深基坑工程中微型鋼管樁預應力錨桿索組合支護技術應用研究

施生喜

摘 要：微型鋼管樁預應力錨桿索組合支護技術通過將預應力錨固、壓力注漿等工藝相結合，充分利用鋼管樁擠密注漿和錨桿錨固作用，可實現對復雜基坑結構的綜合治理。本文以廈門市音樂學校藝術教學樓工程為例，深入研究了工程巖土和水文條件，探討了基坑支護技術方案，并詳細研究了微型鋼管樁和預應力錨桿的施工技術要點，以期為深基坑工程支護方案選擇和施工提供有益參考。

關鍵詞：深基坑工程;微型鋼管樁;預應力錨桿索;施工技術

中圖分類號：TU753 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）31-0090-04

Research on Application of Micro-Steel Pipe Pile Pre-stressed Anchor Rod and Cable Combination Support Technology in Deep Foundation Pit Engineering

SHI Shengxi

（Xiamen Xiangyu Harbor Development and Construction Co.， Ltd.， Xiamen Fujian 361000）

Abstract： Micro steel pipe pile prestressed anchor rod and cable combination support technology combines prestressed anchoring and pressure grouting to make full use of the steel pipe pile compaction grouting and anchor rod anchoring， which can realize the comprehensive treatment of complex foundation pit structure. This paper takes the art teaching building project of Xiamen Music School as an example， deeply researches the engineering geotechnical and hydrological conditions， discusses the technical scheme of foundation pit support， and studies in detail the key points of the construction technology of micro steel pipe piles and prestressed anchors， so as to provide a useful reference for the selection and construction of deep foundation pit engineering support schemes.

Keywords： deep foundation pit engineering; micro steel pipe pile; prestressed anchor cable; construction technology

在建筑深基坑支護施工中，預應力錨桿和微型鋼管樁可用于回填未固結或軟土地區的深基坑支護結構，通過微型鋼管樁與預應力錨桿相結合，將自鉆技術、壓力注漿技術和錨固技術相結合，利用錨桿錨固效果、鋼管樁自鉆和壓力注漿固結作用[1]，實現基坑邊坡擠密和改善。通過樁錨組成邊坡下滑力推力支擋體系，通過預應力錨索改變樁身受拉方向，使邊坡對樁外側受壓改變為受拉力[2]。該支護體系具有施工技術簡單、施工成本低等特點。本文結合福建省廈門市音樂學校藝術教學樓工程，深入研究了微型鋼管樁預應力錨桿索組合支護技術施工要點，以期為同類工程施工提供有益參考。

1 工程概況

廈門市音樂學校藝術教學樓工程位于廈門市湖里區，擬建工程項目占地面積為5 720 m，總建筑面積為24 000 m，包括4層教學樓1棟、8層建筑樓1棟、5層宿舍樓1棟和1層食堂建筑1棟。教學音樂樓設1層地下室，采用獨立基礎。根據現場踏勘資料，場地北側緊鄰已建成5層建立樓，獨立基礎埋深為2.0 m;東側為已建成1層建筑，獨立基礎埋深為2.6 m;西側為校內綠化帶及操場，緊鄰用地紅線圍墻，紅線外現為荒地;東南側為校內綠化帶。根據巖土勘察，基坑北側、東北側地下埋設水電管網，現已針對性做好路面保護標志并按基坑監測方案布設監測點。

2 工程巖土和水文條件研究

根據巖土勘察報告，基坑支護影響范圍內巖土分層包括雜填土、粉質黏土、殘積砂質黏性土，如表1所示。

現場未見地表水分布。地下水主要為賦存于雜填土中的上層滯水和基巖風化帶內孔隙裂隙水，地下水屬潛水。現場勘察期間，測得地下水埋深為1.92～10.62 m，標高為11.03 m（東側）～11.78 m（西側）。結合場地地形、地貌和現場排水條件，地下水年變化幅度為3～4 m。

3 基坑支護方案設計

該基坑呈不規則矩形，周長為340 m，開挖面積為4 180 m，開挖深度為5.6 m，開挖土方量為2.3萬m。根據支護結構設計，該工程基坑安全等級為一級，工程重要性系數為1.1。根據現場巖土和水文勘察資料，結合《危險性較大的分部分項工程安全管理辦法》，該工程基坑開挖深度≥5 m，屬深基坑工程。基坑開挖范圍內主要為雜填土、粉質黏土、殘積砂質黏性土，在地下水作用下可能存在可塑-軟塑特性，并可能液化。如基坑止水、降水、排水技術方案不當，可能出現基坑邊坡沉降、滑坡等風險。

根據基坑周圍環境、巖土、基坑開挖深度等情況，工程支護方案分4個剖面進行設計，1-1剖面、2-2剖面采用微型樁+錨桿支護方案，如圖1所示;3-3段采用土釘墻支護方案;4-4段采用掛網放坡方案，地下水采用集中明排。微型樁采用Φ229 mm×16 mm鋼管樁，樁長為10.8～11.8 m，布設間距為500 mm。預應力錨桿直徑為150 mm，布設間距為1 500 mm，拉桿采用1根直徑25 mm或32 mm的精軋螺紋鋼，長度為12.0～22.0 m，入射角為25°，內力標準值為100～210 kN，預應力為100 kN。

4 微型鋼管樁預應力錨桿索組合支護技術要點

4.1 微型鋼管樁施工技術要點

該工程微型鋼管樁的施工工藝流程為：整平場地→注漿鋼管制作→測量放線→鉆孔機就位鉆孔→清孔→注漿機安裝→安裝下放鋼管→下放鋼筋→安裝注漿管→注漿。

4.1.1 整平場地。為滿足現場施工條件要求，工程施工前，根據業主、設計單位提供的基準點，由測量人員復核基準點，并建立水平、高程控制網，測放出基坑控制邊線和樁位控制線。根據基坑標高和水平控制線，使用鏟車整平場地至設計標高，壓實場地，以滿足鉆機行走作業承載力性能要求。

4.1.2 注漿管制作。注漿管制作時，嚴格按工程設計深度下料制作注漿管。該工程中，注漿管采用Φ60 mm鋼管制作，鋼管連接部位采用加強焊接連接方式。

4.1.3 測量放線。場地整平后，根據工程設計要求測放樁位孔控制線，測放鋼管樁間距、排距和中心點，測定樁位后，使用長度1.0 m鋼筋插入樁位中心點，露出長度為0.3～0.5 m，并落實樁位保護措施。

4.1.4 鉆機就位鉆孔。場地整平后，鉆機按既定鉆孔順序和樁位就位。鉆機就位時，加強樁架水平度測量和監控，防止鉆機傾斜。鉆孔時，鉆孔孔徑≥400 mm，緩慢鉆進至設計標高，按鉆桿長度標記測量鉆進深度。鉆孔前，鉆頭、鉆桿對準樁位中心點，樁位偏差≤5 mm。鉆孔前，按設計方案焊接長鋼管，焊接部位采用Φ12 mm鋼筋幫接焊接，幫接長度≥2d（鋼管直徑）。為確保焊接質量，該工程安排2名具有專業資格證書的焊接人員對稱施焊，并檢查鋼管焊接后垂直度，確保垂直度偏差≤1%。鋼管樁尖焊接為封閉樁尖。

4.1.5 清孔。樁孔鉆孔至設計深度后，采用反循環清孔法進行清孔，通過泥漿循環帶出孔內沉渣。清孔后，對孔內沉渣厚度進行檢查，確保孔底沉渣厚度≤50 mm。

4.1.6 安裝下放鋼管。樁孔清孔后，為防止孔內沉渣集聚影響成樁質量，清孔后應及時安裝下放鋼管。鋼管下放至孔底后，頂部套高度為150 mm 的聚氯乙烯（PVC）管，使鋼管頂部露出地面200 mm，以便接入注漿管。

4.1.7 下放鋼筋。鋼管下放到位后，使用汽車吊下放鋼筋。為避免鋼筋碰撞鋼管，鋼筋箍筋上對稱綁扎4塊混凝土墊塊，墊塊綁扎間距為1.5 m。

4.1.8 安裝注漿管。鋼筋下放到位后，應及時下放注漿管并注漿。注漿管下放時，應避免碰撞鋼管和鋼筋籠，注漿導管下放至距孔底0.5 m處，末端臨時封堵嚴密，根據注漿管長度和孔深控制注漿管深度。注漿管連接時采用絲接方式，注漿管連接后，應進行嚴密性試驗，經注水測試無誤后方可使用。

4.1.9 注漿施工。該工程采用P·O42.5R普通硅酸鹽水泥拌制砂漿，漿液強度等級為M20，水灰比為0.5。注漿桶內攪拌時間≥3 min后方可注漿，確保漿液攪拌均勻。漿液超30 min未使用時，為防止漿液初凝影響成樁質量，將漿液廢棄[3]。注漿施工時，將拌和后的漿液倒入6 mm厚鋼板焊制的1 m×1 m×1 m灰槽內，并啟動注漿機注漿。注漿管壓力為0.5 MPa，注漿管始終保持在漿液界面以下200 mm，隨漿液液面上升提管。注漿至設計標高后，暫不拔管，待漿液自鋼管溢出后方可拔管。拔管后封閉加壓時間≥5 min，待混凝土再次溢出鋼管后停止注漿。樁孔注漿完成后，加強樁孔保護，并按跳樁施工順序依次完成微型鋼管樁施工。

4.2 預應力錨桿施工技術要點

該工程錨桿正式施工前，選取工程現場代表性土層進行施工試驗，同一土層中錨桿基本試驗數量≥3根。通過試驗施工掌握本工程預應力錨桿施工工藝參數，確定該工程錨桿極限抗拔承載力試驗宜采用多循環加載法，預應力錨桿施工工藝流程為：錨桿制作→放樣、定位→自由段鉆孔→錨固段擴孔注漿→安放錨桿→二次注漿→養護→張拉鎖定。

4.2.1 錨桿制作。預應力錨桿施工前，按工程設計要求加工錨桿（見圖2、圖3），錨桿制作和存儲在施工現場作業棚內進行，防止現場施工造成桿體損傷或形成油污。

4.2.2 鉆機就位。預應力錨桿鉆孔前，由測量人員根據工程設計現場測設預應力樁孔位，測量復核無誤后開始鉆孔施工，孔位偏差≤50 mm，孔距偏差≤100 mm，傾角偏差≤1.0°，方位允許偏差≤2.0°，鉆頭直徑與設計鉆孔直徑偏差≤3 mm。

4.2.3 鉆進成孔。該工程采用履帶式鉆機全套管跟進成孔工藝，濕式成孔后使用清水沖洗清孔，直至孔口流出清水后立即安放錨桿。錨孔深度大于錨桿長度0.5～1.0 m。鉆進成孔過程中，應結合地勘報告巖土層性質、深度和水文情況控制鉆進速度。遇到不利地質時，減慢鉆進速度，一旦出現塌孔、縮孔等問題，先停鉆并按注漿壓力200 kPa注漿加固處理。至漿液初凝后，換孔鉆孔。鉆孔達到設計深度后，穩鉆2 min并進行濕式清孔。清孔后，立即植入錨桿。

4.2.4 錨固段擴孔注漿。為確保錨桿置于鉆孔中心位置，避免錨桿伸入錨孔時攪動孔壁，錨桿干體間距2.0 m設置1對6 mm鋼筋制作的中支架。錨桿放置時應避免扭曲和彎曲，桿體放入錨孔角度應與鉆孔角度一致。安裝錨桿時，注漿管固定在錨桿上，并送入錨孔內，孔口部位設置止漿塞及排氣管。注漿管距孔底距離為300～500 mm，大于95%錨桿長度，嚴禁超深，防止注漿管外露長度不足。錨桿采用套筒連接器連接。錨桿和注漿管安裝到位后，采用P·O42.5普通硅酸鹽水泥拌制純水泥漿，漿液應拌和均勻并過篩處理，隨拌隨用。擴孔注漿時，注漿體設計強度≥30 MPa，采用二次高壓注漿施工工藝，初次注漿按水灰比0.40～0.45拌制漿液，二次注漿按水灰比0.45～0.55拌制漿液。為提高漿體早期強度，漿液拌和時摻入2%TW3型早強劑[4]。注漿施工時，一次注漿壓力為1.0 MPa，待孔口漿液溢出后停止注漿，漿液初凝但錨桿體不充盈時可進行補漿。二次注漿時，注漿壓力控制在2.0～3.0 MPa，二次注漿在一次注漿漿體強度≥5 MPa時施工。錨孔每米注漿總水泥用量≥80 kg。錨孔注漿完成后封閉端頭和出漿孔，漿體養護期≥28 d。

4.2.5 錨索鎖定張拉。根據工程設計要求，錨孔漿體養護至28 d且漿體強度達到設計強度時進行錨索張拉鎖定，張拉順序為隔根跳開張拉。錨索采用鋼絞線制作，選擇平順、無扭曲或交叉的鋼絞線制作錨索，并嚴格控制鋼絞線長度偏差≤30 mm。錨索編束時，鋼絞線按平直編排，自由段外側加設塑料防腐型套管，間隔2 m設置成品對中支架，滿足錨索保護層≥20 mm要求。錨索安裝前，抽查錨桿質量，確保錨桿無彎曲、扭轉、損傷等問題，經檢查無誤后開始預張拉。預張拉施工時，承壓鋼板采用195 mm×195 mm×18 mm鋼板制作，鋼板開孔70 mm，與14b#槽鋼連梁預留口保持一致，錨具安裝與鋼板、千斤頂密貼對中，確保千斤頂軸線與錨孔、錨桿處于同一軸線。錨索鎖定張拉時，采用專用設備張拉施工，按設計張拉值20%進行預張拉，確保錨桿、錨索與張拉設備緊密接觸，預張拉力≤極限值65%。正式張拉時，按張拉參數張拉至設計張拉值50%時鎖定，在張拉鎖定48 h后，發現預應力損失超設計張拉應力10%時應進行補償張拉[5]。該工程中，各錨桿分6級加載至設計荷載的110%，持荷2～3 min后記錄錨頭位移數據。

錨索張拉鎖定后，觀察錨索張拉過程中有無異響、斷絲、錨桿滑移或碎裂等問題。如出現異常現象，立即停止張拉，查明原因并采取處理措施，然后恢復張拉。針對該項目基坑鄰近建筑物的實際情況，特別是基坑支護北側、東北側與現有建筑物獨立基礎存在交叉的實際情況，錨索張拉前對現有建筑物基礎承臺進行信息采集，并對實際位置進行模擬，對存在交叉、碰撞的錨索采取錯開方式避讓，標注錨索入射角度和方位，用于指導施工現場錨索張拉。

4.2.6 錨孔封錨。錨索張拉鎖定后，采用專用設備切割外部多余部分，保留60～120 mm，防止出現拽滑現象，并采用素水泥砂漿加壓注漿墊板和錨頭之間的空隙，完成錨孔封錨施工。

5 結語

該工程基坑施工12個月，基坑施工至3個月時開挖至基坑設計深度，9個月時完成地下室施工。根據基坑位移監測數據，基坑開挖期間，1-1剖面、2-2剖面基坑變形不明顯，基坑邊坡最大沉降量為5.1 mm，鄰近建筑沉降量為2.1 mm，表明該工程支護結構穩定，有力保障了該工程基坑施工安全，降低了基坑施工對周圍構建物的影響。

參考文獻：

[1]董建華，莊超.深基坑框架預應力錨桿微型鋼管樁聯合支護結構力學特性分析[J].巖石力學與工程學報，2019（3）：619-633.

[2]肖武權.微型鋼管樁-錨桿在基坑支護中應用研究[J].工業建筑，2013（1）：497-500.

[3]吳學鋒，寇海磊.土巖復合地層注漿微型鋼管樁-錨桿聯合支護研究[J].地下空間與工程學報，2012（4）：836-841.

[4]李白.微型鋼管樁在巖石基坑支護工程中的應用研究[D].青島：中國海洋大學，2012：19-20.

[5]羅萍.土巖結合地層上微型鋼管樁-錨桿聯合支護的應用研究[D].青島：青島理工大學，2010：22.