管，作為超前支護措施，以提高土層的自立穩定性[2]，然后進行土方開挖和土釘墻支護結構的施工，通過鋼管樁、錨桿、墻面與原狀土體的共同作用，形成類似重力擋土墻的支護結構復合體的基坑垂直支護技術，明顯提高邊坡土體的結構強度和抗變形能力，減小土體側向變形，增強整體穩定性。

該技術適用于臨近建（構）筑物或地下管線、地面條件限制、填土厚度大、邊坡位移要求較嚴、施工振動及噪聲要求小、工期要求緊且工程造價有限的基坑支護施工。

2 工程概況

2.1 工程簡介

該工程共有1棟26層辦公樓、1棟29層公寓樓、5層商業裙樓、3棟獨立商業裙樓，所有樓棟共用地下室，地下室局部1層、局部2層，東側區域的辦公樓和公寓樓地下1層，基礎埋深8.4m，西側區域的商業裙樓和獨立商業樓地下2層，基礎埋深12.1m，基坑面積約25000㎡，擬建工程地下平面圖如圖1所示。

圖1 擬建工程地下平面圖

2.2 地質條件及周邊情況

擬建場地包括民房、工廠、山坡地、耕地、水塘等，基坑開挖影響范圍內場地地層主要分布如下。1）雜填土①（Q4ml）。灰黃色、褐黃色、雜色等，松散狀，稍濕~濕，均勻性差，局部為素填土，工程性能差。2）粉質黏土②（Q4al+pl）。灰黃色、灰綠等，濕，可~軟塑狀，切面稍光滑，稍有光澤反應，干強度中等，韌性中等，無搖震反應，局部含少量植物根系，工程性能差，力學性能不均衡，厚度為0.50m~4.90m，平均厚度為1.82m。3）含泥中粗砂③（Q4al+pl）。灰黃色，局部呈灰、灰黑色，呈飽和，松散~稍密狀，均勻性差，分選性一般，級配較差，顆粒呈棱角形，工程性能差。4）粉質黏土③1（Q4al+pl）。灰褐色，灰黑色等，呈濕，可~軟塑狀，切面稍光滑，干強度中等，韌性中等，無搖振反應，均勻性差，工程性能差。5）粉質黏土④（Q4dl）。灰黃色，呈稍濕~濕，可塑狀，切面稍光滑，干強度中等，韌性中等，無搖振反應，工程性能一般。6）殘積砂質黏性土⑤（Qel）。褐黃、灰黃、灰白色等，濕，可塑~硬塑狀，干強度低，切面粗糙，韌性低，遇水易崩解軟化，工程性能由上至下漸好，工程性能一般~較好。7）強風化花崗巖⑦（γ52（3））。灰黃色、灰白色、褐黃色等，工程性能較好~良好。8）中風化花崗巖⑧（γ52（3））。灰黃色、灰色、灰白等，中粗粒結構，塊狀構造，巖體中未發現軟弱夾層、臨空面，工程性能良好。9）微風化花崗⑨γ52（3））。灰色、灰白等，中粗粒結構，塊狀構造，巖體完整性為較破碎~完整，工程性能良好。根據勘察報告，場地內地下水初見水位埋深為0.45m~8.70m，混合穩定水位埋深為0.50m~8.80m。

2.3 基坑支護設計概況

由于該工程西側負二層區域拆遷速度緩慢，東側負一層區域的辦公樓和公寓樓亟需施工預售，建設單位要求負一層區域先于負二層施工。由于負一層區域的辦公樓和公寓樓底板后澆帶距離負二層剪力墻約2m~3m，空間較為有限，負一層與負二層之間支護形式采用土釘墻復合微型鋼管樁。

支護方案如圖2所示，共設置3道注漿錨管和1排微型鋼管樁，微型鋼管樁和土釘錨桿之間采用槽鋼鏈接，以增強土釘墻面層的強度及整體剛度，防止其開裂和外鼓，保證基坑安全，微型鋼管樁和土釘墻的參數如下：1）微型樁采用Φ219mm（壁厚10mm）的鋼管，成孔直徑≥300mm，孔深9m，間距500mm，鋼管內投放10mm~30mm碎石，同時用清水洗孔，清孔結束后注入水泥凈漿；樁頂澆筑300mm×400mm的冠梁，冠梁混凝土強度等級C30。2）沿微型樁高度方向設置3道注漿錨管，錨管采用Φ48mm×3.0mm的鋼管，長度6m，橫向間距1500mm，錨管上每隔300mm設置有Φ6mm出漿孔。錨管采用底壓注漿工藝，灌注水泥凈漿，水灰比0.5，注漿材料強度M20，錨管通過18a槽鋼腰梁鎖定鋼管樁。3）土釘墻復合微型鋼管樁墻面掛Φ6.5@250mm×250mm單層雙向鋼筋網片+噴射80mm厚C20砼支護。

圖2 土釘墻復合微型鋼管樁支護剖面圖（單位：mm）

3 施工技術要點

3.1 工藝流程

測量放樣微型鋼管樁施工（鉆機就位—鉆孔及驗孔—吊放鋼管和注漿管—投放碎石并清孔—注漿—樁體養護）冠梁施工及養護坡頂止水臺施工土方分層開挖、錨管、掛網噴射混凝土、腰梁鎖定交叉施工開挖至基底并設置坑底排水系統。

3.2 測量放樣

場地平整后，以業主提供的水準點及測量控制網進行引測，按照圖紙測量放出基坑邊線，定位微型樁樁心位置，利用鋼筋等作出明顯標記，孔位偏差小于50mm。測量出工作面標高，確定鉆孔深度，點位放好后，及時報監理測量工程師對點位進行復核驗收，驗收通過后方可進行施工[3]。

3.3 微型鋼管樁施工

3.3.1 鉆機就位

將鉆機安放在指定位置，同時將鉆桿移至鉆機旁，鉆桿正對樁正中位置，懸空至地面100mm后固定，安放平穩。由于緊鄰已施工的樓棟底板，因此需要保護結構及預留鋼筋，同時須滿足鉆機施工空間，保證施工質量，保障安全。

3.3.2 鉆孔及驗孔

鉆機采用清水鉆進，根據現場情況采用膨脹土及堿進行水循環泥漿護壁，鉆孔時開孔給進要適當緩慢，當鉆孔深達2m后可用正常速度鉆進以確保鉆孔精度，后續每鉆進2m，檢查鉆機水平度，接長鉆桿，直到設計深度，達設計深度后及時組織驗孔。施工時為防止出現穿孔和漿液沿砂層大量流失的現象，可采用跳孔施工、間歇施工和增加速凝劑摻量等措施來進行處理。

3.3.3 吊放鋼管與注漿管

鋼管與注漿管吊放前須經質檢人員檢驗后方可使用，注漿管口距孔底為100mm~200mm。

3.3.4 投放碎石并清孔

鋼管安放后，根據設計要求下10mm~30mm碎石，采用人工振蕩入孔，直至填滿為止（如圖3所示），然后通過注漿管用清水洗孔，直到孔口返出清水為止，使孔內泥漿全部排出。

圖3 人工投放碎石骨料

3.3.5 注漿

清孔完畢后采用專用機械拌制水泥凈漿（水灰比0.5）及時進行注漿，注漿管由注漿機直接接入下入孔內的注漿管上，接口要密封連接。注漿管須裝設壓力表，第一次注漿壓力0.4MPa~1.0MPa，注漿后暫不拔管，保持3min，直至水泥漿從管外流出為止，第二次注漿壓力不小于1.5MPa，現場可根據注漿情況適當增加注漿次數，注漿間隔時間1.5h~4h，注漿成型照片如圖4所示。

圖4 鋼管樁注漿成型

3.3.6 樁體養護

樁體成型型后，孔口進行覆蓋，自然養護3d，方可進行土方開挖[2]。

3.4 冠梁施工及養護

樁體養護完成后進行樁頭清理，按設計圖紙進行冠梁測量樣、冠梁土方開挖、冠梁鋼筋綁扎，冠梁縱向鋼筋與鋼管樁點焊連接，焊接前應將樁頂清洗干凈，不得造成連接處產生薄弱面。支立模板，一次性連續澆筑冠梁混凝土，須振搗密實。鋼管樁及冠梁施工完成后應養護48h以上方可土方開挖和土釘墻支護。

3.5 止水臺施工及土方分層開挖

土方開挖前按設計要求在距坑頂邊緣500mm處設置止水臺，截流坡頂地表水。土方開挖和基坑支護應協調配合，鋼管樁和冠梁強度達到相應要求后方可土方開挖，土方自上而下分層、分段開挖，每層開挖土方厚度不超過500mm，每層土方開挖深度應控制在較土釘低500mm內，嚴格控制超挖現象，開挖后及時對邊坡修整初噴混凝土面層，然后進行土釘墻支護施工。下一層土方開挖應待上一層水泥砂漿和噴射混凝土達到一定強度后進行。在開挖過程中隨時監測邊坡位移情況，并根據位移情況做出相應的調整。

3.6 土釘墻（錨管）施工

3.6.1 初噴混凝土

噴射混凝土采用42.5R普通硅酸鹽水泥，配合比宜為水泥∶石子∶砂=1∶2∶2細石混凝土（質量比），石子粒徑采用5mm~10mm的碎石，水灰比為0.4~0.45，混凝土強度等級不低于C20，3天強度不低于10MPa。在土方開挖后，按設計要求的放坡角度修坡，去除表面松土并修整平直后進行第一次噴射砼（初噴）。噴射時，噴頭與受噴面垂直，并保持距離0.6m~1.0m，噴射須做到一次到位，一次成功，使之成為一個整體，穩定邊坡，初噴厚度應不大于30mm，在初噴之前埋設控制噴射砼厚度的標記，噴射的混凝土可根據施工時天氣情況考慮是否加入適量的速凝劑。

3.6.2 錨管孔位放樣

按照圖紙測量放出錨管孔位，孔位偏差小于50mm。

3.6.3 鉆孔

鉆機成孔過程中遇到障礙物可適當調整錨孔位置或角度。錨孔間距偏差控制在100mm，孔深偏差控制在-50mm~+200mm，成孔直徑偏差控制在-5mm~+20mm，成孔傾角偏差不宜大于10mm。

3.6.4 安放錨管

按錨孔角度（該工程設計為25°）安放48mm×3.0mm鋼管，錨管應符合設計要求，錨桿下料誤差小于100mm，插入錨管后，孔外保留長度大于1000mm，錨管大樣圖如圖5所示。

圖5 錨管大樣圖（單位：mm）

3.6.5 掛墻面鋼筋網

人工去除鋼管樁表面泥土，于錨管端部設置加強骨架鋼筋，與主筋的鋼筋連接件焊接，后鋪設Ф6.5@250mm×250mm鋼筋網，鋼筋網用人工綁扎，上下兩層鋼筋網連接用焊接。

3.6.6 錨管注漿

錨管安放好后應立即注漿，水泥凈漿強度不得低于30MPa，水灰比為0.5，注漿壓力為0.4MPa~0.6MPa，土釘注漿采用多次常壓注漿，直至注滿錨孔，孔口反出水泥漿為止，注漿后錨固體直徑不小于110mm。

3.6.7 復噴混凝土面層

噴射混凝土終凝2h后，噴水養護，養護時間宜根據氣溫確定，一般不少于7d，24h后方可下層開挖。

3.7 腰梁鎖定

待錨管土釘的混凝土強度達到設計要求后方可進行腰梁施工。腰梁采用18a槽鋼，槽鋼加焊8mm厚加勁肋板。

3.8 設置坑底排水系統

在坑底設置300mm×300mm的排水溝，沿排水溝間距30m~50m設置800mm×800mm×800mm集水井，排水溝按2%坡度坡向集水井，施工過程及時抽除集水井積水。

3.9 變形監測

施工全過程應實時監測基坑和周邊建（構）筑物的變化情況，及時測量各主要工序施工階段引起的動態沉降數值，并與分析計算值比較，及時反饋指導設計和施工。

4 結語

土釘墻復合微型鋼管樁基坑支護具有經濟、安全可靠、適應性強、施工簡便靈活、速度快、對環境影響小等優點，該工程的成功應用，為今后類似工程的基坑支護設計和施工提供了可靠的決策依據和技術指標，對加快工程進度和保護周圍環境能發揮重要作用，社會效益和環境效益明顯。