山东省地矿工程勘察院 山东济南 250014
摘要：本文介绍了某超厚填土层深基坑支护的方案选择、设计和施工过程，微型钢管桩+自钻式土钉复合土钉墙支护体系在实际工程实践中取得了比较理想的效果，说明其在超厚填土层深基坑支护中具有较大的技术和经济优势。
关键词：超厚填土层深基坑支护；微型钢管桩复合土钉墙支护体系
近年来随着我国经济建设和城市建设的快速发展，高层建筑和地下工程的大量兴建，深基坑支护设计与施工问题越来越突出，大量深基坑工程的出现，促进了设计计算理论的提高和施工工艺的发展，对基坑工程进行正确的设计和施工，对加快工程进度和保护周围环境能发挥重要作用。由于土方回填的随意性，碎石块石超厚层回填土的基坑越来越多，有的甚至达到十几米深，对基坑的支护施工带来了困难。
目前济南市平阴县深基坑支护采用的方法主要为土钉墙和护坡桩两大类。土钉墙支护最大特点就是经济造价低，施工方便，因此在边坡位移无特殊要求的地方广泛采用。护坡桩支护最大优点是控制位移能力强，但投入大，成本高，施工复杂。
本文以工程实例介绍一种综合的支护方法：微型钢管桩和自钻式土钉构成的复合土钉墙支护。其施工便利，造价介于护坡桩与土钉墙之间，对控制边坡位移变形、增强整体稳定性、保证边坡开挖过程中不发生局部坍塌等具有很好的作用，特别是对填土厚度大、填土中碎石块石含量高、放坡坡度小、周边有建筑物或地下管线等的边坡支护，具有常规土钉墙和护坡桩无法相比的优势。
1工程概况
1.1工程简介
某深基坑工程位于济南市平阴县锦东新区，基坑东侧及西侧有6栋6-8层办公楼，距离拟建建筑物外边线约14.3-15.3m。拟建建筑物总面积12052.2㎡，地上为广场，地下1层，结构形式为框架结构，基础形式为独立基础及筏板基础。本场区西北部原为泄洪沟，2012年回填了灰岩碎石、块石和黏性土，冲沟方向西北-东南，深度由深到浅。由于西北部基底标高以下为素填土，设计采用三七灰土垫层换填，存在基础超挖，超挖深度2.50m，基坑实际开挖深度10.50m。本文仅针对该超挖部位支护单元进行分析研究。
1.2工程地质条件
根据《岩土工程勘察报告》，该支护单元基坑土层状况如下：
①素填土。主要成分为灰岩碎石、块石等，充填黏性土，碎石粒径1～15cm，块石粒径20～30cm，碎石及块石含量50～60%。地表局部可见巨石。层底埋深16.00m，层厚16.00m。
②黏土。硬塑，层底埋深17.30m，层厚1.30m。
③强风化石灰岩。层底埋深20m，层厚2.70m。
1.3岩土设计参数
详见各岩土层基坑设计参数一览表
2.水文地质条件
勘察期间，场区地下水类型为碳酸盐岩裂隙岩溶水，水位埋藏较深，勘探深度范围内（20m），未见地下水，地下水对基础无影响。
3. 基坑支护方案的选择
基坑支护的方案有放坡、土钉墙、护坡桩、锚杆等，各种方案有其优点和局限性，因此，选择合理的方案是保证基坑支护工程质量和施工安全的关键。该工程在深入掌握和研究已有工程地质、水文地质资料和周边环境条件的基础上，进行多种方案的分析，论证与优化，并着重考虑了以下因素：
基坑西北侧紧邻八层办公楼，灰土垫层地基，筏板基础，基底埋深3.0m，距离基坑底边线最近处仅13.0m左右，且总包单位需要留置6.0m宽施工道路，基坑顶边线和施工道路之间要留1.5m宽上翻部分用于减轻超载保护边坡，最大放坡空间只有5.5m，10.5m深的基坑边坡全部是碎石块石填土。如采用护坡桩支护，因桩本身的自重很大，且而桩后的土体全部是碎石块石填土，存在锚杆成孔困难，且不能给锚杆提供足够的有效摩阻力，无法保证边坡的整体稳定。同时可供放坡场地狭小，现场无大放坡采用土钉墙支护的可能。因此设定采用微型钢管桩+自钻式土钉复合土钉墙支护体系。这种支护体系具有以下优势：①能增强边坡的整体稳定性，有效控制边坡的沉降变形；②能够控制每步土方开挖期间的边坡稳定，防止局部边坡土体坍塌；③能够有效分散个别土钉失效而产生的集中应力，形成整体支护效应；④在钢管桩顶设置连系梁能有效控制坡顶的位移变形；⑤桩底具有一定嵌固深度，能适当加强坡底支撑，控制其基底位移变形；⑥通过桩顶锚拉、槽底支撑和中部预应力锚杆，分段对边坡进行控制，大大减小了边坡的整体位移变形；⑦碎石块石填土中成孔困难，采用自钻式土钉解决了这一施工难题；⑧与传统支护桩相比，由于减少了桩身混凝土上强度等待期，工期缩短1/2。
4. 基坑支护方案设计
4.1计算方法
由于微型钢管桩属于土钉墙支护中的超前支护，且属于柔性支护体系，在设计计算中采用复合土钉墙的理论进行计算。在土钉施工经验的基础上大致确定土钉的长度，采用条分法进行土钉墙稳定性分析，据此对初设值进行修正。
4.2设计参数
（1）基坑安全等级按按二级考虑。
（2）本工程为临时性工程，设计使用时限12个月。
（3）基坑下口线距基础外边线间预留工作面按1.0m考虑。
（4）考虑周围道路走施工重车的影响，荷载取值为35KN/m2；考虑西侧建筑物的影响，荷载取值为160KN/m2。
4.3微型钢管桩支护参数
（1）桩径150mm，桩长15.0m，桩间距0.75m，钢管直径127mm，壁厚8mm；钢管2.5米以下做成花管。桩顶位于地面下3.0m。
（2）钢管内外灌1：1水泥砂浆，灌浆压力控制在0.3MPa。桩顶做简易帽梁，尺寸为300mm×200mm，内配置4Ф16钢筋，Ф6.5@200mm箍筋，帽梁混凝土强度等级C20。
4.4自钻式土钉支护参数
上部3.0m天然放坡，放坡角度=45°，坡顶上翻至施工道路，且不少于1.50m；中间错台，台宽1.0m；下部采用钢管桩+自钻式土钉支护。土钉水平间距=1.50m，竖向间距1.50m，共计4排，钻入方向与水平面向下的夹角为15°，中空钻杆外部直径32mm，长度15.0m。待钻入设计孔深后从杆内部注入纯水泥浆，强度不低于M20，水灰比0.5-0.55，低压注浆，注浆压力不宜低于0.6MPa，在管顶周围出现返浆时停止注浆。
4.5面层设计参数
面层范围包括从坡顶上翻部分至坡脚钢管桩复合土钉墙部分，喷射80mm厚C20细石混凝土，中间挂Ф6.5@200×200钢筋网，外配Ф14横向加强筋与所有土钉头相连。
4.6土钉计算结果
根据支护内部稳定安全系数计算方法计算得出：在设置土钉墙后，边坡的整体稳定性安全系数为1.6，大于规范规定的整体稳定性安全系数1.3，满足要求。
5. 施工工艺
5.1钢管桩施工工艺流程
平整场地→测量放线→钻孔→安装钢管→封孔→灌水泥砂浆→成桩→冠梁施工→养护。
5.2复合土钉墙施工工艺流程：钢管桩施工→分层分段开挖工作面→修整边坡→定孔位→钻孔→清孔→自钻式中空土钉注浆→绑扎钢筋网片→焊接加强筋→安装排水管→安装混凝土保护层垫块→埋设混凝土厚度控制标志→喷射混凝土→设置坡顶、坡脚的排水系统。
6. 排水措施
采取基坑内排水措施。基坑边坡设置泄水孔，纵向孔距2.00m，横向孔距2.00m，用长度≥500mm的Ф50PVC管做排水管；基坑顶部设置300mm高240mm宽挡水墙，砖砌抹面；基坑底修筑排水沟，尺寸300×300mm，按0.3%坡度流向集水井，集水井按50m间距设置，尺寸1500×1500×1500mm，排水沟及集水井用1：2水泥砂浆抹面，厚度≥10mm。
7. 施工安全监测
监测内容：邻近建筑物和道路的位移监测、支护结构水平位移及坡顶沉降监测。在支护施工阶段，要每天监测1次，在完成坑开挖，变形趋于稳定的情况下，可适当减少监测次数，直到支护退出工作为止。
8. 基坑开挖预警措施
在施工开挖过程中，基坑顶部的侧向位移与当时的开挖深度之比，如超过3‰~5‰数值时，应密切加强观察并及时采取加固措施。当发现基坑顶位移超标，地面裂缝较大时，应采用加密土钉或打预应力土钉的方法解决，严防事态扩大。
整个基础工程施工过程中，对边坡监测结果表明边坡坡顶最大位移值20mm，无局部塌陷。证明该支护体系能有效控制坡顶变形，边坡安全稳定。
9. 结束语
该工程采用微型钢管桩+自钻式土钉的复合土钉墙支护体系，经过近半年的变形监测，边坡安全稳定；与护坡桩方案相比，可节约造价约30%。因此微型钢管桩复合土钉墙支护体系无论在技术上还是经济上都占有明显的优势，在超厚填土层深基坑支护应用方面会有很大的发展空间。
参考文献：
[1]《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012；
[2]《复合土钉墙基坑支护技术规范》GB50739-2011。
论文作者:张恩重,雷炳霄
论文发表刊物:《防护工程》2019年第5期
论文发表时间:2019/5/30
标签：基坑论文; 钢管论文; 位移论文; 护坡论文; 碎石论文; 土层论文; 工程论文; 《防护工程》2019年第5期论文;