微型注漿鋼管樁復(fù)合土釘墻在基坑工程中的應(yīng)用

齊善忠，施小明

（黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 開封 475004）

0 引言

土釘墻作為支護(hù)結(jié)構(gòu)，以其造價(jià)低、工期短、對環(huán)境影響小、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于邊坡工程和基坑工程中[1]。 但土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)有其自身的局限性，一般適用于穩(wěn)定性較好的土層，以便土方開挖后，有足夠的時(shí)間進(jìn)行土釘墻支護(hù)作業(yè)。 在實(shí)際的基坑工程中，常遇到自立穩(wěn)定性較差的地層(如松散的回填土、淤泥、淤泥質(zhì)土、流沙、卵石等)或夾層，且受周圍施工場地的限制，允許的基坑邊坡坡率很小，甚至為零。 在這種情況下，土方開挖后，土體會產(chǎn)生局部坍塌，沒有足夠的時(shí)間進(jìn)行土釘墻施工[2]。 針對這種情況，若應(yīng)用微型注漿鋼管樁復(fù)合土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)，并結(jié)合信息化施工，可以確?；拥姆€(wěn)定性，節(jié)省工程造價(jià)，提高工效。

所謂微型注漿鋼管樁復(fù)合土釘墻就是土方開挖前， 先在自立穩(wěn)定性較差的地層中打入鋼管，作為超前支護(hù)措施，以提高土層的自立穩(wěn)定性，然后進(jìn)行土方開挖和土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工。 必要時(shí)，也可以把一排鋼管樁用扣件連成整體，以增加支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性[3]。

1 工程實(shí)例

1.1 工程實(shí)例概況

安徽省合肥市翠微路南新華書店家屬樓2#樓有地下室一層，為筏板基礎(chǔ)，基坑面積約1 000 m2，基坑深度為5～6 m。受周圍場地環(huán)境限制，基坑南側(cè)東段沒有放坡空間，進(jìn)行垂直開挖。 受工期的限制，本工程基坑支護(hù)擬采用土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)。 而本工程的難點(diǎn)就是南側(cè)東段的支護(hù)技術(shù)。 綜合多種支護(hù)方案，以經(jīng)濟(jì)、安全為原則，最終決定采用微型注漿鋼管樁復(fù)合土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)。 以下內(nèi)容只分析此段工程的支護(hù)性狀。

1.2 工程地質(zhì)概況

擬建場區(qū)位于一多年的池塘邊緣，上部為回填土。 基坑南側(cè)東段土層結(jié)構(gòu)描述如表1 所示。

表1 擬建場區(qū)南側(cè)東段土層結(jié)構(gòu)描述Table 1 Soil structure of south side and eastern section of proposed field area

本工程區(qū)地下水為潛水，地下水埋深7～8 m?；游鞫擞猩倭可蠈訙植?，基坑開挖深度范圍內(nèi)無地下水存在。 因此，在支護(hù)結(jié)構(gòu)施工時(shí)，可以不考慮地下水的影響。

1.3 復(fù)合土釘墻設(shè)計(jì)

在本段工程基坑開挖范圍內(nèi)，地基土中-4.000 m以下有一層厚0.5～0.7 m 的淤泥質(zhì)黏土， 該土層強(qiáng)度極低（c=16.5kPa，φ=6.5°）。 并且，本段基坑坡度為零。 針對這一情況，本段工程基坑支護(hù)采用微型注漿鋼管樁復(fù)合土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)。 即在基坑開挖前，把規(guī)格為D48×3 的普通鋼管豎直打入地面以下，并進(jìn)行壓密注漿， 從而對松散的回填土進(jìn)行固結(jié)、加固。 鋼管樁地面部分和地面以下-3.000 m 處，分別放置橫向鋼管，以扣件相連，使其形成一個(gè)整體，增強(qiáng)其整體性。 豎向注漿鋼管長度為7 m，間距為0.5 m。 在地面以下-1.5 m、-3.3 m 處，分別做斜向錨管（規(guī)格D48×3 普通鋼管）， 方向與水平面成15°斜向下，長度6 m，并壓密注漿。 同時(shí)，在向坡內(nèi)與坡面成10°處豎向插管（規(guī)格為D48×3 普通鋼管），長度分別為4 m、3 m。 在地面以下-5.1 m 處，使用的是長度為3 m 的注漿錨管。 在基坑表面，掛鋼筋網(wǎng)，噴錨支護(hù)。 其具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1 所示。

圖1 鋼管樁和復(fù)合錨管土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Steel pipe pile and composite anchor pipe soil nailing wall supporting structure

1.4 復(fù)合土釘墻施工

本工程基坑支護(hù)土釘墻按上述設(shè)計(jì)進(jìn)行了施工，具體施工步驟如下：

（1）在基坑開挖前放線，打微型注漿鋼管（間距為0.5m，長度為7m），并進(jìn)行壓密注漿。 注漿標(biāo)準(zhǔn)以地面冒漿為準(zhǔn)。 用扣件與橫向鋼管相連，使其形成一個(gè)整體。

（2）在注漿工程施工完成后第三天，開挖第一層基坑，開挖深度在-2.000 m。 第一層支護(hù)錨桿布置在-1.500 m 處。 施工時(shí)，先打6 m 長斜向錨桿，再打4 m 長的豎向鋼管， 錨桿和鋼管型號都是48×3 mm。 然后，進(jìn)行掛網(wǎng)，噴射混凝土。 當(dāng)噴射的混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，進(jìn)行壓密注漿。 注漿后，豎向的鋼管全部形成微型注漿鋼管樁，而斜向錨桿則和基坑遠(yuǎn)處的土體形成一個(gè)整體。 這樣可以增加基坑穩(wěn)定性。

（3）開挖第二層基坑。 開挖深度在-3.800 m，第二層支護(hù)錨桿布置在-3.300 m 處，施工方法與第一層支護(hù)錨桿類似。 在-3.000 m 處，設(shè)置一道微型注漿鋼管樁的橫向連接，連接方式與地面的橫向連接方式相同，以增強(qiáng)微型注漿鋼管樁的整體性和穩(wěn)定性。

（4）開挖第三層基坑。 開挖深度在-5.800 m，下部預(yù)留20 cm 厚的土層，進(jìn)行人工挖除，以防止基底擾動。 第三層支護(hù)錨桿布置在-5.100 m 處，施工方法同一、二層，但不布置豎向微型注漿鋼管樁，斜向錨桿長度為4 m。

1.5 基坑水平位移檢測情況

為了預(yù)測基坑變形情況和進(jìn)行基坑安全評價(jià)，在基坑開挖第二層前就進(jìn)行了水平位移檢測[4]。 本工程位移檢測共布置3 個(gè)監(jiān)測點(diǎn)：中間一個(gè)，兩端距端部10 m 處各一個(gè)，由東向西分別為1、2、3 號檢測點(diǎn)。 檢測位移隨工程進(jìn)度變化，累計(jì)位移量平均值和檢測天數(shù)的擬合曲線如圖2 所示。

圖2 累計(jì)水平位移隨檢測天數(shù)變化曲線圖Fig.2 Cumulative horizontal displacement change curves of different testing days

由圖2 可知，隨著基坑開挖深度的增加，水平位移量也在不斷增加，但最終仍然沒有超過設(shè)計(jì)30 mm 的警戒值。 這說明，該支護(hù)系統(tǒng)是安全、可靠的。在開挖第三層時(shí)，位移增量最大為11 mm，坡頂出現(xiàn)了裂紋。 所以，工程竣工后，又延長了一周的位移觀測，直到基坑變形達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

2 微型注漿鋼管樁復(fù)合土釘墻應(yīng)用分析

2.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

該工程對本段的最初設(shè)計(jì)方案為勁性樁復(fù)合土釘墻支護(hù)，整個(gè)工程造價(jià)為150 萬。 方案經(jīng)優(yōu)化后，也有130 萬左右。 為了降低造價(jià)，最后決定改變方案，使用微型注漿鋼管樁復(fù)合土釘墻支護(hù)，工程造價(jià)降到了不足70 萬，降低造價(jià)約50%。

2.2 應(yīng)用技術(shù)分析

該支護(hù)工程基本的設(shè)計(jì)思路是： 通過壓密注漿，加固松散的回填土，使其形成一個(gè)整體。 在基坑開挖過程中，通過水平錨管注漿，使各部分加固土體相互交叉，增強(qiáng)其抗滑移、抗剪切能力。 微型注漿鋼管樁本身能夠允許很大的變形，可以隨著基坑的變形而產(chǎn)生變形，使被動或靜止土壓力變?yōu)橹鲃油翂毫Γ@就大大減小了支護(hù)系統(tǒng)的荷載，提高了安全系數(shù)。 微型注漿鋼管樁通過橫向鋼管連成整體，增強(qiáng)了其整體穩(wěn)定性， 避免了基坑局部破壞的可能。

3 結(jié)語

（1）微型注漿鋼管樁解決了自立穩(wěn)定性差的土層在土方開挖后的穩(wěn)定性問題，保證了土釘墻施工的時(shí)間，從而使土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)能應(yīng)用于自立穩(wěn)定性差的土層中。

（2）微型注漿鋼管復(fù)合土釘墻的優(yōu)點(diǎn)是：可以有效提高土層的自立穩(wěn)定, 從而有效提高土釘墻邊坡的穩(wěn)定性；施工工藝簡單，不需外加特殊的設(shè)備；工程造價(jià)低， 比傳統(tǒng)的復(fù)合土釘墻節(jié)約造價(jià)約50%。

（3）在較深的基坑支護(hù)工程中，微型注漿鋼管樁復(fù)合土釘墻宜與坡面水平向(豎向)加強(qiáng)體聯(lián)合使用，以增強(qiáng)土釘墻面層的強(qiáng)度和整體性，防止因面層強(qiáng)度不足而造成土釘墻面層的外鼓、開裂。

（4）微型注漿鋼管樁復(fù)合土釘墻屬于柔性支護(hù)系統(tǒng)，貫徹“讓”的思想，就是允許支護(hù)系統(tǒng)產(chǎn)生一定的水平位移，“讓”開荷載較大的被動和靜止土壓力，使支護(hù)系統(tǒng)上的荷載基本等于土體的主動土壓力。 這就大大減小了支護(hù)結(jié)構(gòu)抗力，從而可以最大限度地降低工程造價(jià)。

（5）該柔性支護(hù)系統(tǒng)施工時(shí)，需對基坑變形進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，并根據(jù)基坑變形大小和規(guī)律，調(diào)整施工進(jìn)度和施工方法，以做到信息化施工，否則有可能造成安全事故。

[1] 萬林海，王明龍.基于極限分析上限法的深基坑支護(hù)臨界值的確定[J].華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào)，2006（1）：91-93.

[2] 趙撫民，范文彥.分析土釘墻內(nèi)部穩(wěn)定性的簡化方法探討[J].工業(yè)建筑，2004（增刊）：122-125.

[3] 林伶利，李大勇，深基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算與加固設(shè)計(jì)[J].福建工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2004（2）：203-206.

[4] JGJ 120-2012，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].