近年来我国随着经济建设和城市建设建设的快速发展，地下工程愈来愈多。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，能带来巨大的经济和社会效益，对加快工程进度和保护周围环境能发挥重要作用。

 

　　目前北京地区深基坑支护采用的方法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，但土体位移稍大，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新的支护方法：微型钢管桩+预应力锚杆+土钉墙的复合土钉墙支护。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，大大提高了边坡的安全稳定。特别是对填土厚度大、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。

 

 

　　1.1工程简介

 

　　本工程场地位于北京市海淀区海淀南路南侧，稻香园桥东侧，西侧为在建的海润大厦，东临中信国安数码港。拟建建筑物总面积51437平方米，地上最高20层，地下3层，结构形式为内筒外框，基础形式为筏基。实际开挖深度为15.00m。

 

　　1.2工程地质条件

 

　　根据《岩土工程勘察报告》基坑开挖范围内，地层按成因年代划分为人工填土层、第四纪沉积层。按岩性、工程性质指标对地层细分见表1。
 

 

 

　　由于本工程基坑周边条件非常复杂，必须针对各部位的实际情况进行支护设计。本文选取有代表性的基坑东侧的基坑支护设计进行介绍，该部位紧邻已建中信国安数码港，其基础埋深约15m，与本基坑相同，其本身荷载不会对本基坑边坡造成直接影响，但距离太近，最近处仅6.0m左右，对本基坑边坡支护带来困难。如采用护坡桩支护，桩本身的自重很大，而桩后的土体又比较窄，不能给锚杆提供足够的有效摩阻力，从而，无法保证桩本身的稳定且施工工期长，影响土方开挖的进度，因此不宜选择。施工场地狭小，现场无放坡可能。因此设定基坑东侧南段采用微型钢管桩+预应力锚杆+土钉墙的复合土钉墙支护。这种支护体系具有以下优势：

 

　　①增加钢管桩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和地面设置锚桩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。

 

 

　　3.1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，在设计计算中仍采用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BISHOP条分法进行土钉墙稳定性分析，据此对初设值进行修正。考虑施工车辆的行走及少量施工材料的堆载，选取地面荷载10KN/m2。

 

　　3.2土钉计算参数及条件

 

　　放坡高度=15.00m，放坡角度=90°，满布荷载值=10.00KN/m2，坡顶条形荷载值=360.00KN/m2，条形荷载左端点距坡面及坡顶交点的距离=9.00m，条形荷载宽度=40.00m，条形荷载深度=14.00m，土钉水平间距=1.500m。假定设计土钉、锚杆共计9排，基本参数见表2。
 

 

       3.3土钉计算结果

 

　　根据土坡稳定安全系数

 

　　计算得出：在设置土钉墙后，滑弧与坡面交点位于坡脚之上；边坡的整体稳定性安全系数为3.11，大于规范规定当基坑深度大于12m时，整体稳定性按全系数1.4，满足要求。

 

　　各排土钉的详细计算结果及选用的钢筋或钢绞线见表3。
 

 

       3.4面层设计参数

 

　　面板为现场喷射混凝土而成，混凝土强度为C20，厚度8cm，中间挂Φ6.5@250×250编制的钢筋网，外配Φ16横向加强筋与所有土钉头相连。

 

　　3.5微型钢管桩支护参数

 

　　（1）桩径130mm，桩长16.5m（嵌固深度2.0m），桩间距0.75m，桩内置入钢管直径为80mm。桩顶位于地面下0.5m。

 

　　（2）钢管内外灌注无砂混凝土。桩顶做简易帽梁，尺寸为400mm×300mm，内配置4Φ16钢筋，φ6.5@250mm箍筋。

 

　　（3）两根钢管之间用4根20cm长的Φ16螺纹钢筋帮焊，成孔后下入钢管。

 

　　4.1钢管桩施工工艺流程

 

　　平整场地——测量放线——钻孔——下钢管——灌水泥浆——投入碎石——振动成桩——养护

 

　　⑴  平整场地：在钢管桩施工前进行场地平整，以保证测量放线准确和钻机就位钻孔。

 

　　⑵  测量放线：场地平整后按设计要求进行桩位放线，桩位误差小于100mm。

 

　　⑶  钻孔：钢管桩钻孔采用MG50型锚杆钻机，钻孔连续进行。

 

　　⑷  下钢管：钢管直径为80mm（内径81mm，外径89mm），每根长度6m，钢管之间用4根20cm长的Φ16螺纹钢筋帮焊，成孔后下入钢管。

 

　　⑸  灌水泥浆：在钢管下端打上渗浆孔，钢管上端位于地面；将注浆管从钢管中插入孔底，开始注入水泥浆（水灰比为0.5～0.6），待浆液上升到孔口时停止注浆。待碎石投入完成后从孔口进行补浆。

 

　　⑹  投入碎石：从钢管内、外投入碎石，碎石粒径5mm～10mm。

 

　　⑺  振动成桩：边投碎石边用注浆管上下移动和用铁锤振动钢管，使碎石将钢管内、外的空隙充填满。

 

　　⑻  养护：钢管桩施工完成后应养护48小时以上方可开挖边坡进行土钉墙支护。

 

　　4.2土钉墙施工工艺流程

 

　　边坡开挖——修坡——放线定孔位——成孔——插筋入孔——堵孔注浆——二次注浆——绑扎、固定钢筋网——喷射混凝土面层——混凝土面层养护——循环下层土钉施工

 

　　5基坑变形监测

 

　　根据《基坑土钉支护技术规程》（CECS96：97），本工程边坡位移的预警值应为45mm。为安全起见，本工程设定预警值30mm，在土钉墙坡顶和桩顶帽梁同时设置观测点，这样的预警值能够较早的采取预防措施。

 

　　在坡顶和桩顶帽梁边缘按照不大于30m的间距布设位移观测点，以便对其基坑变形进行观测，在施工期间每天进行一次观测，直至基槽完工。以后可7～10天观测一次，至变形稳定为止。其间可根据施工进度和变形发展随时加密观测次数，如发现变形异常，应及时停止基坑内作业，分析原因，采取还土、坡顶卸载等加固措施，确保边坡安全。

 

　　目前基础工程已施工完毕，经过半年多的边坡监测，监测结果边坡坡顶最大位移值25mm，无局部塌陷发生，证明微型钢管桩+预应力锚杆+土钉墙的复合土钉墙支护能有效控制坡顶变形，边坡安全稳定。

 

 

　　该工程采用微型钢管桩+预应力锚杆+土钉墙的复合土钉墙支护体系经过半年多的边坡和沉降监测，边坡安全稳定；边坡施工实际工期42天，如采用护坡桩支护计划工期57天，节约工期15天；与同等条件下的护坡桩相比，可节约造价约30%左右。以上数据说明复合土钉墙边坡支护体系无论在技术上还是经济上都具有明显的优势，在未来会有很大的发展空间。