盧世杰

(貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局地質(zhì)勘測設(shè)計院，貴州貴陽 550005)

鋼管微樁+錨桿在狹窄場地基坑支護中的應(yīng)用

盧世杰

(貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局地質(zhì)勘測設(shè)計院，貴州貴陽 550005)

在城市建設(shè)或工業(yè)建筑的改擴建中，經(jīng)常在有限狹窄場地開挖基坑，為保護基坑周邊建筑物和坑內(nèi)施工作業(yè)的安全，基坑邊坡必須得到安全可靠的支護。利用鋼管微樁+錨桿聯(lián)合支護體系能很好地解決有限狹窄場地的基坑支護問題。通過2個工程實例，闡述了鋼管微樁+錨桿聯(lián)合支護體系設(shè)計思路、設(shè)計及施工注意事項。

鋼管微樁;錨桿;狹窄場地;基坑支護

1 概述

鋼管微樁是指直徑＜300 mm，中間放有單一或多條鋼管的鉆孔灌注樁。微樁可以單一也可以成群布置，可以采用相對小型的鉆孔設(shè)備在有限的場地及作業(yè)凈空條件下完成施工。例如，僅采用小型回轉(zhuǎn)鉆進設(shè)備就可進行。這種工藝既避免了采用大型設(shè)備需要的場地條件問題，同時降低或消除了利用沖擊或重型錘擊等方法時，因振動誘發(fā)結(jié)構(gòu)損壞的風險，特別是在建筑物的臨近地段。

在城市建設(shè)或工業(yè)建筑的改擴建中，常常因存在鄰近建構(gòu)筑物或作業(yè)凈空受限而使施工場地十分狹窄。在這樣有限狹窄的場地開挖基坑，既沒有放坡條件，也不具備大型機械的施工條件;同時，由于存在的鄰近建構(gòu)筑物一方面需要保護，另一方面其外荷載作用對基坑的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。這就使基坑支護十分重要和困難。尋找一種適用于這種有限狹窄場地的技術(shù)可行、施工可行、安全可靠、經(jīng)濟合理的基坑支護方式很有意義。本文通過2個工程實例論述利用鋼管微樁+錨桿聯(lián)合支護體系解決有限狹窄場地的基坑支護問題。

2 工程實例

2.1 貴陽市新華路九中地下通道東側(cè)出入口基坑支護

貴陽市新華路九中地下通道東側(cè)出入口施工時，為施工出入口的階梯，需要在公路人行道上開挖一個上口長32.6 m、坑底長10.5 m、開挖深度0～6.5 m的縱斷面呈等腰梯形的狹長基坑，基坑?xùn)|側(cè)緊靠幼兒園及經(jīng)營性門面，處于鬧市區(qū)，人流量很大，施工場地十分狹窄。

場地地層從地表往下為:雜填土，厚度＜1 m;紅粘土，厚度4.5～7 m，呈硬塑～可塑狀;紅粘土下伏基巖為泥質(zhì)白云巖。土層中未見地下水，但生活污水沿人行道人為亂排現(xiàn)象嚴重。由于場地狹窄，緊鄰幼兒園及經(jīng)營性門面的基坑?xùn)|側(cè)只能垂直開挖，開挖后的整個基坑邊坡均為土質(zhì)邊坡，加上需要得到保護的幼兒園及經(jīng)營性門面外荷載的不利影響，若不進行可靠支護，開挖后該邊坡失穩(wěn)的可能性很大，將造成較為嚴重的后果。

因此采取在基坑?xùn)|側(cè)布置一排鋼管微樁+錨桿支護體系，先進行支護然后再進行基坑開挖的施工方案。

2.2 中鋁貴州分公司電解鋁改造工程液壓鑄造機井基坑支護

中鋁貴州分公司電解鋁改造工程液壓鑄造機井施工時，需要在原廠房內(nèi)開挖一個長9 m、寬7 m、深12 m的基坑，基坑周邊鄰近原廠房獨立柱基、墻體和已有構(gòu)筑物。

基坑邊坡地層為:上部紅粘土，厚度5～6 m，呈硬塑 ～可塑狀，γ =17 kN/m3、c=35 kPa、φ =5°;下伏基巖為中等風化泥質(zhì)白云巖，γ=27 kN/m3、c=43 kPa、φ =23°、frb=550 kPa。土層中未見地下水，土巖接觸面地下水較豐富。由于場地十分狹窄，基坑開挖沒有放坡條件，基坑周邊鄰近的原廠房獨立柱基、墻體和已有構(gòu)筑物外荷載對基坑穩(wěn)定極為不利，并且這些建構(gòu)筑物的安全必須得到嚴格的保護。若不進行可靠支護，開挖后基坑土質(zhì)邊坡失穩(wěn)的可能性很大，將造成很嚴重的后果。

因此采取沿基坑四周布置一圈鋼管微樁+錨桿封閉支護體系，先進行支護然后再進行基坑開挖的施工方案。

2.3 施工情況及效果

部分施工情況見圖1～3。

以上2個工程項目的鋼管微樁+錨桿聯(lián)合支護體系施工結(jié)束后，經(jīng)受了基坑開挖及開挖完成后的基坑壁剪力墻施工期的考驗，通過長達數(shù)月的監(jiān)測，支護體系變形在允許范圍內(nèi)，保證了基坑鄰近建筑物的安全和基坑內(nèi)建筑物的順利施工，完成了其臨時性支護的歷史使命。

3 鋼管微樁+錨桿聯(lián)合支護體系設(shè)計思路

鋼管微樁+錨桿聯(lián)合支護體系的設(shè)計計算和構(gòu)造設(shè)計，仍然要遵循《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50330－2002)的設(shè)計思路。采用排樁式錨桿擋墻結(jié)構(gòu)型式的設(shè)計思路是合適的。對貴州廣泛分布的紅粘土地區(qū)，基坑邊坡多為上部紅粘土下伏灰?guī)r或白云巖的二元結(jié)構(gòu)，土質(zhì)呈上硬下軟的特性(如果土層未被地下水或地表水浸泡，土質(zhì)一般較好)，基坑邊坡的破壞模式多為圓弧形滑動，從土巖接觸面或軟弱土質(zhì)帶剪出，對這樣的“二元結(jié)構(gòu)”基坑邊坡，臨時性支護采用鋼管微樁+錨桿聯(lián)合支護體系，具有更好的適用性，設(shè)計時同時應(yīng)遵循《貴州建筑巖土工程技術(shù)規(guī)范》(DB 22/46－2004)的規(guī)定。根據(jù)基坑勘察、測試得出的物理力學(xué)參數(shù)和準確判斷的邊坡變形破壞模式計算基坑邊坡側(cè)向巖土壓力;對鋼管微樁要進行抗彎、抗剪驗算;對錨桿要進行錨筋截面積、錨固段長度、鎖定預(yù)應(yīng)力等的計算;對支護體系的其他組成部分也要根據(jù)有關(guān)規(guī)范及構(gòu)造要求進行設(shè)計計算。

圖1 XY－100型小型勘察鉆機施工鋼管微樁

圖2 鋼管微樁施工結(jié)束后施工樁頂連梁

圖3 預(yù)應(yīng)力錨桿鎖定在槽鋼橫梁上

4 鋼管微樁+錨桿聯(lián)合支護體系的設(shè)計與施工

4.1 施工設(shè)計

根據(jù)以上2個工程實例的實際情況，通過設(shè)計計算及構(gòu)造要求，鋼管微樁+錨桿聯(lián)合垂直支護體系施工設(shè)計如下。

(1)采用φ140 mm×5 mm的無縫鋼管作鋼管微樁，樁中心間距為0.5～0.6 m，樁底伸入基坑底面以下2～3.5 m，鋼管內(nèi)灌注C20混凝土;

(2)樁頂設(shè)置斷面(寬×高)0.4 m×0.4～0.6 m、C20鋼筋砼連梁，以加強支護體系的整體性，鋼管伸進連梁的長度≮0.3 m，連梁頂面與地面平齊;

(3)地面以下土質(zhì)邊坡每隔2.5～3 m設(shè)置一排預(yù)應(yīng)力全粘結(jié)錨桿，錨桿水平間距1.2～1.5 m、傾角15°～25°、錨孔為φ110 mm、錨桿為φ25 mm 螺紋鋼筋、錨桿伸入中等風化基巖深度≮3 m且錨桿長度≮9 m、錨孔灌注M25水泥砂漿;

(4)在每排預(yù)應(yīng)力錨桿處采用型號270×82×7.5的普通熱軋槽鋼設(shè)置一道橫梁，錨桿鋼筋從槽鋼上事先鉆好的孔洞中穿出，錨桿張拉后與槽鋼連接鎖定，張拉鎖定預(yù)應(yīng)力為50～100 kN;

(5)鋼管微樁之間坡面上采取掛網(wǎng)噴射混凝土，網(wǎng)筋與鋼管焊接。

4.2 施工步驟

微樁施工包括3個基本步驟:鉆孔、放置加筋材料和灌漿。

鉆孔:一般采用相對小型的鉆孔設(shè)備回轉(zhuǎn)鉆進的方法。

加筋材料:可以是實心的螺紋鋼筋，也可以是中空的螺紋鋼管。一個樁可以放一根鋼筋(鋼管)，也可以放多根。

灌漿材料有2種:一是純水泥漿，二是水泥砂漿。灌漿壓力控制也有2種情況:一是僅在重力驅(qū)動下的灌漿，不施加額外壓力;二是壓力灌漿，施加壓力一般在1 MPa以內(nèi)，應(yīng)防止孔內(nèi)出現(xiàn)水力壓裂及漿液過度消耗。

4.3 施工注意事項

為了使鋼管微樁+錨桿聯(lián)合支護體系能夠安全可靠地發(fā)揮作用，除了施工設(shè)計必須滿足要求外，施工程序和質(zhì)量至關(guān)重要，應(yīng)注意以下事項。

(1)嚴格按表1所列施工程序及質(zhì)量保證措施施工，各個施工程序間相互連貫，避免停工等待，盡量縮短工期。

表1 鋼管微樁+錨桿聯(lián)合支護體系施工程序及質(zhì)量保證措施

(2)加強基坑開挖和基坑支護的密切配合，基坑開挖服從于基坑支護，嚴禁超長、超深開挖。

(3)嚴禁地表水排入基坑沖刷、軟化基坑邊坡土體，加強坑底積水排水。

(4)加強基坑支護施工期和使用期的變形監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)變形過大時立即采取應(yīng)急措施。在以上2個工程實例中曾發(fā)生因超深開挖和錨桿還沒有張拉鎖定就往下開挖導(dǎo)致支護體系變形過大的情況，監(jiān)測發(fā)現(xiàn)后立即采取絲桿加力撐桿(圖4)內(nèi)支撐應(yīng)急處理，使支護體系得以穩(wěn)定(圖5)。

(5)基坑開挖完成后施工的起永久性支護作用的坑壁剪力墻和鋼管微樁支護體系之間往往產(chǎn)生一個空隙，這個空隙必須用混凝土填實。

5 結(jié)論與建議

(1)實踐證明，鋼管微樁+錨桿聯(lián)合支護體系是一種解決狹窄場地基坑支護的有效方法，具有技術(shù)可行、安全可靠、施工快速、經(jīng)濟合理的特點。

圖5 絲桿加力撐桿內(nèi)支撐

(2)可以采用常規(guī)工程勘察的小型回轉(zhuǎn)鉆機鉆進方法快速施工鋼管微樁，是鋼管微樁+錨桿聯(lián)合支護體系能夠在狹窄場地基坑支護中應(yīng)用的突出特點。

(3)對貴州普遍存在的“紅粘土+碳酸鹽二元結(jié)構(gòu)”地層中開挖的基坑，鋼管微樁+錨桿聯(lián)合支護體系有更好的適用性。但對于地下水位高或土質(zhì)松散軟弱的基坑要謹慎使用。

(4)鋼管微樁+錨桿聯(lián)合支護體系的施工設(shè)計要以基坑勘察、測試得出的物理力學(xué)參數(shù)和準確判斷的邊坡變形破壞模式為基礎(chǔ)，依據(jù)相關(guān)規(guī)范進行設(shè)計計算和驗算。

(5)鋼管微樁+錨桿聯(lián)合支護體系只能作為臨時性支護，無論是支護體系本身的施工，還是基坑開挖施工，或是起永久性支護作用的坑壁剪力墻的施工都要求連貫快速，盡量縮短工期，使這種臨時性支護體系盡快完成其歷史使命。

［1］包永平，趙普彤，曹鳳學(xué)，等.微型樁復(fù)合土釘墻聯(lián)合支護技術(shù)在基坑支護工程中的應(yīng)用［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2006，33(3):12 －15.

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［4］劉玉元.錨帶網(wǎng)+錨索+鋼筋梯子梁聯(lián)合支護技術(shù)在復(fù)合頂煤巷中的應(yīng)用［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2002，(4):60－61.

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［6］GB 50330－2002，建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范［S］.

［7］DB 22/46－2004，貴州建筑巖土工程技術(shù)規(guī)范［S］.

Application of Micro Steel Pipe Pile+Anchor Technology in Foundation Pit Support in Narrow Site

LU Shi-jie(Geology Investigation and Desian Institute，Guizhou Provincial Bureau of Nonferrous Metal and Nuclear Industry Geological Exploration，Guiyang Guizhou 550005，China)

The foundation pit excavation in narrow site is very common in reconstruction and expansion of urban construction and industrial buildings.The safe and reliable support of excavation is necessary to ensure the safety of the surrounding buildings and the operation in the excavation.Micro steel pipe pile+anchor combined supporting system can effectively support the excavation.By 2 engineering cases，the paper described the combined supporting system about the design idea，specific design and the attentions in construction.

micro steel pipe pile;anchor;narrow site;foundation pit support

TU473.2

A

1672－7428(2011)07－0069－04

2011－01－06

盧世杰(1966－)，男(漢族)，貴州金沙人，貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局地質(zhì)勘測設(shè)計院副總經(jīng)理、工程師，水文地質(zhì)及工程地質(zhì)專業(yè)，碩士，從事工程勘察及巖土工程設(shè)計、施工工作，貴州省貴陽市寶山南路564號，gzgylsj@qq.com。