鋼管樹根樁在基坑邊坡支護中的應用

張銀羽

（山西三建集團有限公司，山西長治 046000）

0 引言

鋼管樁經過半個多世紀的發展，已成為現代地基工程的一種。自20 世紀30 年代起，此類樁基已廣泛應用于橋梁、高層建筑等地方。隨著結構體質量的不斷提高，對地基的沉降有了更高的要求，為確保樁身深入較深的土壤中，從而不容易被損壞、承載能力較強，受到廣為推薦。我國在20 世紀70 年代后期才開始使用鋼管樁，在那個時候，沿海特大型鋼廠還有高層建筑等都采用了鋼管樁。盡管成品樁是從國外引進的，成本比較高，但是它具有高的穿透性、高承載能力和快速施工速度，所以仍然是首選的樁種。南浦大橋和楊浦大橋等橋梁、碼頭及取水結構采用分段分段拼裝鋼管樁，擴大了鋼管樁的使用范圍。

如今城市內開發項目逐漸增多，但城市內施工場地有限，基槽開挖難度加大，為了既符合施工要求，又要保證周圍毗鄰建筑的安全，就需要對基坑支護采取相應的措施[1]。在基坑工程中，很多基坑都是與周邊建筑和公用設施緊密相連的，就算有足夠的防護措施，也會對周圍的建筑物和設備造成一定的影響。因此，某些關鍵建筑物仍需要特別的保護。防護方法主要包括隔斷法、基礎托換法、注漿加固法等。本文主要介紹了采用隔斷技術的鋼管樹根樁施工工藝。

1 工程概況

本工程為晉中頤和郡項目，位于山西省晉中市榆次區，土方開挖采用大開挖，基坑東側及北側開挖線距現有建筑物只有3～5m，故基坑開挖是重點難點。一些建筑物基礎工程位于濕陷性黃土上，而基坑邊坡高度都處于10m 上下。如此一來就導致了在施工中出現了一系列的不穩定因素。因此，必須對勘查區的地形地貌、地層構造等進行科學的界定，如土壤類型、工程性質等，以便找出地質不良大概率攜帶的負面影響。

與此同時，以此出發提出了一種有效的邊坡加固方法，即通過支護技術來改善建筑物的結構受力穩定性。

1.1 工法特點

（1）基坑東側及北側在原有土釘墻支護形式中增加鋼管樹根樁。

（2）基坑開挖前先進行鋼管樹根樁施工，待施工完后再進行基坑的開挖。

（3）鋼管樹根樁的施工方法簡易，如此一來占據面積并不大。

（4）建筑產生的噪聲和震動非常輕微，適用于城市運行，不會對現有建筑的穩定性造成威脅。

（5）采用高壓灌漿技術，可以將樁與土壤緊密地結合起來，同時樁與土之間的摩擦力增大，因而承載能力也相對較強。

（6）孔徑小，因此，不會給基礎和基礎帶來壓力，也不會對大樓的正常工作造成影響。

（7）在設計荷載作用下，樁體的沉降量很低，適用于建筑物有嚴格的沉降控制要求。

1.2 適宜土類

在各種地質情況和喀斯特巖溶區，既能用于地下水位以上，也可用于地下水位以下，所適用的地址類型較廣。

1.3 適用范圍

（1）必須確保結構在不同的設計載荷和聯合載荷下的強度、穩定性和耐用性經得住考驗。

（2）對邊坡、地基的水文地質、工程地質等進行了全面的了解，并掌握其對應的地質特征。

（3）支撐結構應與周邊環境相適應，并與原有建筑保持一致。

（4）在選用結構形式和布置地點的時候，既要考慮到經濟、安全、可靠的因素，又要易于維護，所選用的材料必須具有耐腐蝕、耐久的特性。

（5）能滿足環保以及其他要求。

1.4 工藝原理

因施工場地有限，基坑開挖線距現有毗鄰建筑較近，經過與支護設計單位多次溝通，采用在原有支護形式中增加鋼管樹根樁。

通過改進支護方式，滿足基坑開挖的設計要求，同時確保現有毗鄰建筑的安全。

2 施工工藝流程及操作要點

2.1 施工工藝流程

排樁支護中常用的樁是采用鋼筋混凝土灌注樁，即將樁間的樁緊密地布置在一起，構成擋土支護結構。

在城市建筑密度較大的地區，由于鄰近的建筑距離較近，不具備放坡的條件，因此通常采用排樁支護[2]。西安地區普遍無放坡條件，在開挖深度較小，不需增設錨桿時采取排樁支護。

施工工藝流程如圖1 所示。

2.2 操作要點

根據支護設計方案，嚴格控制每道施工順序，確保本工程方案有效實施。

（1）定位放線：根據設計需要，確定微型樁的樁位中心線，以1m 為單位，以L=10m 為單位，根據設計間隔1m，通過使用筷子確定每根樁的中心位置。

（2）成孔：由鉆機成孔，孔口的直徑約200mm，鉆孔至設計深度，同時要經現場工程師確認之后，才能施工。

（3）鋼管制造：采用鋼管進行焊接，采用雙面焊接，焊接的時候應飽滿、穩定，角鋼接頭應保持直線。成型的小樁用起重機械下沉，灌漿管沿著微型樁裝上，與之一起下沉。

（4）注漿：同時注漿方法的選取也需要注意，通過綜合考量選用了底部壓力注漿法。42.5 普硅水泥當選為注漿材料，按設計水灰比0.5 配制好，然后再攪拌均勻，注漿壓力應大于0.5MPa，每延長米水泥用量不少于80kg。在注漿完畢的時候，管子先不要拔出來，等水泥漿流出來的時候，就可以拔出來，然后封住管子的頂端，增大壓力數分鐘，直到水泥漿液從管子里流出來。

2.3 注意事項

（1）在灌漿開始后，要不時地對注漿管進行上下松緊。注漿完畢后立即拔出灌漿管，每拔1m 應進行一次灌漿，直到全部拔出。

（2）注漿完畢后，注漿結束。標稱注漿不得超過計算樁3 倍；注漿到額定值后，停止注漿。

3 質量控制、安全及環保措施

3.1 質量控制

3.1.1 成孔

為了確保鉆孔前的豎直性，為了控制樁的位移，需要在水平尺的前后左右調節井眼的平整度，在成孔之前，先用精密的工具測量樁位，然后在每一個位置固定一根筷子，在打孔時，要使鉆頭的中心對齊。

然后才能進行鉆孔。要確定鉆頭尺寸要先用尺測量，然后再開始鉆孔，如果有缺陷，應及時更換鉆頭或重新焊接，鉆機鉆完200m 后要做一次鉆探。

3.1.2 水泥漿液配制要求

水泥漿料應嚴格按0.5∶1 配比，配制時每袋65kg水泥，加水量在罐中劃出刻度線，水泥漿應該在攪拌機中攪拌3min 后，方能開始灌漿，使其充分混合[3]。若因設備故障或其他理由導致泥漿混合時間長達半個鐘以上，為不影響樁身質量把漿液廢棄。

3.2 安全措施

（1）各類建筑工人必須經過安全培訓，不能未經許可上崗，并佩戴相應的安全保護設備和勞動保護設備：安全帽、安全帶、絕緣手套、防護鞋等，禁止操作人員不遵守規章制度工作，管理人員指揮違反章法。

（2）在工地上設置警示標志，在危險區域設置警示標志，在機械設備上安裝安全操作規范，禁止一切不安全的行為和違規的工作。

（3）夜間施工要有足夠的照明。

（4）雨雪天氣禁止施工坡屋面。

（5）進場的工人一定不可以漏戴安全帽。

（6）電焊工作業時，電焊機必須接地接零。

3.3 環保措施

（1）根據現場情況，做好施工主要堆場、道路、作業區周圍的硬化工作，在大門口附近設洗車平臺及高壓沖水設備。

（2）在工地上設立了專用的垃圾點，每天都會有專人進行清掃，并在工地上對每一個工地進行衛生管理，并定期對工地的衛生情況進行監督，并制定獎勵和懲罰措施，以提高員工的健康意識。保持工地清潔衛生。根據需要，配備必要的應急設備和醫療器械，定期利用宣傳欄、黑板報開展健康、防病知識宣傳和組織應急救援隊伍。

（3）按要求設置需要的急救設施及藥器，經常利用宣傳欄、黑板報進行衛生防病宣傳教育，組建急救隊伍。

4 應用實例

近年來城市市區內項目較多，現場場地不足是常見的問題，我公司經過在頤和郡項目邊坡支護中運用了樹根樁施工工藝，使得在有限的場地內進行土方開挖，又可以保證周圍臨近建筑的安全，為以后城市市區內施工項目的土方開挖解決了因場地狹小而出現的問題。本工程樁基設計為樹根樁，樁徑250mm，樁端持力層為第3 層土（粉質粘土混礫卵石夾漂石層）或第4 層粉質粘土層。

（1）施工程序：定位挖槽→濕法鉆孔→清孔→安放鋼筋籠→安放串筒→灌注混凝土。

（2）本工程采用洛陽鏟機械成孔，具體施工如下。

①在鉆機安裝之前，應將現場平整，鋪設枕木，并用標尺進行校正，以確保鉆機的平穩和牢固。

②開孔：在測量平面上進行了標定，在樁心位置進行了護樁工作，并進行了鉆孔。鉆孔時應按土層條件進行壓力，先輕壓慢轉速，再逐漸恢復常態，一般用鉆具用鋼絲繩壓，不大于10kN；在基巖中，鉆孔直徑為15～25kN；鉆機速度：對于合金鉆頭，每分鐘180 轉；鋼顆粒鉆頭每分鐘100 轉。根據場地、樁距和施工進度，可以采取單機跳（一打一或二打一）、單機雙打（一機在兩個基座上輪換）、雙機雙打（兩臺鉆機在兩個基座上輪流對打）。

③偏孔處理清孔取樣：若孔位有偏差，則應將碎石填入偏孔300～500m 處，再鉆一次。

④防止孔內干擾：采用有效的工藝措施，并注意避免因干擾孔壁造成塌孔、擴孔、卡鉆、掉鉆等現象。

⑤樁頂入持力層的深度必須滿足設計的要求。

⑥驗孔、清孔取樣：每施鉆4～5m 深度驗孔一次，在鉆頭更換之前或易于收縮時，應進行鉆孔。在進入基巖后，每100～500mm 的鉆孔取樣，為最后孔驗孔做好準備。

⑦鋼筋籠制作、安裝：鋼筋籠的鋼筋采用焊接連接，連接應按照規范的規定進行錯位，橫向鋼筋（加勁箍筋、螺旋箍筋）和縱筋的連接點必須焊牢。為了保證混凝土保護層的厚度，在鋼筋籠外設置混凝土墊片。通常，在主筋內側每2.0m 處加一根加固箍，在箍內各有一孔形加固支承，并與主筋焊接形成框架，為了方便吊裝，通常分為兩個部分，主筋與箍筋。鋼筋籠的主筋是一條長筋，其連接處通常選取對焊的方法，在主筋與箍筋之間的空隙處進行焊接，保證平面誤差不超過5cm，鋼筋籠四邊主筋間的耳環間距為5～7m，鋼筋籠的外徑小于鉆孔11～12cm。采用小型起重機械或履帶式起重機進行鋼筋籠定位，上下節主筋采用兩面焊接，整體用槽鋼懸掛在井壁上，靠自身重量維持其垂直性。

（3）質量檢測：每3～6 個樁應設置一套試驗塊，以測試其抗壓強度。對樹根樁的垂直承載力進行測試，在有經驗的情況下，可以采用動測法進行檢測。二者都要滿足設計的需要[4]。

（4）常見的質量問題與防范：①防止孔底虛土過量對策：完成鉆孔，應及時將混凝土澆筑完畢，或及時蓋好孔口，并且避免過車、行人通過蓋板。施工中要及時清除空隙土壤，提鉆時應事先把孔口積土清凈，如有需要，可采用二次鉆孔清除空隙土壤。②塌孔預防措施：關注土壤的改變，遇有砂卵石或流砂、流塑淤泥，應不采用鉆孔方法成孔。上部如果出現滯水漏水，要及時進行排水，如電滲井降水等。鉆探砂層遇地下水時，不得超出初始可見水位，以防止坍孔。③鉆桿跳動預防措施：在施鉆過程出現鉆桿跳動、如機架晃動、鉆不進尺等不正常現象，要馬上停下來，進行檢修；如果鉆桿或鉆頭不能滿足使用要求，必須在試鉆恢復正常狀態前進行替換。④縮徑預防措施：對地質勘查數據有一定的了解、地下水位情況，制定了一個切實可行的鉆孔計劃。觀察每500～1000mm 高的混凝土用量，換算成樁徑，如出現縮徑，應及時進行處理。⑤鋼筋籠的變形防治：鋼筋籠在制作成形堆放、運輸、起吊、入孔過程中，必須嚴格按照相關技術規范進行施工。⑥防止鋼筋沉降的方法：將鋼筋籠置于樁孔內，在上部用木棒支撐，以防止鄰近樁振動時，鋼筋籠不會發生沉降。⑦樁頂標高不準防止：在樁頂灌注混凝土時，要經常進行檢測，并嚴格控制上部標高，防止出現過量截樁現象[5]。

5 結語

采用上述技術和措施加以解決，研究鋼管樹根樁在基坑邊坡支護中的應用，采用本文所提出的方法，獲得了很好的工程效益，這也為以后類似地質情況的施工提供了有益的借鑒。