微型钢管桩在基坑支护中的应用

微型钢管桩在基坑支护中的应用

王广群,毕烁烁,侯镕镍

中国建筑第五工程局有限公司 山东青岛

摘要：随着城市化进程加快，土地资源越来越宝贵，建筑物下部的基坑越来越深，越来越靠近原有周边建筑物和建筑红线。在密集建筑群与管线纵横交错的复杂环境中进行高层建筑地下室、人防等地下工程施工的情形越来越普遍。这种情况是基坑周边环境条件受限，无放坡空间，没有大型施工机械作业的施工面，无法施工大直径灌注桩或连续墙，传统的土钉墙、锚喷支护或桩锚支护形式无法满足工程需要。为此，微型钢管桩应运而生。微型钢管桩是一种环境条件适应性强、设置灵活、施工作业面小、强度高、经济实用的支护结构，它能够满足工程需求，解决工程难题，应用越来越广泛。

关键词：微型钢管妆；基坑支护

引言

由于基坑周边环境与工程地质条件差异，支护设计方案及施工方法也千差万别。在基坑开挖过程由于场地条件限制不能施工锚杆及锚索及锚杆情况下，微型钢管桩是既经济实用又安全可靠的支护方法。

1.微型钢管桩在基坑支护中的作用原理

微型钢管桩应用于基坑支护工程中时，其作用方式主要可分为２种类型，一种类型用来作为主要的受力构件，抵抗基坑开挖过程中产生的水土压力；另一种类型则主要用来作为预支护结构。第一种类型的微型桩支护作用机理与基坑工程中的普通支护桩的作用机理相同，即在深基坑周围土压力、地下水压力及深基坑周边附加荷载作用下，深基坑底面排桩嵌固深度范围内的土体由于受到桩体侧向位移的影响而产生被动土压力来抵抗桩体承受的部分主动土压力。第二种类型的微型桩支护作用机理是微型桩作为超前支护结构的作用机理，目前关于微型桩在此类基坑支护结构中的作用机理主要有以下认识：（1）提高周围土体的强度指标，改善初始应力场；（2）降低开挖瞬时土体次生力的变化；（3）调动并协调土钉、锚杆等的支护作用；（4）减少边坡变形量，从而保证了基坑的安全。

微型钢管桩相对于普通钢筋混凝土支护桩（一般桩径600～1000mm）来说，其抗弯截面小、刚度较低，因此它并不能像普通的支护桩那样直接使用来抵抗弯矩，通常与其他锚拉支护构件联合作用，共同抵抗水土压力；从微型钢管桩的成桩过程分析，微型钢管桩通过在桩内外一定范围进行压力注浆，使得桩体范围内外的土体得以加固，土体与钢管、锚拉构件、混凝土面层等共同作为一个整体来抵抗水土压力，而不是作为外荷载，因此减小了作用在支护结构上的主动土压力，增强了土体直稳能力。因此微型钢管桩在实际工程应用中，其预支护作用原理比较贴近工程实际。

2.微型钢管桩在基坑支护应用中的主要特点

微型钢管桩在基坑支护工程应用中通常采用锚杆钻机或地质钻机预成孔，以直径48～27mm的钢管作为桩体材料，放入钻孔内居中，预先在钢管口与地面接触处做好止浆措施，然后通过注浆管向钢管内压力灌入水泥（砂）浆，浆液通过钢管上预留的溢浆孔向管外压浆，在压力的作用下，浆液将向桩侧周边土（岩）体的孔隙、裂隙进行渗透，还可通过二次压力注浆来增大渗透范围，改善岩土体的力学性能，在增强桩体强度的同时，对土体进行了加固处理，提高了微型钢管桩周边土体的整体稳定性。根据钢管桩的施工工艺结合成功的工程实践资料，总结微型钢管桩在基坑支护中的主要特点如下：（1）水平阻力大，抗横向力强。由于钢管桩的断面强度大，对抵抗弯矩作用的抵抗矩也大，所以能承受很大的水平力。（2）设计的灵活性大。可根据需要，变更钢管的壁厚；可根据需要选定适应设计要求的外径；也可根据场地需要灵活布置桩位。（3）桩长易调节。由于微型钢管桩可以自由地进行焊接接长或气割切短，所以容易调节桩的长度，特别适用于基岩面起伏大的基坑支护工程。（4）所需施工场地小、施工机械轻便，施工迅速安全。一般平面尺寸为0.5m×1.8m，净高为2.0～3.0m即可施工。（5）孔径小，施工时噪声和振动小。施工时对已有建筑物影响较小，可在小面积现场进行密集的打桩施工，适用于邻近建（构）筑物或市政管线的基坑支护工程。（6）搬运、堆放操作容易。微型钢管桩自重较轻，刚度大，不易破损，容易搬运、堆放操作。（7）工期短、造价低。微型钢管桩适合于快速施工，因此其施工进度快，工期短，相对而言能减小工程造价。在实际工程中若能充分利用上述特点，可以大幅度提高工程项目的经济效益和社会效益。

3.微型钢管桩在基坑支护工程中的应用实例

3.1位置环境

营普路站是青岛市地铁7号线二期工程的第14座车站。位于即墨区墨城路和规划三十二路交叉口北侧，站位东南侧为3层沿街店铺及中石化加油站，西侧为惠欣苑小区，东北侧为中石化加油站及醉美江南酒店，西侧为3层商铺。墨城规划道路红线60m，该路段未实现规划，现状道路宽29m，为即墨区南北向联系干道。三十二路规划道路红线宽30m，道路未实现规划。墨城路下方存在多根雨水、上水等管线，施工前需对基坑范围内的管线进行迁改或悬挂。

3.2车站概况

营普路站为地下两层岛式站台车站，长度285.7m，宽20.1~24.7m，高度15.1~18m。车站中心里程K82+657.000，车站起点里程为K82+567.650，终点里程为K82+853.35；装配段起点里程为K82+601.000，终点里程为K82+851.000。车站有效站台宽度为11米，车站主体结构断面为无柱单跨直墙拱顶装配式结构、单柱双跨箱型框架现浇混凝土结构。车站共设4个出入口（B、D出入口预留），2组风亭，1个安全出入口。车站大、小里程端区间均采用矿山法施工。小里程端进行盾构接收。车站中部装配式结构吊装时采用160吨吊车，此时需在基坑两侧预先安装龙门吊轨道。车站采用明挖法施工，围护结构采用两级钢管桩+锚索/杆支护。

3.3基坑周边环境受限条件下的应用

在实际的基坑支护工程中，常常受基坑周边环境的限制，基坑紧邻已有建（构）筑物，没有放坡空间，且不具备大型设备的施工条件，在这种情况下选择采用微型钢管桩或微型钢管桩联合支护形式可以解决难题。在这种支护形式里，微型钢管桩作为超前支护，提高土层的自立稳定性，预应力锚杆（索）有效控制基坑坡面的位移，既保证了基坑安全，又最大限度的减小了对周边环境的影响。

3.4抢险加固应用

在工程施工过程中，西侧挖至坑深7.0m时，因附近管道严重漏水，同时又遭遇短时强降雨，导致西侧边坡局部地段下部土体软化引发边坡坍塌，严重影响基坑及附近建筑物的安全，需要进行抢险加固处理。

加固处理措施：在基坑西侧出现土体坍塌部位堆填高7.0m、宽4.0m的土进行反压，在反压土体上方进行钢管桩施工。钢管桩桩径150mm，桩长9.0m，桩间距0.5m，钢管127mm，壁厚5.0mm；设置2道预应力锚杆，锚杆水平间距2m，锚杆长12m，杆体采用一束s15.2钢绞线。锚杆端部施加80KN的预应力，采用2根20A槽钢作为腰梁。进行土体反压和钢管桩施工处理后，坍塌部位得到有效加固，保证了基坑和邻近建筑物的安全。

从这个工程实践可以看出，微型钢管桩处理深基坑支护过程中的险情具有以下几个特点：（1）施工设备较小，施工工作面小，施工速度快；（2）钢管桩施工时无需挖除用于反压的土体；（3）通过钢管桩中的钢管进行注浆，在增强钢管刚度的同时，也加固了坍塌部位的岩土体，提高了岩土的物理力学指标；（4）钢管桩可以与其他支护结构灵活组合，经济实用。

结语

在基坑支护工程中微型钢管桩具有诸多优点，可广泛的应用于基坑周边环境条件受限和抢险加固等工程中，在实际工程中充分利用这些特点，其经济效益、社会效益和环境效益将显著提高。

参考文献

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[2]秦宿钧，付传飞．钢管桩加固非均质边坡稳定性有限元强度折减法分析[J]．公路与汽运，2015，170：107－109．