岩石基坑支护中框架钢管复合桩关键施工技术浅谈

岩石基坑支护中框架钢管复合桩关键施工技术浅谈

孟园

身份证号：131126198711260016

摘要:随着地下围护结构支护类型日渐增多，配套设备日趋成熟，根据地质条件，采取支护效果好、成本低、施工效率高的复合型围护结构成为一种发展趋势。本文依托在建地铁工程，在岩石基坑支护施工中，开展针对框架钢管复合桩支护结构施工工艺探索及实践。通过实践，总结形成施工质量的控制要点及技术措施，研究并应用新的工装设备。

关键词:岩石基坑、钻孔灌注桩、微型钢管桩、微型复合桩、工艺流程、质量控制、垂直度

1、前言

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总结施工现状，对于岩石基坑，传统钻孔灌注桩围护结构钻进速度较慢、工期长、成本高，严重拖缓了工程进度，造成资源浪费。为此，新型的“框架桩+微型钢管复合桩”的支护方式应运而生。该支护形式只需要极少部分钻孔灌注桩，大部分采用的是微型钢管桩，微型钢管桩环境适应性强、设置灵活、强度高、经济实用。微型钢管桩采用潜孔钻机打孔，成品钢管直接下入的方法，极大的节省了材料、人力和机械，结合钻孔灌注桩能够满足大部分地质条件较好的地质条件下的支护需求。本文以徐州市轨道交通6号线一期工程大湖北站主体围护结构施工为例，介绍“框架桩+微型钢管复合桩”在实际工程应用中的工艺特点、工艺流程及施工要点和控制措施。

2、工程概况

2.1项目概况

大湖北站为徐州市轨道交通6号线一期工程的第15座站，四周均为居民小。车站主体为地下两侧双柱三跨矩形结构，采用明挖顺做法施工。车站基坑长217.69m，宽19.7～25.5m，深15.11～25.83m。局部设计采用钻孔桩+微型钢管桩的围护结构，采用砼支撑+钢支撑基坑内支护形式。

2.2地质水文条件

表层为杂填土厚度约为1.5m厚，下部均为中风化石灰岩或者中风化泥质灰岩。其中杂填土松散，以沥青路面、碎石等为主，夹少量粉土、黏土，底部以黏土或粉土为主，均一性差，多为欠压密土，结构疏松，具强度较低、压缩性高、荷重易变形等特点，工程性质差；强风化泥质灰岩隐晶结构，薄层状构造，裂隙极发育，岩体极破碎，岩芯多成碎块状，局部有轻微溶蚀现象；中风化石灰岩中厚层状构造，矿物以方解石为主，并含白云石，裂隙稍发育，充填方解石脉，胶结良好，局部有轻微溶蚀现象，较完整，岩芯呈短柱状，长柱状，局部碎块状。根据区域水文地质资料、现场调查及引用资料分析，场地水文地质条件简单，地下水类型分为填土中的上层滞水及碳酸盐岩类裂隙溶洞水。

2.3设计参数

设计采用直径800mm的钢筋混凝土钻孔灌注桩，间距在8m左右，桩顶设置混凝土冠梁，对应混凝土桩位置设置混凝土支撑，整体组成支撑体系的框架结构。混凝土桩间采用钢管桩填充，管桩采用φ150壁厚6mm钢管桩，孔径直径200mm，间距750mm,钻孔及钢管内灌注水泥浆。开挖后侧壁采用挂钢筋网片并进行混凝土进行喷锚支护。

3、工艺流程

总体施工流程为先施作钻孔桩后施作钢管桩，钻孔桩采用旋挖钻机，钢管桩采用潜孔垂成孔。钢管桩施工时，为防止由于相邻两桩距离太近或间隔时间太短，造成塌孔，采取分批跳孔施作，钢管桩施工时按隔二打一施作。钢管桩施工工艺流程：平整清理场地---钻孔桩施工---注浆钢管制作---测量放线---钻孔机就位钻孔---成孔验孔 ---钢花管加工安装---注浆机注浆管安装----加压注浆，直至上口翻浆---边开挖边挂网喷锚。

4、主要施工方法

4.1平整场地

场地平整能保证钻机在钻进过程中一直处于一个平稳状态，使得钻杆在钻进过程中垂直钻进不会产生偏差使得成孔之后孔的垂直度得以保证，后续定位盘放置能够平稳，确保下入钢管时钢管能够垂直下入。

4.2钻孔桩施工

测量定位后， 首先埋设护筒，地质条件较好，采取干成孔工艺，成孔过程中做好钻杆垂直度控制，钻孔的深度、直径、位置和孔形直接关系到成桩质量与桩身曲直。为此，除了钻孔过程中密切观测监督外，在钻孔达到设计要求深度后，应对孔深、孔位、孔形、孔径等进行检查。在终孔检查完全符合设计要求时，应立即进行孔底清理，清完孔之后，就将提前制作好的钢筋笼垂直吊放到孔内，定位后要加以固定，然后用导管灌注混凝土，灌注时混凝土不要中断，防止出现断桩现象

4.3钢管桩制作

根据设计图纸要求的深度进行下料，为保证垂直度，钢管在地面进行焊接，钢管加工采用φ150壁厚6mm无缝钢管现场加工，为保证焊接时钢管桩的质量，焊接时采用坡口焊方法进行焊接，焊接时保证剖面整洁，焊接时预留1mm~2mm空隙，采用多层焊。焊接完成后对每一根钢管进行探伤实验及垂直度检验。

4.4桩位放样

场地平整之后利用全站仪对每个桩位进行放样并做好保护，在放好桩位点后在桩位点前后左右2.5m处各放一个控制点，要求控制点与桩位点在同一直线并拉线校核。

4.5钻机就位及钻进

放好桩位点之后钻机移动到桩位点附近，为保证桩位不侵限，钻机履带与基坑纵向平行，在下钻之前使用对桩位点以及此桩位控制点进行复核，确保无误后钻机行进到指定位置开钻。钻机准备就绪后，钻头中心与桩位中心重合，机械臂嵌入地面防止钻进过程中机械臂晃动造成孔的垂直度无法保证。启动钻机，稳步钻进；每进深2m,需要接一次钻杆，直至设计有效深度。钻孔桩施工垂直度控制在1/200，且轴线偏差不大于10mm，钻孔过程中如发现偏孔，应回填水泥浆至偏孔上方300~500mm处，然后重新钻进。钻孔过程中，高压水同步带出孔内岩渣

4.6成孔验孔

成孔之后钻机驶离桩位附近，应对桩孔进行高压清孔后，使用成孔探测仪对成孔的垂直度进行检查，对于垂直度小于1/200的孔进行下一步施工，对于垂直度大于1/200的孔回填至距离地面300mm~500mm处重新钻进。

4.7钢管吊放及安装

钢管一次焊接成型，采取吊车整根吊装下方至孔内，为了防止钢管起吊时变形造成的钢管垂直度偏差，吊装时采用两点吊，吊点位置设在钢管桩两端的1/3处。

4.8钢管注浆

注浆采用单液注浆泵，按照水灰比1:1配比配置水泥浆，将注浆管下至孔底后提起300mm，注浆从孔底开始，边注边拔，保证浆体密实。待浆体沉淀初凝，施工中在水泥浆初凝后，对其空隙位进行补灌浆处理，使孔口位达到灌浆、充填饱满。无水地段浆液采用水泥浆，普通硅酸盐水泥P.O42.5，分别采用水灰比为0.6的水泥浆注。地下水丰富的底端采用压力注浆，注浆压力0.8MPa，浆液类型采用水泥-水玻璃双液浆，其中水泥浆密度大于1.45，水玻璃波美度大于30玻美。

5、施工控制要点

5.1施工过程检查内容

施工过程中对每个施工班组及时检查，检查重点是桩长、水灰比、水泥用量。桩长可直接量注浆钢管长度；水灰比可直接用比重计现场监测；每注完10根桩以后，要及时核实水泥实际用量，如果以上不符合设计要求要及时调整,并对已施工过的桩进行补灌。当注浆量超过3倍理论量时，停止注浆。

5.2钢管桩焊接质量控制

每节钢管连接处，采用坡口焊接，焊接前，坡口必须清理干净，焊接应对称进行，应用多层焊，钢管桩各层焊缝接头应错开，焊渣应每层清楚。严格按照焊接规范要求进行施工。焊接设备必须性能良好。焊接使用时，加强质量监理。每节钢管桩（15m）最多不超过五个焊口，且短桩连接时，焊缝起点应顺圆周方向相互错开，不同壁厚不得接长使用。每根钢管桩排列时，焊缝接口需错开1m。

5.3垂直度控制

该类型支护形式中，钢管桩的垂直度控制为工程成败的关键，采取如下几个控制措施。

5.3.1原材控制

钢管桩运输，堆存和起吊过程中须避免因碰撞而造成管身变形和损伤，变形及损伤后的钢管严禁使用。钢管加工之前对进场钢管弹出十字线，并在钢管两端口十字线上面焊接两根等长钢筋，在两端钢筋顶端系上细线，使用测量尺测量两端口及钢管中间细线到钢管壁的距离，若距离一样则证明钢管垂直度没有问题，检验根数为进场钢管数量的1/10，对不满足垂直度要求的钢管进行退场处理，对垂直度没有问题钢管进行焊接施工。

5.3.2加工过程控制

钢管焊接在定位平台上进行，平台如下如所示，加工前先对平台进行标高复测，通过平台可调螺栓，保证平台高度一致。焊接采用坡口焊，焊接过程中焊枪固定，平台带动钢管匀速滚动，保证焊缝均匀。加工完成的钢管采用进场钢管检验的方法进行检验，不满足垂直度要求的钢管在焊缝处截断并重新焊接，并在钢管端头处接上等长于切割掉的钢管的长度的钢管。

5.3.3成孔质量控制

为控制桩位偏差，成孔前先用全站仪精确定出桩位，孔桩中心用短钢筋打入土中进行标识，并用卷尺和线按孔桩的直径，放出孔桩桩位,并用白灰撒出桩外径边线,并以“十字交叉法”引到四周做好护桩点，开钻时，钻头中心对准钢筋头上方可开钻。在钻机前加装一节套管，直径比钻头稍小，其作用一是保证孔径尺寸不缩颈，二是控制前段两节转杆整体垂直。钻进时不断使用水平靠尺对钻杠进行垂直度校核，钻进前使用水平尺靠在钻头，保证钻头钻进时垂直钻进，当钻头下钻300mm~500mm时停钻对钻杆垂直度进行校核，在钻进过程中，每钻进2m~3m时对钻杆进行垂直度校核，钻杆垂直度出现偏差停止操作，调整钻机继续钻进300mm~500mm后再次进行校核，若垂直度仍出现偏差则回填至距离地面300mm~500mm处重新钻进。成孔后，使用成孔探测仪对孔的垂直度进行检验，测试前需将周围泥土清理干净，探头能够平稳下放以保证探测结果的稳定性，为保证探测结果准确性，每个孔需要进行三次探测，偏差值采用三次探测结果平均值。钻孔桩施工垂直度控制在1/200，且轴线偏差不大于10mm。

5.3.4安装精度控制

保证钢管下放过程中不发生变形，吊装时采用两点吊，吊点位置设在工具节处和钢管的中心处，工具节处吊点为主吊点，钢管处吊点为副吊点，在钢管两端1/3处再设置两个吊点由副吊点控制。为保证钢管下方过程中钢管的垂直度，须在下放时采用定位盘，定位盘采用2m*2m厚度为40mm的钢板，使用前采用拉线方法确定出定位盘中心，并在定位盘上作出十字控制线。以定位盘的中心为圆心作出等同孔的直径的圆，使用等离子切割器对作好的圆进行切割。在焊接完成的钢管上加装工具节，工具节选用直径为170mm壁厚2mm钢管，加工时，在无缝钢管与工具节的接口处围绕无缝钢管焊接两道直径10mm的圆钢，焊接完成后将工具节套入无缝钢管150~200mm并将工具节底部与无缝钢管管壁焊接牢固，使得工具节圆心与无缝钢管圆心在同一直线，校核方法与无缝钢管垂直度校核一直，吊装完成后工具节要求露出地面1m以上。对外露工具节进行垂直度测量，对出现偏差的，利用钢管与定位盘间钢楔子进行调整固定。钢管安放完毕后使用水平尺靠在工具节上面校核钢管垂直度。

6、监控量测

每隔5m，设置测斜管，将测斜管逐节进行对接，接缝处要涂胶连接牢靠，并在螺丝旋紧后用胶带再密封。再对管底进行密封，管底并与钢管桩底部持平或略低于钢管桩部，顶部可达到地面，并密封端盖；将测斜管放于钢管桩内侧，两端固定在端头，中间采取铁丝将钢管穿透固定在钢管上；浇筑前在测斜管内注满清水，做好清晰的标识和可靠的保护措施。

7、效果及优点

“框架桩+微型钢管复合桩”其发挥主要作用的为微型钢管桩，微型钢管桩设计灵活性大，可以自由的进行焊接接长或者气割切断，容易调节桩长，特别适用于岩面起伏较大的基坑支护，并且微型钢管桩选用的是壁厚较厚的无缝钢管，抗屈服能力强，其顶部镶嵌在冠梁内部，底部镶嵌在基坑底部，在基坑周围的土压力及附加力的荷载下其镶嵌在基坑底部的被动土压力能够抵挡住部分主动土压力。在成桩过程中，注入桩内的水泥浆通过钢管预留孔洞渗入到土体中，可以使土体得到加固；在工期方面“框架桩+微型符合桩”只需施工少部分钻孔灌注桩，大部分采用微型桩，而微型桩采用小型潜孔钻钻孔，钻孔效率高，根据统计微型钢管桩相比传统围护桩施工一天多成孔5-7个，并且省去钢筋笼制作的工期，成品钢管焊接迅速，极大的缩短了工期。在工程造价方面，所需要施工人员较少，潜孔钻租赁价格低廉，施工周期短，相比较传统围护桩施工方法造价相对较低。

8、结束语

 “框架桩+微型钢管桩复合桩”在岩石基坑支护工程中应主要用来作为预支护结构考虑。微型钢管桩施工中，通过压力注浆，提高钢管周围土体的强度指标，改善初始应力场，增强土体的自稳性，降低开挖瞬时土体次生力的变化，减小边坡变形量，钢管桩与其他结构构件共同作用，稳固边坡。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工期紧张等工程中。由于其方便快捷及支护能力强的特点，后续可以考虑用于抢险加固等。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

1 刘文峰.微型钢管桩在基坑支护中的应用《探矿工程》第47卷第 10 期

2李征.微型钢管桩边坡加固技术及应用的研究.湖南大学，2011。

3 刘敬．微型集群钢管桩在滑坡体基坑支护工程中的应用［Ｊ］．沈 阳建筑大学学报

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