微型桩工法

深基坑微型钢管桩与锚喷网联合支护施工工法中铁十二局集团有限公司赵小利张子侃潘伟李来仓成强1.前言随着城市建设的发展和国家土地政策的调整，土地成本在不断地提高，开发商面临着如何更加合理利用土地资源，施工单位则会更多地面临在狭窄的场地内进行深基坑开挖和支护的问题。对于场地狭小、基坑壁土质较差、周边环境复杂、开挖深度大的基坑支护工程，大型桩机操作不便，采用单一的支护方式又往往难以达到预期的安全及经济效果，需要采用多方式联合支护结构体系。西安西电新园小区高层住宅楼项目位于西安市莲湖区桃园路8号，地下1层，地上32层，基坑开挖深度8.3m，南北方向长110m，东西方向长55m。项目位于居民区内，三面临近居民楼，一面临近公园，四周用砖砌围墙与周边隔离分开。经现场实地测量放线可知，基坑北侧地下室条基基础外皮距离既有围墙1.4m，围墙外为另一小区绿化草坪、道路；基坑南侧地下室条基基础外皮距离既有围墙1.5m，围墙外为6层居民楼小区道路。考虑条基基础施工作业面需求后，基坑南侧及北侧均无放坡条件。根据陕西工程勘察研究院提供的《岩土工程勘察报告》，基坑坡脚有1.0～1.5m的粗砂层，自立性差。经现场勘查可知，周围小区道路下存在有污水、给水等地下管线，不容破坏。根据现场施工环境，施工过程中必须保证基坑边坡的稳定及周边围墙、道路、地下管线、建筑物等的安全。面对上述技术难题，我司研究开发了微型钢管桩与锚喷网联合支护施工工法，成功应用于本工程基坑南坡及北坡，在总结施工经验的基础上，形成本工法。2.工法特点2.1空间狭小不便采用较大型桩机施工的条件下，可方便使用，灵活性大。2.2施工时振动小，噪音低，无尘土飞扬，对周边建筑物影响小。2.3桩表面粗糙，桩身摩擦阻力大，能与地基土紧密结合成一体，共同受力。2.4施工简单，造价低廉，与常规的挡土桩锚杆支护方法相比，节省了材料和费用。土方开挖与支护施工可分层流水作业，与其他支护方法相比，具有工期短的特点。3.适用范围适用于地质和周边环境复杂的城市地区及施工场地狭小无放坡可能，基坑壁土质为松散砂、砾、卵石土层和夹有局部软塑土层且基坑周边有重要构筑物及地下管线对变形敏感的基坑工程中。4.工艺原理支护结构上部土钉受力较小，一层、二层采用土钉施工，边坡垂直开挖，支护结构中下部采用微型桩与锚喷网联合支护施工技术，充分发挥微型桩及锚杆的作用，改善土钉锚杆受力状态，大大降低基坑侧壁水平位移和土钉与锚杆的轴力，有效控制基坑稳定性与变形。一层、二层土钉墙施工结束后，于坡脚施工微型桩，根据设计要求放出基坑边线及桩位，安装钻机就位进行成孔作业。钻孔至设计深度后，下钢管、注浆管，压力注浆至孔口，完成微型桩的施工。三层至六层为锚杆施工，成桩3d后，开始分层分段开挖基坑，每层开挖完毕后，边坡上定出孔位，做出标记，钻机就位，进行钻孔。成孔后，安装锚杆，注浆，坡面铺设钢筋网，喷射混凝土，养护7d后，张拉锚杆，完成锚喷墙的施工。5.施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程图5.1基坑支护施工工艺流程图机具准备喷射墙面混凝土养护材料准备（1）孔位放样（2）钻孔（3）插土钉钢筋（4）注浆管注浆布墙面钢筋网（1）孔位放样（2）钻孔（3）插入钢管、注浆管（4）注水泥浆（1）孔位放样（2）钻孔（3）锚杆安装（4）注浆布墙面钢筋网喷射墙面混凝土养护预应力张拉、锚固三层锚杆施工施工准备微型桩施工附属工程施工一层坡面开挖一层土钉施工基坑边坡放样二层坡面开挖二层土钉施工三层坡面开挖下层坡面开挖下层锚杆施工基础施工5.2操作要点5.2.1施工准备完成通过深基坑开挖及支护施工方案的专家评审，并对管理人员及施工操作班组进行详细的施工技术及安全交底，设计支护断面如图所示。5.2.2场地平整后，所有物资、机具、人员准备完毕，满足现场施工条件。5.3材料的选用及制作5.3.1微型桩孔径为20cm，桩长9m，钻孔中放置D159钢管，管壁厚4.5mm。进场钢管必须验明其产地、型号，并核实其各项力学性能指标，确保其各项参数达到工程要求。钢管严格按照设计长度进行下料，长度误差≤±50mm，任意每米长度弯曲3mm。钢管接长采用对接满焊焊接，同时每个接头部位用3根Ф16mm长20cm的螺纹钢沿管外母线120°均布帮条焊。钢管底端采用5mm钢板焊封，底端以上L/3范围内为花管，用Ф10麻花钻沿图5.2.1-1支护剖面图四周（钻穿管壁）钻3个渗浆孔，梅花型布孔，每排间距40cm。钢管沿管长间隔2～3m设对中架，花管上端必设一组。5.3.2锚杆宜选用钢绞线、高强度钢丝或高强螺纹钢筋。当预应力值较小或锚杆长度小于20m时，预应力筋也可采用Ⅱ级或Ⅲ级钢筋，本工程采用Ⅲ级钢筋。制作锚杆的钢筋、锚具等应符合设计要求，具有出厂合格证和试验报告，并按要求现场取样进行复试。采用砂轮切割机切割进行下料，下料长度为自由段、锚固段及工作长度之和，在外露端加工成螺纹以便安放螺母，自由段部分涂黄油，套上塑料管，与锚固段连接处用铅丝绑牢和封扎严实。5.3.3水泥选用普通硅酸盐水泥，必要时可采用抗硫酸盐水泥，不得使用高铝水泥。细骨料应选用粒径2mm的中细砂，石子最大图5.2.1-2支护正面图粒径≤8mm。采用符合要求的水质，不得使用污水，不得使用PH值小于4的酸性水。5.4土钉墙施工5.4.1开挖及修坡挖掘机分层开挖，每层深度低于同层锚杆50cm，严禁超挖、欠挖，开挖后，人工随即挂线整修边坡，确保坡面平整度。对于地下管线附近有渗水、含水量较大处，在支护面层背部插入长度40～60cm，直径≥4cm的水平排水管包滤网，其外端伸出支护面层，间距为1m，将渗水处积水排走。5.4.2定位放线、成孔坡面修整完成后，放线定出土钉孔位，上、下排孔位呈梅花形错开。用液压锚杆钻机干作业成孔，与水平面夹角为向下倾15°。钻机安装应做到“正、平、稳、固”，钻孔到设计深度后，孔内虚土用压缩空气清洗干净，清孔后及时安设土钉钢筋并注浆。钻孔过程中要注意地下管线的安全，当发现锚孔地层情况与设计有较大出入或钻孔中遇到硬物、异常物等，应立即停止施工并向上级汇报，经分析查明后，采取切实可行的方案才可继续施工。5.4.3土钉主筋制作及安装主筋按设计长度加20cm下料，外端设20cm的弯钩，主筋每隔2m焊对中架，防止主筋偏离土钉中心。当遇到砂层时，将土钉钢筋改为花管，如图所示，采用Ф48×3.5mm钢管，钢管上每隔50cm钻直径8～10mm的出浆孔，梅花形布置，并以∠50角钢呈倒刺状焊于孔边，防止打管时散落土粒堵塞出浆孔，同时为增加其抗拔力，钢管前端做成锥形，减少打入时的摩擦阻力，用气锤按设计角度将钢花管击打到设计长度。图5.4.3土钉花管制作5.4.4造浆及注浆采用搅拌机造浆，注浆采用自制搅拌桶和注浆泵。水灰比为0.5，在搅拌桶内至少搅拌3分钟确保均匀后才可开始注浆。为保证土钉与周围土体紧密结合，在孔口处设置止浆塞并旋紧，与孔壁紧密贴合，在止浆塞上将注浆管插入注浆口，深入距孔底0.2～0.5m处，注浆管连接注浆泵，边注浆边向孔口方向拔管，直至注满为止，放松止浆塞，将注浆管与止浆塞拔出，用粘性土或水泥砂浆充填孔口。5.4.5挂网安装及焊接钢筋网片为Ф6.5＠200mm×200mm,用插入土中的钢筋固定，与坡面间隙3～4cm，搭接时上下左右一根对一根搭接绑扎，搭接长度应大于30cm，并不少于两点点焊，横纵向加强筋均采用Ф14螺纹钢筋，加强筋与土钉端部的弯钩焊接成一个整体。5.4.6喷射混凝土及养护采用干式喷射方式，强度等级为C20，配合比经试验确定，空压机风量不宜小于9m³/min，气压0.2～0.5MPa，喷头水压不应小于0.15MPa，喷射流与受喷面应垂直，喷射距离控制在0.8～1.5m，喷射厚度≥10cm。喷射应分段从下向上进行，喷头应均匀缓慢移动，喷射混凝土接槎应斜交搭接，搭接长度≥20cm。混凝土面终凝后12h内，应有专人负责养护，养护期不应少于7d。面层养护24h后，方可进行下层土方开挖。5.4.7附属工程土钉墙施工完成后，立即在基坑坡顶内侧与围墙之间施作10cm厚的C25混凝土散水，宽度为0.5m，散水坡度为1%～3%，内高外低，如图1所示。5.5微型桩施工5.5.1放桩位第二层土钉墙施工完毕后，在基坑边线外侧50cm处，放出孔位，孔位中心距为80cm。桩位用筷子做好标记，并加以保护，以便钻机施工定位。5.5.2成孔采用2台正循环小型旋挖钻机分别于基坑南北侧由东向西施工，钻机安放平稳，确保在钻进过程中不产生位移和沉陷。人工开挖小型简易泥浆池，选用膨润土配制优质泥浆。将钻杆抬至钻机旁，启动泥浆泵、钻机，缓慢钻进，泥浆泵把泥浆输进钻杆内腔后，经钻头的出浆口射出至孔底，冷却钻头的同时带动沉渣不断地沿孔内环状空间上升到空口溢出，流进沉淀池返回泥浆池净化，循环使用。每钻进2m，接一次钻杆，每钻进3～5m，检查一次泥浆性能指标和成孔质量，填写好钻孔记录，并在地层变化处取样，以便调整泥浆指标，遇地质情况与设计发生差异时及时报请设计及监理单位，研究处理措施后继续施工。因故停机时，应保证孔内具有规定的水位和所需的泥浆比重及粘度，且将钻头提出孔外，以防塌孔或掉钻头。钻孔达到设计深度9m后，记录员测量孔深并对孔底地质判断与设计无误后进行记录。在注水泥浆前，用换浆法清孔，将钻头提高至孔底约30cm空钻带动孔底沉渣，泵入新泥浆，使钻渣在孔内旋浮上升至孔口流入沉淀池，要求孔底沉渣厚度≤5cm。5.5.3下钢管、注浆管、注浆成桩成孔后，利用旋挖钻机上部安装的卷扬机、定滑轮将钢管竖起，人工调整将钢管插入孔正中位置，至孔底悬空10cm后固定，钢管中插入注浆管。注浆机需装设压力表，注浆压力为0.5MPa，水泥浆强度要求达到20MPa，水灰比严格控制在0.4～0.45之间，充盈系数≥1.3。注浆后暂不拔管，直至水泥浆从管外流出为止，拔出注浆管，密封钢管端部，加压数分钟，待水泥浆再次从钢管流出为止。由于一次注浆难以达到充盈系数及注浆压力要求，需要多次间隙注浆，一般为三到五次，直至管口翻浆为止。5.6预应力锚杆施工5.6.1锚杆安装锚杆的钻孔与土钉墙相同。成孔后，尽快进行锚杆安装，为使锚杆处于钻孔中心，在杆件上沿长度方向间隔1.5m设对中架，注浆管随锚杆一同插入孔内，注浆管头部距孔底宜为50mm～100mm，杆体放入角度与钻孔角度一致。5.6.2注浆、坡面施工第一次采用重力灌浆，采用底部灌浆方式，在灌浆同时，将导管缓慢匀速撤出，导管的出浆口应始终处于孔中浆体的表面以下，保证孔中气体能全部逸出,当孔口有水泥浆液流出时，说明注浆已满，停止注浆。第二次采用压力注浆（1～2MPa），孔口设止浆塞，在首次灌浆初凝后2～4小时内向孔中二次灌注水泥净浆，注满后保持压力5～8分钟，二次灌浆管的边壁带孔且与钻孔等长，在首次灌浆前与锚杆同时送入孔中。注浆完毕后将外露的钢筋清洗干净，做好保护。锚喷面层施工同土钉墙。5.6.3张拉及锁定锚杆采用1根20Ⅲ级钢筋，张拉预应力为100kN，锚头布设如图所示，用2根18号槽钢做腰梁，再放入锚垫板。按设计和工艺要求安装好槽钢腰梁，并保证各段平直，腰梁与微型桩、墙面紧贴密实，并安装好支承钢板垫块。锚杆张拉前注浆至少养护7d，锚固体混凝土强度须大于15MPa。图5.6.3锚杆结构示意图张拉分为6级进行：设计张拉力的10%、25%、50%、75%、100%及110%，其观测时间分别为：5min、5min、5min、5min、5min和15min。锚杆张拉前,对张拉设备、压力表、千斤顶进行标定，经计量检测单位进行校验标定，并在标定合格后的有效期内使用，同时应满足设计要求的精度。锚杆承压垫应平整,并与锚杆轴线垂直,千斤顶就位时需注意工具锚、锚环与锚垫板在同一中心线上。张拉方式采用整体张拉法，张拉过程由预张拉和正式张拉两部分组成。张拉前,取0.1～0.2倍设计轴向拉力值对锚杆预拉1～2次,使钢筋拉紧,各接触部位接触紧密、杆体平直。张拉按一定程序和设计张拉速度进行，由于锚杆间距＜1.5m，张拉顺序考虑邻近锚杆的相互影响,采取“隔一拉一”的张拉方式锁定。锚杆张拉到1.1倍