微型桩工法完整版本

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施工工艺流程机具准备机具准备施工准备施工准备材料准备材料准备基坑边坡放样基坑边坡放样（1）孔位放样（2）（1）孔位放样（2）钻孔（3）插土钉钢筋（4）注浆管注浆一层坡面开挖布墙面钢筋网一层坡面开挖布墙面钢筋网一层土钉施工喷射一层土钉施工喷射墙面混凝土附属工程施工养护附属工程施工养护二层坡面开挖二层坡面开挖（1）孔位放样（2）（1）孔位放样（2）钻孔（3）插入钢管、注浆管（4）注水泥浆二层二层土钉施工微型桩施工微型桩施工三层坡面开挖（1）孔位放样三层坡面开挖（1）孔位放样（2）钻孔（3）锚杆安装（4）注浆三层锚杆施工三层锚杆施工布墙面钢筋网下层坡面开挖下层坡面开挖喷射墙面混凝土喷射墙面混凝土下层锚杆下层锚杆施工养护预应力张拉、锚固预应力张拉、锚固基础施工基础施工图5.1基坑支护施工工艺流程图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Ф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，图5.4.35.4.4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5.4.6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”锚杆张拉到1.1倍锚杆设计轴向拉力值时,保持5～15min,然后卸载至锁定荷载按设计要求进行锁定。张拉荷载采用双重控制,以压力表读数为主,伸长值为辅进行复核。锚杆锁定后,若发现有明显的预应力损失时,应进行补偿张拉，确保预张拉力符合设计及规范的相关要求。5.6.4张拉完成后,从锚具量起预留50～100mm钢筋,多余的用切割机截去。钢筋不宜留得太短,以防其滑入孔中而失效。之后用防锈油漆仔细粉刷外露钢构件，防止锈蚀影响强度。5.7施工监测重点监控边坡的垂直沉降和水平位移，注意观察锚杆附近表面有无裂缝现象。沿基坑坡顶及坡腰处间隔20m分别设置垂直、水平位移监测点，做好记录，绘制时间—位移曲线图，及时整理分析、反馈信息，指导开挖和支护作业。垂直沉降和水平位移每天观测1次，直至基坑回填后停止观测。建立完善的预警报告制度，在监测过程中发现监测点连续三天以上位移速率大于3mm且不收敛、累计位移50mm、坡顶地面明显沉降、地面明显开裂时应报警，根据设计意见采取相应措施。6.材料与设备本工法无需特别说明的材料，采用的机具设备见表6.1。表6.1机具设备表序号设备名称设备型号单位数量用途1正循环旋挖钻机直径200～300mm小型旋挖钻机台2钻孔2泥浆泵5KW台2输送泥浆3履带式潜孔钻机JK590台2钻孔4空压机VFY-13/7-C台1提供风压5灰浆搅拌机UJW200台1造浆6注浆泵JZB-110/12台1注浆7混凝土喷射机PZ-5B台1喷射混凝土8穿心式液压千斤顶YCW-100台1张拉锚杆9高压油泵ZB4-500台1提供油压10钢筋调直机ZTJ5-14套1拉直钢筋11钢筋切割机J3G-400B台1钢筋加工12钢筋弯曲机GW40台1钢筋加工13电焊机BX-300台3钢筋加工14履带挖掘机PC300台1刷坡、挖土15载重汽车DFL3260AX9台6运土7.质量控制7.1应遵循的质量标准《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）《混凝土结构工程施工验收规范》（GB502204-2011）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）7.2微型桩允许偏差和检验方法见表7.2所示。为确保施工完成的138根桩外表面在同一个平面上（偏差≤50mm）且桩的垂直度偏差≤0.5%，成孔前须用水平尺前后、左右调整好钻机的水平度，在钻机就位和钻孔过程中，要随时注意校核钻杆的垂直度，检查桩架安装是否牢固，并对导架进行水平和垂直校正；为控制桩位偏差，成孔前先用全站仪精确定出桩位，每根桩位上插上筷子，开钻时，钻头对准筷子头上方后方可开钻，钻孔时要低挡慢速钻进，入土1m后才能以正常速度钻进。每钻完5根桩后，对钻头测量一次，进行校核。表7.2微型桩允许偏差和检验方法项序检查项目合格标准检查方法主控项目1桩位±50mm用全站仪测2桩深＋300只深不浅，用重锤测或测钻杆长度一般项目1垂直度≤0.5%测钻杆，施工时吊垂球2桩径＋50mm用钢尺量3泥浆比重（粘土或砂性土中）1.15～1.2用比重计测，清孔后在距孔底50cm处取样4泥浆面标高（高于地下水位）0.5m～1.0m目测5沉渣厚度≤50mm用重锤测量6充盈系数＞1检查每根桩的实际灌注量7.3施工过程中所用到的水泥、砂子、碎石、钢筋、钢管、槽钢、锚具等材料必须符合设计和规范要求，所有材料进场必须有相应的产品合格证及检验报告等资料。7.4土方分层开挖，若基坑壁遇到砂层分层开挖高度≤1.2m，且面层养护24h后，方可开挖下层土方，严禁在面层养护期间，抢挖下层土方。7.5土层的结构不同，各层的泥浆指标也不同，施工中要严格控制泥浆的各项指标。配备专职的劳动力，主要控制泥浆的比重和粘度两项指标。泥浆性能指标：粘度19s～28s，当钻到砂土层时，要配置粘度大、比重大的泥浆，比重控制在1.30左右；当钻到粘土层时，比重相对减小，泥浆比重控制在1.05～1.20之间，同时要回收排除粘土浆备用。钻孔中要留意孔内泥浆状况，及时补充优质泥浆，以保证孔内泥浆顶面标高始终高于地下水位1.5～2.0m。7.6编制雨季施工作业指导书，成立防汛领导小组，密切关注天气预报，注意气象变化，提前备足雨衣、雨鞋、彩条布、水泵、编织袋等机具材料。得知下雨信息后，提前对边坡进行覆盖，安装调试好水泵，下雨时，及时将场地内积水抽除。雨季期间，现场设值班人员，24小时值班，发现意外情况立即向防汛领导小组成员汇报。7.7土钉墙及锚喷墙允许偏差和检验方法见表7.7-1和表7.7-2所示。表7.7-1土钉墙允许偏差和检验方法项序检查项目合格标准检查方法主控项目1土钉长度±50mm用钢尺量2孔径±5mm现场实测一般项目1土钉位置±100mm用钢尺量2钻孔倾斜度±1°测钻机倾角3浆体强度大于设计要求试样送检4注浆量大于理论计算浆量检查计算数据5土钉墙面厚度±10mm钻孔，用钢尺量6墙体强度大于设计要求试样送检表7.7-2锚喷墙允许偏差和检验方法项序检查项目合格标准检查方法主控项目1锚杆长度大于设计深度50mm用钢尺量2孔径大于设计孔径5mm现场实测3锚杆锁定力符合设计要求抗拔试验一般项目1锚杆位置+100mm用钢尺量2钻孔倾斜度±1°测钻机倾角3浆体强度大于设计要求试样送检4注浆量大于理论计算浆量检查计算数据5土钉墙面厚度±10mm钻孔，用钢尺量6墙体强度大于设计要求试样送检8.安全措施8.1支护方案必须通过专家论证，并报行政主管部门审批后才能实施，施工作业前进行方案和安全技术交底。8.2机械操作要严格执行《建筑机械使用安全技术规程》JGJ33-2012的规定。8.3对周边地下线缆、管道等设施提前调查清楚，并绘制在平面图上，提前和各主管部门进行通报并征得他们的处理意见。8.4施工人员进入现场应戴安全帽，高空作业应挂安全带，操作人员应精神集中，遵守有关安全规程。8.5边坡加固工程喷浆、钢筋绑扎、钻孔等经常会在脚手架上作业，为确保脚手架绝对安全稳定，采用双排方式，间距1.2m，重力集中处增加斜向及横向支撑，必要时在土中设置锚桩，将脚手架锚固在稳定的土体上。8.6锚杆的连接应牢靠，以防在张拉时发生脱扣现象；张拉设备应经检验可靠，并有防范措施，防止夹具飞出伤人。切割锚杆使用的砂轮切割机要设安全防护罩，以免断片伤人。8.7注浆管路应畅通，不得有堵塞现象，避免浆液突然喷出伤人，注浆管路不使用时要及时注压清水冲洗干净。喷射作业时工人必须配戴胶手套、防尘口罩、眼镜等防护用品。8.8加强观测，进行信息化施工，根据土层位移的时空效应，及时掌握土体变形特性、边坡的稳定状态和支护效果，发现异常情况及时采取措施，预防边坡失稳和周围建筑沉降等事故发生。9.环保措施9.1制浆场地及材料堆放场地应做好泥浆不外流，控制好场地内粉尘不外扬。9.2施工时应降低干扰周围生活环境的噪声，选用本质安全化的机械，控制好施工噪音。9.3施工过程中应控制好场地内的粉尘污染。成立现场排水系统日常维修班组，专人负责、定期检查和清除排水沟以及沉淀池中积存物，确保排水沟畅通。9.4施工车辆进出施工现场的主要出入口设置洗车台，以保证施工泥浆不随车辆污染工程施工现场周围的环境和市政道路。9.5施工中不得向工地外排放污水、散落粉尘，施工中各类垃圾应当堆放在固定点，并及时清运。9.6对于施工期间的照明，应注