管棚法支護在富水層沙土地質深基坑支護工程中的應用

張國梁，伊坤陽

（中交一公局第七工程有限公司，鄭州 451450）

1 引言

基坑工程是城市建設和發展的重要一環，也是地下空間開發的必要工程。在深基坑支護施工中，由于地質變化或設計深度不足等原因，經常會出現夾層水滲流、樁間土坍塌、涌水涌沙等意外情況，通常采用止水帷幕或鋼板樁等措施進行處置，但存在費用高、工期長的缺點。本文針對以上問題提出了一種經濟合理、施工高效的工法，即引用隧道工程常用的管棚支護技術，通過在支護坡面、排樁樁間插打鋼管，有效地控制了樁間土垮塌、涌水涌沙的問題，保證了施工安全和進度，以最小的成本解決了施工難題。

2 項目概況

該項目地處黃河沖積粉土區，面臨壓力含水層穿透上部隔水層引發突涌、流沙，地下構筑物及周邊建筑物變形較大等多種特殊工況，地質情況復雜。

本項目主樓地上24 層，裙樓地上4 層，地下車庫3 層。總建筑面積6.77 萬m2，基礎形式為筏板基礎，主體結構為框筒結構，基坑開挖深度為12.5～14.2 m，基坑尺寸長（南北向）118 m，寬（東西向）107 m。

由于基坑周邊環境復雜，北側和西側的基坑設計安全級別為二級，東側和南側坡面分別為三級和一級。采用管棚支護法對基坑進行支護。

3 施工工法原理及特點

3.1 工法原理

選擇隨車吊與挖掘機（振動錘）相配合將鋼管并排打入支護樁間，以此進行擋土加固，通過鋼管自身剛度與對土體的擠壓保證基坑開挖過程中樁間土體保持緊固狀態，通過分層分段控制基坑開挖和邊坡噴護，從而實現深基坑順利施工。

3.2 工法特點

施工工法操作簡便，易于控制施工質量，且施工容易、適用性高，可通過對鋼管壁的處理如打花眼等措施，與壓力注漿、高壓旋噴等施工工法進行配合施工。較傳統的止水帷幕工藝，其優點是工期短、見效快，具有顯著的經濟效益和社會效益。

4 施工工法流程及要點

4.1 施工工法流程

施工工法的詳細流程為：邊坡開挖→鋼管插入土體加固→鋼筋網片綁扎/ 焊接固定→泄水管安裝→面層噴護。

4.2 操作要點

1）邊坡開挖：嚴格按照“邊開挖邊支護，短開挖強支護”的原則施工，每段開挖長度不超過5 m，每層開挖深度不超過1 m。

2）鋼管插入土體加固：開挖完成后，及時將加固鋼管借助挖掘機鏟斗壓入樁間土中，過程中采用小型吊車吊起鋼管，人工配合，確保壓入位置和角度正確。根據現場土質的實際情況調整鋼管之間的水平和豎向間距。

3）鋼筋網片綁扎與焊接固定：完成樁間土鋼管壓入并加固后，將長度140 mm、豎向間距250 mm 的M16 膨脹螺栓埋入灌注樁，再與螺栓焊接固定鋼筋網片橫筋。接著完成鋼筋網片的綁扎以及加強筋的焊接，加強筋間距1 m，同原設計一致，鋼筋搭接長度不小于150 mm。

4）泄水管與注漿管安裝：泄水孔為直徑不小于50 mm 的PVC 管,插入土中長度1 000 mm，插入土中部分外包40～60 目濾網布，包裹兩層，泄水孔水平間距2～3 m。泄水孔采用外低內高的水平夾角15°設置。另外，后注漿管選擇直徑25 mm 的黑鐵管，采用長2.5 m 的前端頭套絲處理。

管棚支護施工工法節點詳圖如圖1 所示。

圖1 管棚支護施工工法節點詳圖（單位：mm）

5）面層噴護：在每一段鋼筋網完成后，應及時報監理驗收，合格后，立即進行面層噴護施工，同一段噴涂順序應由下而上[1]，噴涂時，噴頭與受噴面垂直，宜保持0.6～1.0 m 的距離，噴涂厚度一次應不小于40 mm。操作人員要控制好水灰比，混凝土表面保持平整，不出現干燥的斑點或流動的現象。工法實施后效果如圖2 所示。

圖2 工法實施后效果

底部搭接范圍內的鋼筋先不噴混凝土，在與下層鋼筋網搭接綁扎后，再將混凝土同時噴入下層壁面，混凝土接縫部分做成45°角斜面搭接。

噴射混凝土終凝2 h 后，再進行3～7 d 的灑水養護。面板混凝土強度等級不低于C20，最大粒徑不大于2.0 cm 的混凝土粗骨料。

4.3 材料與設備

本工法所用材料應符合國家有關產品質量標準的相應規定。（1）南側邊坡加固：挖掘機CAT326D、14 t 隨車吊、焊機采用7.5 kW 交流焊機。（2）土體加固用鋼管規格：6 000 mm（長）×100 mm（直徑）×2.0 mm（壁厚），鋼筋網片及加強筋的規格型號同原支護設計。（3）輕型井點降水設備：7.5 kW 真空降水泵、φ40 mmPVC 給水主管、φ32 mmPVC 給水支管（7.5 m/5.5 m）、潛水泵、鐵皮桶、PE 白色地龍水帶、空壓機、鑿孔沖擊管。（4）管井施工機具設備：JZJ-100 鉆井機，4 kW 潛水泵，具體以現場實際布設為準。

4.4 質量控制要點

1）所有進場材料和機械設備都要有質量合格證等相關證明書。

2）施工時，及時、如實、準確地記錄相關信息，并由監理工程師驗收簽證。

3）加強對現場建筑材料的管理，對進場的材料嚴格執行進料檢驗程序，確保建筑材料質量符合設計和規范要求，并對所有材料的合格證書和材料單進行歸檔。

4）嚴格按照設計配合比配料，采用精確計量工具。

5）如注漿過程中出現路基隆起現象，應立即停止打孔注漿，并對原因進行分析，制定應對措施，減少注漿量，降低注漿速度。

6）注漿時，嚴格按照設計要求控制注漿量[2]，出現跑漿現象時，要進行補漿，保證注漿量達到設計要求。

7）每道工序都由專人進行施工備案。

8）專業施工隊伍進場后，應及時和項目工程部對接，商榷和優化施工措施，在規范允許范圍內保證其針對性和可操性。

9）開挖過程中，如遇到嚴重的涌水涌沙情況，可以增加雙排鋼管實現加固，鋼管上部堆砌沙袋，并在外側覆蓋土工布，用鋼筋網片壓緊，起到防止沙土流失的效果。

4.5 安全技術措施

1）施工期間，按要求進行基坑監測[3]，收集邊坡沉降、移位等信息，并進行反演和測算，及時采取相應措施確保邊坡安全。

2）應注意土方開挖與基坑支護的配合，確保噴護混凝土達到設計強度后再開挖，確保開挖面的穩定。

3）在坡頂2.0 m 范圍內不堆重物，以防坡頂應力集中。

4）坡頂地面須硬化，并做好防水措施，嚴禁地表水滲入邊坡土體，引起邊坡土體應力急劇下降。

5）嚴禁高空拋擲構配件，構配件上下運送均通過安全通道進行。

6）為防止高空墜落事故的發生，基坑臨邊防護設施要搭設牢固、能起防護作用的臨邊護欄。

7）嚴格按照專項施工方案規定的挖深落實基坑各層的開挖深度，嚴禁超深開挖。

8）施工過程中，應嚴格執行有關機械的安全操作規程、臨時用電操作規程，配備專業焊工、操作工，避免因設備電纜涉水而出現觸電事故。

5 經濟效益分析

管棚支護工法施工容易、適用性高，較傳統的止水帷幕施工工期短、成效快，經濟效益和社會效益顯著。

5.1 經濟效益

拉森鋼板樁支護方案中，支護范圍長90 m，鋼板樁長度為12 m，單根鋼板樁有效寬度0.4 m，共需要鋼板樁225 根，打拔費500 元/ 根，每根租賃費12 元/d，租賃周期100 d。鋼板樁運費1 000 元/車，共需4 車；打樁機進出場費2 000 元/ 臺次，吊車進出場費5 000 元。鋼板樁每臺班工效400 m/ 臺班，共需7 個臺班。費用核算如表1 所示。

表1 鋼板樁方案費用核算表

在該工法支護方案中，支護范圍長度90 m，采用6 000 mm×100 mm×3.0 mm 鋼管，平均每個樁間土設置2 層鋼管，共需要8 根，共有60 處樁間土，共需要480 根，每根含運費70 元。挖掘機臺班費500 元/ 臺班，共需要7 個臺班。費用核算如表2所示。

表2 管棚法方案費用核算表

利用富水層沙土地質深基坑管棚式支護施工工法，在確保安全和質量的前提下，有效破解了基坑開挖因樁間土坍塌、涌水而無法施工的問題，達到施工進度大大加快、工期費用降低的效果。

5.2 社會效益

通過此工法，幫助項目攻克施工難題，助力項目團隊順利履行合同要求，得到了監理、業主以及外部專家的一致認可，提升了公司的社會形象。本工法在施工實踐的基礎上編制而成，具有廣泛的應用價值和施工指導作用。

6 結論

根據項目實際應用情況，該工法具有以下特點：（1）將隧道工程常用的管棚技術應用到深基坑支護，在行業內屬首次，是在技術引用方面的創新；（2）較傳統的止水帷幕及鋼板樁施工支護方式，具有施工周期短、見效快的優點，經濟效益和社會效益顯著；（3）該工法施工期間，應確保管井點降水作業正常進行，并視坡面水量情況，配合輕型井點降水效果更佳。

綜上所述，管棚法支護在富水層沙土地質深基坑支護工程中的成功應用經驗值得同類工程推廣和借鑒。