鋼管樁在地鐵出入口基坑圍護結構的應用

摘要：隨著城市地鐵建設的快速展開，鋼管樁相結合預應力錨索（鋼支撐）的結構形式被廣泛用于城市軌道交通的建設工程。根據鋼管樁的施工工藝以及工程實踐，總結鋼管樁應用于深基坑支護工程的主要特點，結合工程應用實例分析鋼管樁在基坑支護工程中的作用及效果。研究結果表明，在基坑周邊環境條件受限的基坑支護工程中，鋼管樁能充分發揮其施工工藝簡單及環境污染少的優點，表現出顯著的經濟效益和社會效益。

關鍵詞：鋼管樁;基坑支護;監測;鋼支撐

0" "引言

在我國城市地鐵建設工程中，出入口明挖基坑傳統圍護結構一般采用鉆孔灌注樁、TRD插型鋼等支護。由于出入口多設置在道路兩側的人行道與居民樓之間，導致出入口位置一般場地狹小，難以同時使用多臺設備及大型設備進行施工。

在某項目已實施的地鐵附屬結構施工中，北嶺站設備外掛段、C出入口、水清溝站A、B出入口均采取鉆孔樁支護設計，利用沖擊鉆成孔，平均每1.5d成孔1根，每個出入口鉆孔樁施工周期在3～4個月左右。

針對鉆孔樁施工周期長、噪聲大、振動大、泥漿污染處理困難及施工場地泥濘等環保問題嚴重[1]，項目部聯合設計單位，通過對方案進行比較，優化設計，綜合考慮基坑形狀、受力情況、開挖地層水文地質狀況，依據監測數據，設計出不同類型的鋼管樁施工方案，希望能為類似地鐵出入口基坑設計及施工提供參考。

1" "工程概況

該項目車站主體結構設行車段和設備外掛段兩部分，附屬部分設2座風道、4個出入口（2個預留）、3個安全出口和1座換乘通道。D出入口在車站東南側，與車站外掛段相接。

D出入口的中心線總長約68.41m，采用明暗挖結合法挖掘。明挖標準段基坑開挖寬度7.5m，明挖人防段8.9m，坑深為1.6～16.8m。暗挖段標準段寬7.6m。明挖段長約58.63m，采用矩形和U型槽結構形式。

通過地勘報告可知，地質從上到下分別為雜填土、花崗巖強風化層、花崗巖中風化帶、花崗巖微風化帶。地下水以第四系孔隙水和基巖裂隙水為主。出入口東西走向，東高西低，地表高差8m左右。

2" "基坑圍護結構方案

2.1" "方案設計

根據以往車站附屬出入口施工方案和現場的實際條件，擬訂了4種施工方案，并對優缺點進行了分析。

2.1.1" "放坡開挖不用施工圍護樁

該方案基坑開挖單價低，且不考慮管線遷改工期，開挖工期較短，但必須占用瑞昌路人行道，人行道下方電線、通信管線需要轉移，轉移費用大、時間長，且周邊房屋和基坑要同步挖掘。

受房地產建設基坑工期影響，交叉作業影響較大，土方的挖掘及回填量都很大。基坑臨近道路，沒有操作現場，交通風險大。

2.1.2" "采用鉆孔灌注樁+鋼管樁（吊角樁）

該方案安全系數高，土方挖掘的較少，但圍護樁工期長，圍護結構成本高，鉆孔樁噪聲擾民，施工產生泥漿、污染環境，泥水處理費用高。鋼管樁鉆孔產生粉塵，施工過程中需要使用霧炮、噴淋灑水等清除灰塵。

2.1.3" "采用鋼管樁

該方案優點是基坑安全系數較高且土方開挖的較少，但圍護樁工期相對較長，圍護結構成本較高。鋼管樁鉆孔產生粉塵，施工過程中需要使用霧炮、噴淋灑水等清除灰塵。

2.1.4" "采用放坡+鋼管樁

該方案安全系數較高，土方開挖的較少，圍護結構造價和工期相對適中，但與周邊房建基坑需要同期開挖，受房建基坑工期影響，交叉作業影響較大。鋼管樁鉆孔產生粉塵，施工過程中需要使用霧炮、噴淋灑水等清除灰塵[3]。

2.2" "方案比選

從4個方案的經濟性、工期時間、操作性、安全性進行比較，具體如表1所示。其中星越多，表示方案越佳。最后，經過認真的全方位比較，方案P3最終確定為實施方案。D出口的挖掘和保護采用“鋼管樁+錨索（錨桿）”，經濟適用、高效、安全。

3" "圍護樁設計

綜合考慮周圍環境條件，基坑采用鋼管樁+錨索及鋼管樁+型鋼內支撐圍護型式。對于基坑開挖較淺段采用A、B型鋼管樁，采用Φ273×10mm鋼管，間距@1000mm;鋼管樁超出基底3.0m左右，基坑側壁采用Φ28全長粘結型錨桿，間距2m×2m。

對于基坑開挖較深段采用C、D、E型鋼管樁，鋼管規格為Φ377×12mm，間距@800mm。鋼管樁鋼管樁超出基底1.5m以上，C、D型支護段基坑側壁上部采用預應力錨索，下部采用粘結錨桿。E型支護段基坑側壁上部采用預應力錨索，下部采用型鋼內支撐。樁頂設置鋼筋混凝土冠梁，樁間為Φ8@200×200鋼筋網和100mm厚C25噴射混凝土[4]。

4" "施工技術

4.1" "工藝流程

施工工藝流程如圖1。

4.2" "準備工作

搭建施工圍擋，平整場地;將水電接入施工現場;對鋼管樁工程所需的鋼管、水泥進行進場檢查;

對工程所需設備進行檢查、驗收。

4.3" "鋼管樁施工

目前國內具備較大成孔直徑的硬巖鉆孔設備較少，大部分采用直徑127mm的鋼管樁。綜合比選，鋼管樁的施工設備采用徐工XSL5/260型水井鉆機。該產品硬巖最大成孔直徑為500mm。鋼管樁水平間距為@1.0m/0.8m。鋼管樁采用Φ273×10mm/Φ377×12mm鋼管，鉆孔采用Φ300/Φ400型鉆頭。在鉆進至設計孔深后清孔并灌注水泥漿液，水泥漿液的水灰比為0.5：1（質量比），注漿水泥是P042.5水泥。

4.3.1" "鉆孔

在鉆孔之前，由項目部測量班測量樁的位置，樁的位置較原設計樁位外放10cm。鉆機開鉆前設備要調平，以保證施工過程中鉆機位置不發生移動和傾斜。同時需對鉆機樁位進行認真檢查，保證孔的位置偏差在規范的容許范圍內，孔的位置偏差控制在5cm以內。

鉆探過程中，會產生大量的碎屑和粉塵。對于碎屑應采用手推車及時清理，防止其掉入孔內，造成卡鉆。粉塵應使用霧炮機配合降塵。在周邊圍擋上設置噴淋灑水裝置，防止粉塵擴散，污染環境。鉆探到設計標高時，應使用壓力風仔細清孔，以免孔底殘渣厚度過大。

4.3.2" "鋼管施工

完孔經檢查后，立即進行鋼管安裝。因為特殊的原因不能及時安裝時，將洞口處打掃干凈，并在周邊設置砂袋，孔口填塞編織袋，頂部使用竹膠板覆蓋，防止雜物、雨水進入孔中。如孔中倒灌有水，在鋼管安裝前應抽排干凈。

鋼管的前端設置成錐形（不關閉），尾部1.0m范圍不開孔。剩下的部分在鋼管上鉆孔，孔直徑1.5cm，孔間距0.5m，注漿孔配置成梅花形狀。鋼管的連接部位不能開孔。管道任何位置不得開方孔。

傳統的鋼管連接采用絲扣連接，考慮到鋼管的直徑大、質量大，現場不具備加工設備及條件，需要外協加工。鋼管需要鋼筋加工配送中心進行加工，材料涉及二次倒運，其加工及倒運成本較高。在現場采取經優化的連接方式，采用內襯鋼管連接。

具體施工工序為：插入接頭鋼管→點焊→插入其他鋼管→確認接頭尺寸→確定并調整鋼管豎向位置焊縫的錯開位置→首次管道找直→調整對口間隙的尺寸→對口找平→管道再次拉線找直→焊接。

鋼管之間的連接為內層鋼管焊接連接，接合處鋼管長度為30cm。在接頭焊接前，應除去樁端浮置銹、油污，保持干燥，上下段樁焊接時應進行校準，焊接應對稱，焊縫充實，焊縫應比管面高約1～2mm，焊接渣應及時清除。

在管節焊接前，先修口、清理殘渣，焊縫的寬度要比傾斜口的各一側寬0.5～1.5mm。管道端面的間隙為8～10mm，在另一側的間隙夾上幫條，或采用加熱法縮小間隙進行焊接。焊縫表面不得有裂紋、未熔接、爐渣、氣孔、未焊接、咬邊等缺陷。

4.3.3" "灌漿

水泥漿液的水灰比為0.5：1（質量比），現場設置漿液配比標志牌，嚴控漿液配比。現場采用容積為1.2m³的桶作為攪拌桶，采用袋裝水泥，單次攪拌1.0m³，按照水灰比需要加水泥1226kg。

按照袋裝水泥每袋50kg，每次需要加入水泥24.5袋，最后加入的半袋需要使用電子秤進行稱量。現場在桶上對加水位置、最終位置做出刻度標記，防止超量。灌漿及攪拌過程中，現場技術人員應全程旁站。

施工程序及方法如下：在注漿液之前，確認管道和機器的狀況;鋼管安裝完畢后，將注漿管伸入孔的底部，一邊注漿液，一邊向上提注漿管;注漿至孔頂后，進行另一孔的灌漿，如發現孔頂水泥漿液有較大下降，及時進行補注;灌漿施工過程中，試驗部門在現場控制水灰比的配比等參數。施工注意事項如下：

在注漿過程中需要處理管道故障時，必須停止機器，無壓力后再進行處理，處理過程中注漿管管口對準人員是嚴禁的。

在注漿期間，施工人員的身體應避開孔管的正面，開啟注漿閥要在側面操作，防止因噴射泄漏造成的傷害。注漿要嚴格按設計壓力操作，嚴禁超壓注漿。確保施工過程中的壓力表處于良好狀態，嚴格保護壓力表。

漿料的制備應嚴格按照設計要求進行，漿料口應設置過濾網，防止水泥塊和雜物進入管內。漿液應由專人制備，并按照規定嚴格調配。

最大限度地縮短漿液放置時間，當班配制的漿液超過4h以上的嚴禁使用。下班時間停止注漿時，迅速清洗注漿設備和器具。在調配漿液期間，施工人員應詳細填寫原始記錄，并根據要求迅速報告工程進度。

在注入水泥漿液時，必須遵守規定和紀律，服從指揮，遵守現場輪班工作制度。各班組留出時間清洗，除去滲漏的漿液，保持施工現場的清潔，貫徹文明施工。禁止隨意倒放未使用的漿液，必須放在指定位置，防止環境污染。禁止鉆機操作專業人員工作離開工作崗位。現場的所有施工人員，在進入工作崗位前經過安全、技術訓練合格后，可以進入工作崗位。

5" "結論

隨著城市地鐵建設的快速展開，鋼管樁相結合預應力錨索（鋼支撐）的結構形式被廣泛用于城市軌道交通的建設工程。

本文根據鋼管樁的施工工藝以及工程實踐，總結鋼管樁應用于深基坑支護工程的主要特點，結合工程應用實例分析鋼管樁在基坑支護工程中的作用及效果。

采用方案P3施工后，工程進展順利，高效安全地完成了出入口的基坑開挖支護。在基坑挖掘過程中，基坑的各項監測數據正常，臨近道路的沉降、位移數據正常。

與傳統的鉆孔樁相比，采用此方法進行施工噪聲、粉塵、泥水均明顯降低，并加快了施工進度，提高了施工安全性。

綜上，在基坑周邊環境條件受限的基坑支護工程中，鋼管樁能充分發揮其施工工藝簡單及環境污染少的優點，表現出顯著的經濟效益和社會效益。

參考文獻

[1] 梁超，劉潤.大直徑鋼管樁豎向承載力計算方法研究[J].地下空間與工程學報，2018，14（1）： 169-175.

[2] 亓守臣.深基坑鎖口鋼管樁圍堰設計與施工[J].國防交通工程與技術， 2015，13（S1）： 24-25.

[3] 樊娟瑩.某基坑邊坡微型鋼管樁加錨索支護施工技術[J].四川建筑，2018，38（3）： 207-209.