钢管树根桩在基坑边坡支护中的应用

张银羽

（山西三建集团有限公司，山西长治 046000）

0 引言

钢管桩经过半个多世纪的发展，已成为现代地基工程的一种。自20 世纪30 年代起，此类桩基已广泛应用于桥梁、高层建筑等地方。随着结构体质量的不断提高，对地基的沉降有了更高的要求，为确保桩身深入较深的土壤中，从而不容易被损坏、承载能力较强，受到广为推荐。我国在20 世纪70 年代后期才开始使用钢管桩，在那个时候，沿海特大型钢厂还有高层建筑等都采用了钢管桩。尽管成品桩是从国外引进的，成本比较高，但是它具有高的穿透性、高承载能力和快速施工速度，所以仍然是首选的桩种。南浦大桥和杨浦大桥等桥梁、码头及取水结构采用分段分段拼装钢管桩，扩大了钢管桩的使用范围。

如今城市内开发项目逐渐增多，但城市内施工场地有限，基槽开挖难度加大，为了既符合施工要求，又要保证周围毗邻建筑的安全，就需要对基坑支护采取相应的措施[1]。在基坑工程中，很多基坑都是与周边建筑和公用设施紧密相连的，就算有足够的防护措施，也会对周围的建筑物和设备造成一定的影响。因此，某些关键建筑物仍需要特别的保护。防护方法主要包括隔断法、基础托换法、注浆加固法等。本文主要介绍了采用隔断技术的钢管树根桩施工工艺。

1 工程概况

本工程为晋中颐和郡项目，位于山西省晋中市榆次区，土方开挖采用大开挖，基坑东侧及北侧开挖线距现有建筑物只有3～5m，故基坑开挖是重点难点。一些建筑物基础工程位于湿陷性黄土上，而基坑边坡高度都处于10m 上下。如此一来就导致了在施工中出现了一系列的不稳定因素。因此，必须对勘查区的地形地貌、地层构造等进行科学的界定，如土壤类型、工程性质等，以便找出地质不良大概率携带的负面影响。

与此同时，以此出发提出了一种有效的边坡加固方法，即通过支护技术来改善建筑物的结构受力稳定性。

1.1 工法特点

（1）基坑东侧及北侧在原有土钉墙支护形式中增加钢管树根桩。

（2）基坑开挖前先进行钢管树根桩施工，待施工完后再进行基坑的开挖。

（3）钢管树根桩的施工方法简易，如此一来占据面积并不大。

（4）建筑产生的噪声和震动非常轻微，适用于城市运行，不会对现有建筑的稳定性造成威胁。

（5）采用高压灌浆技术，可以将桩与土壤紧密地结合起来，同时桩与土之间的摩擦力增大，因而承载能力也相对较强。

（6）孔径小，因此，不会给基础和基础带来压力，也不会对大楼的正常工作造成影响。

（7）在设计荷载作用下，桩体的沉降量很低，适用于建筑物有严格的沉降控制要求。

1.2 适宜土类

在各种地质情况和喀斯特岩溶区，既能用于地下水位以上，也可用于地下水位以下，所适用的地址类型较广。

1.3 适用范围

（1）必须确保结构在不同的设计载荷和联合载荷下的强度、稳定性和耐用性经得住考验。

（2）对边坡、地基的水文地质、工程地质等进行了全面的了解，并掌握其对应的地质特征。

（3）支撑结构应与周边环境相适应，并与原有建筑保持一致。

（4）在选用结构形式和布置地点的时候，既要考虑到经济、安全、可靠的因素，又要易于维护，所选用的材料必须具有耐腐蚀、耐久的特性。

（5）能满足环保以及其他要求。

1.4 工艺原理

因施工场地有限，基坑开挖线距现有毗邻建筑较近，经过与支护设计单位多次沟通，采用在原有支护形式中增加钢管树根桩。

通过改进支护方式，满足基坑开挖的设计要求，同时确保现有毗邻建筑的安全。

2 施工工艺流程及操作要点

2.1 施工工艺流程

排桩支护中常用的桩是采用钢筋混凝土灌注桩，即将桩间的桩紧密地布置在一起，构成挡土支护结构。

在城市建筑密度较大的地区，由于邻近的建筑距离较近，不具备放坡的条件，因此通常采用排桩支护[2]。西安地区普遍无放坡条件，在开挖深度较小，不需增设锚杆时采取排桩支护。

施工工艺流程如图1 所示。

2.2 操作要点

根据支护设计方案，严格控制每道施工顺序，确保本工程方案有效实施。

（1）定位放线：根据设计需要，确定微型桩的桩位中心线，以1m 为单位，以L=10m 为单位，根据设计间隔1m，通过使用筷子确定每根桩的中心位置。

（2）成孔：由钻机成孔，孔口的直径约200mm，钻孔至设计深度，同时要经现场工程师确认之后，才能施工。

（3）钢管制造：采用钢管进行焊接，采用双面焊接，焊接的时候应饱满、稳定，角钢接头应保持直线。成型的小桩用起重机械下沉，灌浆管沿着微型桩装上，与之一起下沉。

（4）注浆：同时注浆方法的选取也需要注意，通过综合考量选用了底部压力注浆法。42.5 普硅水泥当选为注浆材料，按设计水灰比0.5 配制好，然后再搅拌均匀，注浆压力应大于0.5MPa，每延长米水泥用量不少于80kg。在注浆完毕的时候，管子先不要拔出来，等水泥浆流出来的时候，就可以拔出来，然后封住管子的顶端，增大压力数分钟，直到水泥浆液从管子里流出来。

2.3 注意事项

（1）在灌浆开始后，要不时地对注浆管进行上下松紧。注浆完毕后立即拔出灌浆管，每拔1m 应进行一次灌浆，直到全部拔出。

（2）注浆完毕后，注浆结束。标称注浆不得超过计算桩3 倍；注浆到额定值后，停止注浆。

3 质量控制、安全及环保措施

3.1 质量控制

3.1.1 成孔

为了确保钻孔前的竖直性，为了控制桩的位移，需要在水平尺的前后左右调节井眼的平整度，在成孔之前，先用精密的工具测量桩位，然后在每一个位置固定一根筷子，在打孔时，要使钻头的中心对齐。

然后才能进行钻孔。要确定钻头尺寸要先用尺测量，然后再开始钻孔，如果有缺陷，应及时更换钻头或重新焊接，钻机钻完200m 后要做一次钻探。

3.1.2 水泥浆液配制要求

水泥浆料应严格按0.5∶1 配比，配制时每袋65kg水泥，加水量在罐中划出刻度线，水泥浆应该在搅拌机中搅拌3min 后，方能开始灌浆，使其充分混合[3]。若因设备故障或其他理由导致泥浆混合时间长达半个钟以上，为不影响桩身质量把浆液废弃。

3.2 安全措施

（1）各类建筑工人必须经过安全培训，不能未经许可上岗，并佩戴相应的安全保护设备和劳动保护设备：安全帽、安全带、绝缘手套、防护鞋等，禁止操作人员不遵守规章制度工作，管理人员指挥违反章法。

（2）在工地上设置警示标志，在危险区域设置警示标志，在机械设备上安装安全操作规范，禁止一切不安全的行为和违规的工作。

（3）夜间施工要有足够的照明。

（4）雨雪天气禁止施工坡屋面。

（5）进场的工人一定不可以漏戴安全帽。

（6）电焊工作业时，电焊机必须接地接零。

3.3 环保措施

（1）根据现场情况，做好施工主要堆场、道路、作业区周围的硬化工作，在大门口附近设洗车平台及高压冲水设备。

（2）在工地上设立了专用的垃圾点，每天都会有专人进行清扫，并在工地上对每一个工地进行卫生管理，并定期对工地的卫生情况进行监督，并制定奖励和惩罚措施，以提高员工的健康意识。保持工地清洁卫生。根据需要，配备必要的应急设备和医疗器械，定期利用宣传栏、黑板报开展健康、防病知识宣传和组织应急救援队伍。

（3）按要求设置需要的急救设施及药器，经常利用宣传栏、黑板报进行卫生防病宣传教育，组建急救队伍。

4 应用实例

近年来城市市区内项目较多，现场场地不足是常见的问题，我公司经过在颐和郡项目边坡支护中运用了树根桩施工工艺，使得在有限的场地内进行土方开挖，又可以保证周围临近建筑的安全，为以后城市市区内施工项目的土方开挖解决了因场地狭小而出现的问题。本工程桩基设计为树根桩，桩径250mm，桩端持力层为第3 层土（粉质粘土混砾卵石夹漂石层）或第4 层粉质粘土层。

（1）施工程序：定位挖槽→湿法钻孔→清孔→安放钢筋笼→安放串筒→灌注混凝土。

（2）本工程采用洛阳铲机械成孔，具体施工如下。

①在钻机安装之前，应将现场平整，铺设枕木，并用标尺进行校正，以确保钻机的平稳和牢固。

②开孔：在测量平面上进行了标定，在桩心位置进行了护桩工作，并进行了钻孔。钻孔时应按土层条件进行压力，先轻压慢转速，再逐渐恢复常态，一般用钻具用钢丝绳压，不大于10kN；在基岩中，钻孔直径为15～25kN；钻机速度：对于合金钻头，每分钟180 转；钢颗粒钻头每分钟100 转。根据场地、桩距和施工进度，可以采取单机跳（一打一或二打一）、单机双打（一机在两个基座上轮换）、双机双打（两台钻机在两个基座上轮流对打）。

③偏孔处理清孔取样：若孔位有偏差，则应将碎石填入偏孔300～500m 处，再钻一次。

④防止孔内干扰：采用有效的工艺措施，并注意避免因干扰孔壁造成塌孔、扩孔、卡钻、掉钻等现象。

⑤桩顶入持力层的深度必须满足设计的要求。

⑥验孔、清孔取样：每施钻4～5m 深度验孔一次，在钻头更换之前或易于收缩时，应进行钻孔。在进入基岩后，每100～500mm 的钻孔取样，为最后孔验孔做好准备。

⑦钢筋笼制作、安装：钢筋笼的钢筋采用焊接连接，连接应按照规范的规定进行错位，横向钢筋（加劲箍筋、螺旋箍筋）和纵筋的连接点必须焊牢。为了保证混凝土保护层的厚度，在钢筋笼外设置混凝土垫片。通常，在主筋内侧每2.0m 处加一根加固箍，在箍内各有一孔形加固支承，并与主筋焊接形成框架，为了方便吊装，通常分为两个部分，主筋与箍筋。钢筋笼的主筋是一条长筋，其连接处通常选取对焊的方法，在主筋与箍筋之间的空隙处进行焊接，保证平面误差不超过5cm，钢筋笼四边主筋间的耳环间距为5～7m，钢筋笼的外径小于钻孔11～12cm。采用小型起重机械或履带式起重机进行钢筋笼定位，上下节主筋采用两面焊接，整体用槽钢悬挂在井壁上，靠自身重量维持其垂直性。

（3）质量检测：每3～6 个桩应设置一套试验块，以测试其抗压强度。对树根桩的垂直承载力进行测试，在有经验的情况下，可以采用动测法进行检测。二者都要满足设计的需要[4]。

（4）常见的质量问题与防范：①防止孔底虚土过量对策：完成钻孔，应及时将混凝土浇筑完毕，或及时盖好孔口，并且避免过车、行人通过盖板。施工中要及时清除空隙土壤，提钻时应事先把孔口积土清净，如有需要，可采用二次钻孔清除空隙土壤。②塌孔预防措施：关注土壤的改变，遇有砂卵石或流砂、流塑淤泥，应不采用钻孔方法成孔。上部如果出现滞水漏水，要及时进行排水，如电渗井降水等。钻探砂层遇地下水时，不得超出初始可见水位，以防止坍孔。③钻杆跳动预防措施：在施钻过程出现钻杆跳动、如机架晃动、钻不进尺等不正常现象，要马上停下来，进行检修；如果钻杆或钻头不能满足使用要求，必须在试钻恢复正常状态前进行替换。④缩径预防措施：对地质勘查数据有一定的了解、地下水位情况，制定了一个切实可行的钻孔计划。观察每500～1000mm 高的混凝土用量，换算成桩径，如出现缩径，应及时进行处理。⑤钢筋笼的变形防治：钢筋笼在制作成形堆放、运输、起吊、入孔过程中，必须严格按照相关技术规范进行施工。⑥防止钢筋沉降的方法：将钢筋笼置于桩孔内，在上部用木棒支撑，以防止邻近桩振动时，钢筋笼不会发生沉降。⑦桩顶标高不准防止：在桩顶灌注混凝土时，要经常进行检测，并严格控制上部标高，防止出现过量截桩现象[5]。

5 结语

采用上述技术和措施加以解决，研究钢管树根桩在基坑边坡支护中的应用，采用本文所提出的方法，获得了很好的工程效益，这也为以后类似地质情况的施工提供了有益的借鉴。