深基坑微型鋼管樁復合土釘墻支護體系方案設計與施工

摘要：本文介紹了某工程基坑支護的方案選擇、設計和施工過程，微型鋼管樁+預應力錨桿+土釘墻的復合土釘墻支護體系在實際工程中取得的比較理想效果，說明其在深基坑支護中具有較大的技術和經濟優勢。

關鍵詞：深基坑支護 土釘墻 微型鋼管樁

近年來我國隨著經濟建設和城市建設建設的快速發展，地下工程愈來愈多。大量深基坑工程的出現，促進了設計計算理論的提高和施工工藝的發展，對基坑工程進行正確的設計和施工，能帶來巨大的經濟和社會效益，對加快工程進度和保護周圍環境能發揮重要作用。

目前北京地區深基坑支護采用的方法為土釘墻和護坡樁兩大類。土釘墻支護最大特點就是經濟造價低，施工方便，但土體位移稍大，因此在邊坡位移無特殊要求的地方廣泛采用。護坡樁支護最大優點是控制位移能力強，但投入大，成本高，施工復雜。

本文以工程實例介紹一種新的支護方法：微型鋼管樁+預應力錨桿+土釘墻的復合土釘墻支護。其施工便利，造價介于護坡樁與土釘墻之間，對控制邊坡位移變形、增強整體穩定性、保證邊坡開挖過程中不發生局部坍塌等具有很好的作用，大大提高了邊坡的安全穩定。特別是對填土厚度大、放坡坡度小、周邊有建筑物或地下管線等的邊坡支護，具有常規土釘墻和護坡樁無法相比的優勢。

1工程概況

1.1 工程簡介

本工程場地位于北京市海淀區海淀南路南側，稻香園橋東側，西側為在建的海潤大廈，東臨中信國安數碼港。擬建建筑物總面積51437平方米，地上最高20層，地下3層，結構形式為內筒外框，基礎形式為筏基。實際開挖深度為15.00m。

1.2工程地質條件

根據《巖土工程勘察報告》基坑開挖范圍內，地層按成因年代劃分為人工填土層、第四紀沉積層。按巖性、工程性質指標對地層細分見表1。

2基坑支護方案的選擇

由于本工程基坑周邊條件非常復雜，必須針對各部位的實際情況進行支護設計。本文選取有代表性的基坑東側的基坑支護設計進行介紹，該部位緊鄰已建中信國安數碼港，其基礎埋深約15m，與本基坑相同，其本身荷載不會對本基坑邊坡造成直接影響，但距離太近，最近處僅6.0m左右，對本基坑邊坡支護帶來困難。如采用護坡樁支護，樁本身的自重很大，而樁后的土體又比較窄，不能給錨桿提供足夠的有效摩阻力，從而，無法保證樁本身的穩定且施工工期長，影響土方開挖的進度，因此不宜選擇。施工場地狹小，現場無放坡可能。因此設定基坑東側南段采用微型鋼管樁+預應力錨桿+土釘墻的復合土釘墻支護。這種支護體系具有以下優勢：

① 增加鋼管樁能增強邊坡的整體穩定性，有效控制邊坡的沉降變形；② 能夠控制每步土方開挖期間的邊坡穩定，防止局部邊坡土體坍塌；③ 能夠有效分散個別土釘失效而產生的集中應力，形成整體支護效應；④ 在鋼管樁頂設置連系梁和地面設置錨樁能有效控制坡頂的位移變形；⑤ 樁底具有一定嵌固深度，能適當加強坡底支撐，控制其基底位移變形；⑥ 通過樁頂錨拉、槽底支撐和中部預應力錨桿，分段對邊坡進行控制，大大減小了邊坡的整體位移變形。

3 基坑支護方案設計

3.1計算方法

由于微型鋼管樁屬于土釘墻支護中的超前支護，且屬于柔性支護體系，在設計計算中仍采用土釘墻的理論進行計算。在土釘施工經驗的基礎上大致確定土釘的長度，采用BISHOP條分法進行土釘墻穩定性分析，據此對初設值進行修正。考慮施工車輛的行走及少量施工材料的堆載，選取地面荷載10KN/m2。

3.2土釘計算參數及條件

放坡高度=15.00 m，放坡角度=90°，滿布荷載值= 10.00 KN/m2，坡頂條形荷載值=360.00 KN/m2，條形荷載左端點距坡面及坡頂交點的距離=9.00 m，條形荷載寬度= 40.00 m，條形荷載深度= 14.00 m， 土釘水平間距= 1.500 m。假定設計土釘、錨桿共計9排，基本參數見表2。

3.3土釘計算結果

根據土坡穩定安全系數

計算得出：在設置土釘墻后，滑弧與坡面交點位于坡腳之上；邊坡的整體穩定性安全系數為3.11，大于規范規定當基坑深度大于12m時，整體穩定性按全系數1.4，滿足要求。

各排土釘的詳細計算結果及選用的鋼筋或鋼絞線見表3和圖1。

3.4面層設計參數

面板為現場噴射混凝土而成，混凝土強度為C20，厚度8cm，中間掛Φ6.5@250×250編制的鋼筋網，外配Φ16橫向加強筋與所有土釘頭相連。

3.5微型鋼管樁支護參數

（1）樁徑130mm，樁長16.5m（嵌固深度2.0m），樁間距0.75m，樁內置入鋼管直徑為80mm。樁頂位于地面下0.5m。

（2）鋼管內外灌注無砂混凝土。樁頂做簡易帽梁，尺寸為400 mm×300mm，內配置4Φ16鋼筋，φ6.5@250mm箍筋。

（3）兩根鋼管之間用4根20cm長的Φ16螺紋鋼筋幫焊，成孔后下入鋼管。

圖1實際支護參數圖

4.1鋼管樁施工工藝流程

平整場地——測量放線——鉆孔——下鋼管——灌水泥漿——投入碎石——振動成樁——養護

⑴．平整場地：在鋼管樁施工前進行場地平整，以保證測量放線準確和鉆機就位鉆孔。

⑵．測量放線：場地平整后按設計要求進行樁位放線，樁位誤差小于100mm。

⑶．鉆孔：鋼管樁鉆孔采用MG50型錨桿鉆機，鉆孔連續進行。

⑷．下鋼管：鋼管直徑為80mm（內徑81mm，外徑89mm），每根長度6m，鋼管之間用4根20cm長的Φ16螺紋鋼筋幫焊，成孔后下入鋼管。

⑸．灌水泥漿：在鋼管下端打上滲漿孔，鋼管上端位于地面；將注漿管從鋼管中插入孔底，開始注入水泥漿（水灰比為0.5～0.6），待漿液上升到孔口時停止注漿。待碎石投入完成后從孔口進行補漿。

⑹．投入碎石：從鋼管內、外投入碎石，碎石粒徑5 mm～10mm。

⑺．振動成樁：邊投碎石邊用注漿管上下移動和用鐵錘振動鋼管，使碎石將鋼管內、外的空隙充填滿。

⑻．養護：鋼管樁施工完成后應養護48小時以上方可開挖邊坡進行土釘墻支護。

4.2土釘墻施工工藝流程

邊坡開挖——修坡——放線定孔位——成孔——插筋入孔——堵孔注漿——二次注漿——綁扎、固定鋼筋網——噴射混凝土面層——混凝土面層養護——循環下層土釘施工

5基坑變形監測

根據《基坑土釘支護技術規程》（CECS96：97），本工程邊坡位移的預警值應為45mm。為安全起見，本工程設定預警值30 mm，在土釘墻坡頂和樁頂帽梁同時設置觀測點，這樣的預警值能夠較早的采取預防措施。

在坡頂和樁頂帽梁邊緣按照不大于30m的間距布設位移觀測點，以便對其基坑變形進行觀測，在施工期間每天進行一次觀測，直至基槽完工。以后可7～10天觀測一次，至變形穩定為止。其間可根據施工進度和變形發展隨時加密觀測次數，如發現變形異常，應及時停止基坑內作業，分析原因，采取還土、坡頂卸載等加固措施，確保邊坡安全。

目前基礎工程已施工完畢，經過半年多的邊坡監測，監測結果邊坡坡頂最大位移值25mm，無局部塌陷發生，證明微型鋼管樁+預應力錨桿+土釘墻的復合土釘墻支護能有效控制坡頂變形，邊坡安全穩定。

6結束語

該工程采用微型鋼管樁+預應力錨桿+土釘墻的復合土釘墻支護體系經過半年多的邊坡和沉降監測，邊坡安全穩定；邊坡施工實際工期42天，如采用護坡樁支護計劃工期57天，節約工期15天；與同等條件下的護坡樁相比，可節約造價約30%左右。以上數據說明復合土釘墻邊坡支護體系無論在技術上還是經濟上都具有明顯的優勢，在未來會有很大的發展空間。

參考文獻

[1]《建筑基坑支護技術規范》JGJ120-99；

[2]《基坑土釘支護技術規程》CECS96:97；

[3]《建筑地基基礎設計規范》GB50007-2002；

[4]《深基坑工程設計施工手冊》龔曉南，中國建筑工業出版社，1998年。