深基坑H 型钢锚杆复合桩围护结构施工新技术研究

高路恒 王斯海

（1、克孜勒苏职业技术学院，新疆 喀什 844000 2、江苏工程职业技术学院，江苏 南通 226007）

1 概述

近年来，全社会对节能环保要求不断提高，同时受农民工老龄化和短缺影响，形成了装配式混凝土建筑发展热潮。中央提出“力争用10 年左右时间，使装配式建筑占新建建筑比例达到30%”的目标，为装配混凝土建筑大规模发展提供了良好契机，具有巨大的市场需求和广阔的发展前景[1]。装配式混凝土建筑是对施工建造方式的一次革命，加强高效施工关键技术研究对推动装配式建筑的发展具有决定性的意义。建立适合我国国情的装配混凝土建筑高效施工关键技术体系，通过持续改进，做到技术先进，又兼顾建造成本和现实工业化生产能力，以实现装配混凝土建筑建造方式转型升级，全面推进建筑工业化[2]。

装配式建筑作为我国“十三五”和“十四五”重点发展的建造方式，对我国建筑业提出了更大的挑战[3]。新技术的设计研发对提高我国在装配建造领域的综合水平成为了当前亟需解决的一个重要课题[4]。装配式深基坑地下围护结构建造新技术研究与应用作为推进我国建筑产业现代化高效发展指明了研究的方向，本文公开设计采用“一种采用挤密注浆法H 型钢锚杆复合桩-预制板墙深基坑围护结构”（图1），围护与地下结构施工有效结合，实现了基坑围护结构装配化施工，为我国建筑业转型升级提供了一定的理论研究基础。

图1 深基坑装配建造有限元模型

2 一种H 型钢锚杆复合桩-预制板墙深基坑围护结构施工方法

采用挤密注浆法H 型钢锚杆复合桩-预制板墙深基坑围护结构施工技术遵循“分层、分段开挖，逐层、逐段、逐（转下页）根设锚，现场吊装随即注浆”为原则，设计采用采用挤密注浆法H 型钢锚杆复合桩-预制板墙深基坑围护结构，即施工遵循“分层、分段开挖，逐层、逐段、逐根设锚，现场吊装随即注浆”为原则，实现了基坑围护结构体系装配化施工，可有效节省工期，安全可靠，具有挡土和止水的双重作用。

2.1 H 型钢锚杆复合桩-预制板墙深基坑围护结构设计

H 型钢锚杆复合桩-预制板墙深基坑围护结构，包括基坑土体、H 型钢桩、预制板墙、高压注浆孔、渗土层浆体、锚杆等，若干H 型钢桩分别吊装且均匀等距置于基坑土体表面，两两相邻的H 型钢桩之间均设有预制叠合板墙，基坑土体一侧的H 型钢桩翼缘板面上设有锚杆，锚杆将H 型钢桩与基坑土体拉结固定。预制板墙底部均设有高压注浆孔，高压注浆孔内通过高压机械注浆形成渗土层浆体，渗土层浆体位于基坑土体和H 型钢桩、预制板墙之间。若干锚杆将H 型钢桩与基坑土体有效拉结，牢固可靠，实现了基坑围护结构体系装配化施工，可有效节省工期，具有挡土和止水的双重作用。H 型钢锚杆复合桩-预制板墙深基坑围护结构构造如图2 所示，其中1 代表基坑土体，2代表H 型钢桩，3 代表预制板墙，4 代表高压注浆孔，5 代表渗土层浆体，6 代表锚杆。

图2 采用挤密注浆法H 型钢锚杆复合桩-预制板墙深基坑围护结构示意图

（1）所述H 型钢桩2 翼缘板宽度≧350mm，翼缘板厚度≧20mm，所述H 型钢桩2 腹板高度比预制板墙3 的厚度大60mm，所述H 型钢桩2 腹板厚度≧30mm。

（2）所述预制板墙3 的厚度≧100mm，每段所述预制板墙3宽度比相邻两个H 型钢桩2 腹板间的间距小（0.5×H 型钢桩2翼缘板宽度+50）mm。

（3）所述高压注浆孔4 为钢套筒结构，所述高压注浆孔4 的直径为18～22mm，所述高压注浆孔4 与预制板墙3 一体化制成；所述高压注浆孔4 在距离每段预制板墙3 底部以上300mm处设置。

（4）相邻两个所述高压注浆孔4 之间的间隔为1.2m，每段所述预制板墙3 底部至少设置2 个高压注浆孔4。

（5）所述锚杆6 直径≧12mm，所述锚杆6 设置于H 型钢桩2 的翼缘板面每侧中部，若干所述锚杆6 沿着H 型钢桩2 长度方向均匀布置且间距≦1.5m。

（6）每段所述预制板墙3 上下连接处的桩身处2000mm 内锚杆6 加密布置，加密段的锚杆6 间距≦0.6m。

（7）每段所述预制板墙3 上下连接处采用后浇混凝土方式连接，所述后浇混凝土段宽度为预制板墙3 厚度的2.5 倍。

2.2 施工工艺

采用挤密注浆法H 型钢锚杆复合桩-预制板墙深基坑围护结构施工工艺，包括如下步骤：

测量放线定桩位→吊桩就位，校正→H 型钢桩打设→分层分段开挖，桩身处理→从上往下“逐层，逐段，逐根”打设锚杆→预制板墙吊桩就位→插入加强筋，并与预制板墙外伸钢筋绑扎牢固→“分层分段”高压注浆施工→灌注节点微膨胀混凝土→重复步骤（4）～（9）施工→腰梁钢筋绑扎、模板支设，混凝土灌注→验收检查。

（1）测量放线定桩位：基坑围护体系施工前，准确测设H 型钢桩的平面位置，平面误差控制在5mm 以内，每根桩位测设完毕，做好桩位点的保护措施，防止人为因素影响后期桩体打设后的位置偏差[5]。

（2）吊桩就位，校正：H 型钢桩打设前，首先将桩体按照工厂设计制作的桩段吊升就位，并复核桩位点的平面位置，等待桩体打设，对出现超过设计及规范要求的桩位点及时矫正偏差。

（3）H 型钢桩打设：采用的H 型钢桩在工厂集中生产制作，现场H 型钢桩打设时，采用静力压桩法施工，桩体打设每打设2m 检查一次桩体的打设平面与垂直度偏差，其中垂直度偏差控制在1%以内，对出现垂直度偏差超过1%的桩体进行校正，若难以校正则拔桩灌孔重打。

（4）分层分段开挖，桩身处理：H 型钢桩打设完毕，分层分段开挖基坑土层，每层挖土深度为2～3m，对于含水率较大的砂土、粉土，每层开挖厚度控制在2m 以内，土层分层开挖过程中，桩体加固锚杆也随即打设，边挖土，边打设锚杆，以便加强桩体与土层之间的整体性；另一方面，锚杆随挖土在桩身打设前，需将桩身附土及时清理干净，对H 型钢桩内外侧翼缘板上的预留锚杆孔内的土体清除干净，在出现大块石子情况下，需清除干净，必要时采用钻机辅助清理。

（5）从上往下“逐层，逐段，逐根”打设锚杆：锚杆打设遵循从上往下“逐层，逐段，逐根”打设，施工过程中，土层开挖与桩身锚杆打设两项工作保持良好的协调性，严格控制土层开挖的深度，不得出现超挖现象。

（6）预制板墙吊桩就位：预制板墙采用在工厂集中性生产预制，有效实现了装配式建造技术在基坑围护中的应用，基坑底部第一段预制板墙吊装可从顶部垂直吊装就位，下部其他段的预制板墙吊装时需人工辅助预制板墙嵌套进入相邻两H 型钢桩内；若基础开挖深度小于等于6m 时，在确保设计H 型钢桩挡土承载力的情况下，将所有段的预制板墙均从顶部吊装施工，预制板墙随着土层开挖，依靠自重及上端板墙吊装沉设的荷载逐段下沉就位；左右两段预制板墙之间留250～350mm 的后浇混凝土段，后浇段内的左右相邻两预制板墙钢筋固定连接。

（7）插入加强筋，并与预制板墙外伸钢筋绑扎牢固：为增强围护结构的整体性，待基坑内的预制板墙吊装施工完毕后，在预制板墙与H 型钢桩之间的连接节点处插入加强钢筋，加强筋与预制板墙外伸钢筋绑扎牢固。

（8）“分层分段”高压注浆施工：施工时，高压注浆从预制板墙底部的高压注浆孔处逐层逐段施工，每段预制板墙注浆从预制板墙底部的中部高压注浆孔处对称向左右两方向开展注浆工作，即“从中部向两侧边”对称注浆，注浆压力不小于0.6MPa，压力注浆采用多次补压逐级加压的方法进行注浆，最终注浆程度保证预制板墙与土层之间浆料密实，使浆料可以渗透到土层内不小于100mm。

（9）灌注节点微膨胀混凝土：施工过程中，在H 型钢桩与预制板墙之间的节点处灌注节点微膨胀混凝土，节点微膨胀混凝土强度不小于C40，同时比预制板墙混凝土强度至少高一个等级[6]。

（10）重复步骤（4）～（9）施工。

（11）腰梁钢筋绑扎、模板支设，混凝土灌注：上下两段预制板墙施工完毕时，在上下两段预制板墙之间设置一现浇钢筋混凝土腰梁，腰梁钢筋与预制板墙外伸钢筋连接，腰梁纵向钢筋采用不少于4 根直径20mm 的三级以上钢筋，箍筋采用直径8mm 的二级以上钢筋，箍筋间距不大于200mm，腰梁钢筋绑扎过程中，上下两预制板墙外伸钢筋锚入腰梁内的长度不小于1.5Lae，腰梁钢筋在H 型钢桩处采用焊接方法与H 型钢桩腹板焊接。

（12）验收检查。

2.3 技术要点

（1）一种采用挤密注浆法H 型钢锚杆复合桩-预制板墙深基坑围护结构施工工艺，其特征在于：所述步骤（3）中在满足基坑承载力计算的前提下，H 型钢桩的翼缘板宽度不得小于350mm，翼缘板厚度不小于20mm，H 型钢桩的腹板高度比采用的预制板墙的厚度大60mm，以便于预制板墙的逐段吊装施工，同时H 型钢桩的腹板厚度不小于30mm。

（2）一种采用挤密注浆法H 型钢锚杆复合桩-预制板墙深基坑围护结构施工工艺，其特征在于：所述步骤（3）中桩段连接采用焊接连接。

（3）一种采用挤密注浆法H 型钢锚杆复合桩-预制板墙深基坑围护结构施工工艺，其特征在于：所述步骤（5）中为便于锚杆的施工，锚杆采用钢绞线代替传统锚杆，锚杆直径至少比H型钢桩内侧翼缘板上的预留孔小10mm，或者采用在H 型钢桩内外侧翼缘板相对位置处均留设锚杆施工的预留孔，方便后期锚杆的打设，内外侧翼缘板上的预留孔亦至少比锚杆直径大10mm；其中，锚杆直径不小于12mm，锚杆长度根据承载计算确定，设置于H 型钢桩的翼缘板面每侧中部，沿着H 型钢桩长度方向布置，间距不超过1.5m，在每段预制板墙上下连接处的桩身处2000mm 内锚杆加密，加密段间距不超过0.6m。

（4）一种采用挤密注浆法H 型钢锚杆复合桩-预制板墙深基坑围护结构施工工艺，其特征在于：所述步骤（7）中加强筋直径不小于20mm，且不少于两根。

（5）一种采用挤密注浆法H 型钢锚杆复合桩-预制板墙深基坑围护结构施工工艺，其特征在于：所述步骤（8）中高压注浆孔距离每段预制板墙底以上300mm 处设置，每1.2m 设置一个高压注浆孔，每段预制板墙底部不少于两个高压注浆孔，高压注浆孔采用钢套筒制作，在工厂集中化生产时与预制板墙一体化制成，高压注浆孔的直径宜为20mm。

（6）一种采用挤密注浆法H 型钢锚杆复合桩-预制板墙深基坑围护结构施工工艺，其特征在于：所述步骤（11）中在左右相邻两预制板墙后浇混凝土处，腰梁箍筋加密，加密区不小于600mm，加密区箍筋间距不大于100mm。

（7）一种采用挤密注浆法H 型钢锚杆复合桩-预制板墙深基坑围护结构施工工艺，其特征在于：所述步骤（11）中腰梁钢筋在H 型钢桩处采用在H 型钢桩腹板上预留孔的方法，设置直径不小于16mm 的穿孔钢筋与预制板墙外伸钢筋连接固定，穿孔钢筋的根数根据实际工程具体情况通过计算确定。

3 结论

本文公开了一种采用挤密注浆法H 型钢锚杆复合桩-预制板墙深基坑围护结构构造设计及其施工工艺，利用H 型钢桩、锚杆与装配式预制板墙通过合理工艺形成整体的基坑围护结构，施工遵循“分层、分段开挖，逐层、逐段、逐根设锚，现场吊装随即注浆”为原则，实现了基坑围护结构体系装配化施工，可有效节省工期，安全可靠，具有挡土和止水的双重作用。

3.1 深基坑围护结构装配建造新技术研发与应用应得到行业内高度关注，地下结构装配建造新技术的应用是对我国建筑业发展的更高挑战。

3.2 深基坑围护结构装配建造新技术应用应将“围护”与“主体结构”相结合，二者可以兼顾，有效把控建造成本问题。

3.3 深基坑围护结构装配建造新技术施工，应强化装配施工地下防水问题，做好构件连接地下围护施工与结构“止水”关键问题。

3.4 深基坑围护结构装配建造新技术应用不仅仅是建造安全问题，还存在工艺创新优化设计问题，希望可以通过本文的研究对行业内起到引申作用。

3.5 深基坑围护结构装配建造新技术应用开拓了我国装配式建造领域的广阔空间，围绕地下结构装配施工新技术设计研发为“契机”，逐步深化我国其他领域地下结构施工新思路、新构造、新方法。