摘要：随着城市地铁建设的快速展开，钢管桩相结合预应力锚索（钢支撑）的结构形式被广泛用于城市轨道交通的建设工程。根据钢管桩的施工工艺以及工程实践，总结钢管桩应用于深基坑支护工程的主要特点，结合工程应用实例分析钢管桩在基坑支护工程中的作用及效果。研究结果表明，在基坑周边环境条件受限的基坑支护工程中，钢管桩能充分发挥其施工工艺简单及环境污染少的优点，表现出显著的经济效益和社会效益。
关键词：钢管桩；基坑支护；监测；钢支撑
0引言
在我国城市地铁建设工程中，出入口明挖基坑传统围护结构一般采用钻孔灌注桩、TRD插型钢等支护。由于出入口多设置在道路两侧的人行道与居民楼之间，导致出入口位置一般场地狭小，难以同时使用多台设备及大型设备进行施工。在某项目已实施的地铁附属结构施工中，北岭站设备外挂段、C出入口、水清沟站A、B出入口均采取钻孔桩支护设计，利用冲击钻成孔，平均每1.5d成孔1根，每个出入口钻孔桩施工周期在3~4个月左右。针对钻孔桩施工周期长、噪声大、振动大、泥浆污染处理困难及施工场地泥泞等环保问题严重[1]，项目部联合设计单位，通过对方案进行比较，优化设计，综合考虑基坑形状、受力情况、开挖地层水文地质状况，依据监测数据，设计出不同类型的钢管桩施工方案，希望能为类似地铁出入口基坑设计及施工提供参考。
1工程概况
该项目车站主体结构设行车段和设备外挂段两部分，附属部分设2座风道、4个出入口（2个预留）、3个安全出口和1座换乘通道。D出入口在车站东南侧，与车站外挂段相接。D出入口的中心线总长约68.41m，采用明暗挖结合法挖掘。明挖标准段基坑开挖宽度7.5m，明挖人防段8.9m，坑深为1.6~16.8m。暗挖段标准段宽7.6m。明挖段长约58.63m，采用矩形和U型槽结构形式。通过地勘报告可知，地质从上到下分别为杂填土、花岗岩强风化层、花岗岩中风化带、花岗岩微风化带。地下水以第四系孔隙水和基岩裂隙水为主。出入口东西走向，东高西低，地表高差8m左右。
2基坑围护结构方案
2.1方案设计
根据以往车站附属出入口施工方案和现场的实际条件，拟订了4种施工方案，并对优缺点进行了分析。
2.1.1放坡开挖不用施工围护桩
该方案基坑开挖单价低，且不考虑管线迁改工期，开挖工期较短，但必须占用瑞昌路人行道，人行道下方电线、通信管线需要转移，转移费用大、时间长，且周边房屋和基坑要同步挖掘。受房地产建设基坑工期影响，交叉作业影响较大，土方的挖掘及回填量都很大。基坑临近道路，没有操作现场，交通风险大。
2.1.2采用钻孔灌注桩+钢管桩(吊角桩)
该方案安全系数高，土方挖掘的较少，但围护桩工期长，围护结构成本高，钻孔桩噪声扰民，施工产生泥浆、污染环境，泥水处理费用高。钢管桩钻孔产生粉尘，施工过程中需要使用雾炮、喷淋洒水等清除灰尘。
2.1.3采用钢管桩
该方案优点是基坑安全系数较高且土方开挖的较少，但围护桩工期相对较长，围护结构成本较高。钢管桩钻孔产生粉尘，施工过程中需要使用雾炮、喷淋洒水等清除灰尘。
2.1.4采用放坡+钢管桩
该方案安全系数较高，土方开挖的较少，围护结构造价和工期相对适中，但与周边房建基坑需要同期开挖，受房建基坑工期影响，交叉作业影响较大。钢管桩钻孔产生粉尘，施工过程中需要使用雾炮、喷淋洒水等清除灰尘[3]。
2.2方案比选
从4个方案的经济性、工期时间、操作性、安全性进行比较，具体如表1所示。其中星越多，表示方案越佳。最后，经过认真的全方位比较，方案P3最终确定为实施方案。D出口的挖掘和保护采用“钢管桩+锚索（锚杆）”，经济适用、高效、安全。
3围护桩设计
综合考虑周围环境条件，基坑采用钢管桩+锚索及钢管桩+型钢内支撑围护型式。对于基坑开挖较浅段采用A、B型钢管桩，采用Φ273×10mm钢管，间距@1000mm；钢管桩超出基底3.0m左右，基坑侧壁采用Φ28全长粘结型锚杆，间距2m×2m。对于基坑开挖较深段采用C、D、E型钢管桩，钢管规格为Φ377×12mm，间距@800mm。钢管桩钢管桩超出基底1.5m以上，C、D型支护段基坑侧壁上部采用预应力锚索，下部采用粘结锚杆。E型支护段基坑侧壁上部采用预应力锚索，下部采用型钢内支撑。桩顶设置钢筋混凝土冠梁，桩间为Φ8@200×200钢筋网和100mm厚C25喷射混凝土[4]。
4施工技术
4.1工艺流程
施工工艺流程如图1。
4.2准备工作
搭建施工围挡，平整场地；将水电接入施工现场；对钢管桩工程所需的钢管、水泥进行进场检查；对工程所需设备进行检查、验收。
4.3钢管桩施工
目前国内具备较大成孔直径的硬岩钻孔设备较少，大部分采用直径127mm的钢管桩。综合比选，钢管桩的施工设备采用徐工XSL5/260型水井钻机。该产品硬岩最大成孔直径为500mm。钢管桩水平间距为@1.0m/0.8m。钢管桩采用Φ273×10mm/Φ377×12mm钢管，钻孔采用Φ300/Φ400型钻头。在钻进至设计孔深后清孔并灌注水泥浆液，水泥浆液的水灰比为0.5:1（质量比），注浆水泥是P042.5水泥。
4.3.1钻孔
在钻孔之前，由项目部测量班测量桩的位置，桩的位置较原设计桩位外放10cm。钻机开钻前设备要调平，以保证施工过程中钻机位置不发生移动和倾斜。同时需对钻机桩位进行认真检查，保证孔的位置偏差在规范的容许范围内，孔的位置偏差控制在5cm以内。钻探过程中，会产生大量的碎屑和粉尘。对于碎屑应采用手推车及时清理，防止其掉入孔内，造成卡钻。粉尘应使用雾炮机配合降尘。在周边围挡上设置喷淋洒水装置，防止粉尘扩散，污染环境。钻探到设计标高时，应使用压力风仔细清孔，以免孔底残渣厚度过大。
4.3.2钢管施工
完孔经检查后，立即进行钢管安装。因为特殊的原因不能及时安装时，将洞口处打扫干净，并在周边设置砂袋，孔口填塞编织袋，顶部使用竹胶板覆盖，防止杂物、雨水进入孔中。如孔中倒灌有水，在钢管安装前应抽排干净。钢管的前端设置成锥形（不关闭），尾部1.0m范围不开孔。剩下的部分在钢管上钻孔，孔直径1.5cm，孔间距0.5m，注浆孔配置成梅花形状。钢管的连接部位不能开孔。管道任何位置不得开方孔。传统的钢管连接采用丝扣连接，考虑到钢管的直径大、质量大，现场不具备加工设备及条件，需要外协加工。钢管需要钢筋加工配送中心进行加工，材料涉及二次倒运，其加工及倒运成本较高。在现场采取经优化的连接方式，采用内衬钢管连接。具体施工工序为：插入接头钢管→点焊→插入其他钢管→确认接头尺寸→确定并调整钢管竖向位置焊缝的错开位置→首次管道找直→调整对口间隙的尺寸→对口找平→管道再次拉线找直→焊接。钢管之间的连接为内层钢管焊接连接，接合处钢管长度为30cm。在接头焊接前，应除去桩端浮置锈、油污，保持干燥，上下段桩焊接时应进行校准，焊接应对称，焊缝充实，焊缝应比管面高约1~2mm，焊接渣应及时清除。在管节焊接前，先修口、清理残渣，焊缝的宽度要比倾斜口的各一侧宽0.5~1.5mm。管道端面的间隙为8~10mm，在另一侧的间隙夹上帮条，或采用加热法缩小间隙进行焊接。焊缝表面不得有裂纹、未熔接、炉渣、气孔、未焊接、咬边等缺陷。
4.3.3灌浆
水泥浆液的水灰比为0.5:1（质量比），现场设置浆液配比标志牌，严控浆液配比。现场采用容积为1.2m3的桶作为搅拌桶，采用袋装水泥，单次搅拌1.0m3，按照水灰比需要加水泥1226kg。按照袋装水泥每袋50kg，每次需要加入水泥24.5袋，最后加入的半袋需要使用电子秤进行称量。现场在桶上对加水位置、最终位置做出刻度标记，防止超量。灌浆及搅拌过程中，现场技术人员应全程旁站。施工程序及方法如下：在注浆液之前，确认管道和机器的状况；钢管安装完毕后，将注浆管伸入孔的底部，一边注浆液，一边向上提注浆管；注浆至孔顶后，进行另一孔的灌浆，如发现孔顶水泥浆液有较大下降，及时进行补注；灌浆施工过程中，试验部门在现场控制水灰比的配比等参数。施工注意事项如下：在注浆过程中需要处理管道故障时，必须停止机器，无压力后再进行处理，处理过程中注浆管管口对准人员是严禁的。在注浆期间，施工人员的身体应避开孔管的正面，开启注浆阀要在侧面操作，防止因喷射泄漏造成的伤害。注浆要严格按设计压力操作，严禁超压注浆。确保施工过程中的压力表处于良好状态，严格保护压力表。浆料的制备应严格按照设计要求进行，浆料口应设置过滤网，防止水泥块和杂物进入管内。浆液应由专人制备，并按照规定严格调配。最大限度地缩短浆液放置时间，当班配制的浆液超过4h以上的严禁使用。下班时间停止注浆时，迅速清洗注浆设备和器具。在调配浆液期间，施工人员应详细填写原始记录，并根据要求迅速报告工程进度。在注入水泥浆液时，必须遵守规定和纪律，服从指挥，遵守现场轮班工作制度。各班组留出时间清洗，除去渗漏的浆液，保持施工现场的清洁，贯彻文明施工。禁止随意倒放未使用的浆液，必须放在指定位置，防止环境污染。禁止钻机操作专业人员工作离开工作岗位。现场的所有施工人员，在进入工作岗位前经过安全、技术训练合格后，可以进入工作岗位。
5结论
随着城市地铁建设的快速展开，钢管桩相结合预应力锚索（钢支撑）的结构形式被广泛用于城市轨道交通的建设工程。本文根据钢管桩的施工工艺以及工程实践，总结钢管桩应用于深基坑支护工程的主要特点，结合工程应用实例分析钢管桩在基坑支护工程中的作用及效果。采用方案P3施工后，工程进展顺利，高效安全地完成了出入口的基坑开挖支护。在基坑挖掘过程中，基坑的各项监测数据正常，临近道路的沉降、位移数据正常。与传统的钻孔桩相比，采用此方法进行施工噪声、粉尘、泥水均明显降低，并加快了施工进度，提高了施工安全性。综上，在基坑周边环境条件受限的基坑支护工程中，钢管桩能充分发挥其施工工艺简单及环境污染少的优点，表现出显著的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]梁超,刘润.大直径钢管桩竖向承载力计算方法研究[J].地下空间与工程学报,2018,14(1):169-175.
[2]亓守臣.深基坑锁口钢管桩围堰设计与施工[J].国防交通工程与技术,2015,13(S1):24-25.
[3]樊娟莹.某基坑边坡微型钢管桩加锚索支护施工技术[J].四川建筑,2018,38(3):207-209.
作者：杨武 单位：中铁十九局集团第五工程有限公司
