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[摘要] 超前支护钢管桩复合土钉墙是近年来在土钉墙基础上发展起来的新型支护结构，它极大的扩展了土钉墙技术的应用范围。本文结合广州某深基坑工程案例，对超前钢管桩复合土钉墙支护技术进行了分析探讨，希望为该复合土钉墙支护型式的设计和理论研究提供一定的参考。
[关键词] 超前支护钢管桩；复合土钉墙支护；深基坑
中图分类号:TU511.3+7文献标识码：A
引言
近年来，随着城市地下空间的开发利用，高层建筑及地下工程的大量兴建，基坑工程越来越多，而土钉墙作为一种施工进度快，所需材料省，机械设备少，造价低廉的基坑支护型式，得到越来越广泛的利用[1]。但该支护型式一般现场实际位移过大且不易控制，在地质较差的场地应用也受到限制[2]，同时规范也要求土钉墙基坑深度宜小于12m[3]。但对于土质较好，基坑深度超过9m的深基坑，一般可采用土钉墙+预应力锚杆、土钉墙+隔水帷幕、土钉墙+微型桩等复合土钉墙支护型式达到深基坑经济性设计效果，以节省工期和造价。
本文以广东省白云区龙归镇某超深基坑为例，重点介绍超前支护管桩复合土钉墙支护结构型式在基坑工程中的应用，为超前支护管桩复合土钉墙支护结构提供一定的设计参考。
1 工程概况
拟建白云龙归项目位于广州市白云区龙归镇，拟建四栋33层高层建筑(拟设两层地下室)、一栋5层综合楼、一栋3层幼儿园和多栋3-4层别墅。本次设计的基坑为综合楼地下室基坑，基坑开挖深度约为12.98m～15.31m。
本基坑周边环境如图1所示。基坑场地属于广花平原东侧，场地东侧和东北侧为村庄建筑物，其余周边空旷；场地内原为菜地和水田，现已人工基本推平。场地较为平坦，场地北侧距基坑边线约22m处有两个浅水塘，面积约100m×30m，场地西侧距基坑边线约20m处有一个面积约为85m×50m的浅水塘，水塘均为附近村民养鸭场；场地南侧场为空地，距基坑边线60m为在建高程建筑。
图1 基坑周边环境图
工程场地地质条件如表1所示。场地地下水主要赋存在第四系冲积层砂层和基岩裂隙中，属孔隙和裂隙潜水，受大气降水及地表水的补给。勘察期间测得地下水混合水位埋深0.68～1.60米。勘察期间雨水较多，测得的地下水位可能比常年水位稍高。
表1 工程场地地质条件
土层名称 土层平均厚度（m） 重度（kN/m3） 粘聚力（kPa） 摩擦角（°）
素填土 0.8 18.0 15 15
砾 砂 2.14 18.5 0 31
粉质粘土-1 4.67 19.0 33.5 14.5
粗砂 1.99 18.5 0 31
粉质粘土-2 2.20 18.90 20 18
中砂 2.16 19.0 0 32
粉质粘土-3 1.35 19.0 31.4 18.80
全风化泥质粉砂岩 3.07 21.5 70 27
强风化泥质粉岩 4.04 22 300 25
2 支护结构方案概述
根据勘察报告，拟建的白云龙归项目综合楼，基坑开挖深度约为13.37～15.31米。为充分利用有利条件、摒除或抑制不利因素，保证基坑支护结构在确保基坑及周边环境安全的前提下，尽可能节省投资，达到安全、经济、便于施工的目的，根据工程地质勘察报告提供的土层物理力学性质指标和地质剖面，针对本基坑的特点，结合基坑周边环境、现有施工条件和施工工期等因素，基坑支护方式主要采用超前支护钢管桩复合土钉墙支护和放坡支护型式。由于基坑北面和西面局部有较厚砂层，采用双排搅拌桩止水，且用地紧张，采用超前支护钢管桩复合土钉支护型式，垂直开挖；基坑南面局部有较薄砂层，采用单排搅拌桩止水，且有60米宽空地，用地宽松，采用放坡支护型式；基坑东面土质较好，无砂层，未采用搅拌桩止水，仅采用80°放坡+土钉墙支护型式。其基坑支护平面图如图2所示：
图2基坑支护平面布置图
3 超前支护钢管桩复合土钉墙支护结构分析
由于此基坑西面与北面用地紧张，基坑深度超过基坑所允许土钉墙支护深度，且在广州地区，采用土钉墙支护型式也频频出现相关的事故，故在该两侧基坑支护设计中，考虑在土钉墙前侧增设超前支护钢管桩。
而根据超前支护钢管桩目前的应用机理，其主要分两种应用型式：一种是将超前支护钢管桩作为主要受力构件，起抗弯作用；另一种是将超前支护钢管桩与土钉支护相结合，将超前支护钢管桩作为柔性构件，主要改善土体应力场，限制基坑变形，增加基坑的整体稳定性[4-6]。而在相应较好土质的基坑支护设计时，一般不考虑超前支护钢管桩的有利影响，而仅将其作为一种安全储备。事实上，无论设计中是否考虑超前支护钢管桩的影响，微型钢管桩在基坑开挖过程中都会产生一定的积极作用[5]。
故此处运用超前支护钢管桩目前应用的机理，将超前支护钢管桩作为一种安全储备，利用理正深基坑软件仅采用土钉墙支护结构型式对该两侧进行基坑设计。具体支护剖面设计情况如下图3、图4所示：
图3 基坑西面支护剖面图 图4 基坑北面支护剖面图
4 超前支护钢管桩施工技术要求
超前支护钢管桩施工要求在基坑开挖前，在基坑西面与北面设置单排128@800、壁厚5mm的超前支护钢管桩，桩顶位于地面以下0.2m，钢管桩底部要求进入基坑底部以下1m。在距孔底1/3孔深范围内的管壁上设置注浆孔，注浆孔径为15mm，间距450mm，在桩内外灌1：1水泥砂浆，灌浆压力控制在0.3MPa。桩顶做帽梁，尺寸为500mm×300mm，内配置4Φ16钢筋，φ8@200mm箍筋。
同时要求钢管桩桩位误差不大于50mm，垂直偏差不宜大于2°，将止浆带安装在钢管顶部以下2.0米位置，然后砂浆封孔，待砂浆终凝后方可压浆。高压灌注水泥砂浆：将注浆管与钢管相接好后，开始灌注1：1水泥砂浆（水灰比控制在0.35～0.45），待灌浆压力达到0.3MP后停止注浆。钢管桩及冠梁施工完成后应养护48小时以上方可开挖边坡进行土钉墙支护。
在一般土钉墙设计中，常采用单根钢筋土钉进行支护设计，此处为考虑土钉与超前支护钢管桩的拉拔力，此处将理正深基坑软件所计算出的单根钢筋按面积等效原理等效成3～4根小直径钢筋，同时将此些钢筋均与面层钢筋网片进行焊牢；同时对于钢花管土钉，同样采用小直径钢筋与钢花管及面层钢筋网片焊牢，来提高土钉使用效果，具体如图5所示。
图5 钢筋土钉及钢花管土钉与钢筋网片连接图
5 现场监测情况
在基坑开挖过程中，通过对超前支护钢管桩土钉墙复合支护基坑水平位移的监测发现：其水平位移较小，仅在30mm左右，且基坑开挖到底至地下室施工完成，其水平位移也仅为40mm左右，未超过基坑设计所规定的报警值50mm；且该基坑净工期仅花了50天左右均。这也说明超前支护钢管桩土钉墙复合支护型式在此超深基坑中得到了很好的应用。
6 结语
超前支护钢管桩复合土钉墙现已得到广泛应用，但现阶段市场上出现的计算软件有关超前支护钢管桩复合土钉墙的计算并不成熟，在设计中，设计人员仅考虑土钉墙的作用，再将超前支护钢管桩做为一种安全储备，而设计中并未考虑超前支护钢管桩对基坑的安全作用，从而造成一定设计上的浪费。这也说明超前支护钢管桩在理论研究上也存在很大的不足，希望该文能起到抛砖引玉的作用，为超前支护钢管桩复合土钉墙支护结构型式理论研究提供一定的参考。
参考文献：
[1] 中国土木工程学会土力学及岩土工程分会主编.深基坑支護技术指南[M].中国建筑工业出版社，2012.3
[2] 杨光华，深基坑支护结构的实际计算方法及其应用[M].北京：地质出版社.2004.4
[3] 国标JCJ120-2012，建筑基坑支护技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2012
[4] 李白，刘小丽，黄敏.微型桩在基坑工程中的应用与思考[J].工程地质学报，2011.19（增刊）：492-497
[5] 刘小丽，李白.微型钢管桩用于岩石基坑支护的作用机制分析[J].岩土力学，2012.9（第33卷增刊）：217-222
[6]毕孝全，喻良明，赵明伦.超前钢管桩在深基坑支护中的应用[J].岩土工程学报，2006.11（增刊）：1756-1759
[关键词] 超前支护钢管桩；复合土钉墙支护；深基坑
中图分类号:TU511.3+7文献标识码：A
引言
近年来，随着城市地下空间的开发利用，高层建筑及地下工程的大量兴建，基坑工程越来越多，而土钉墙作为一种施工进度快，所需材料省，机械设备少，造价低廉的基坑支护型式，得到越来越广泛的利用[1]。但该支护型式一般现场实际位移过大且不易控制，在地质较差的场地应用也受到限制[2]，同时规范也要求土钉墙基坑深度宜小于12m[3]。但对于土质较好，基坑深度超过9m的深基坑，一般可采用土钉墙+预应力锚杆、土钉墙+隔水帷幕、土钉墙+微型桩等复合土钉墙支护型式达到深基坑经济性设计效果，以节省工期和造价。
本文以广东省白云区龙归镇某超深基坑为例，重点介绍超前支护管桩复合土钉墙支护结构型式在基坑工程中的应用，为超前支护管桩复合土钉墙支护结构提供一定的设计参考。
1 工程概况
拟建白云龙归项目位于广州市白云区龙归镇，拟建四栋33层高层建筑(拟设两层地下室)、一栋5层综合楼、一栋3层幼儿园和多栋3-4层别墅。本次设计的基坑为综合楼地下室基坑，基坑开挖深度约为12.98m～15.31m。
本基坑周边环境如图1所示。基坑场地属于广花平原东侧，场地东侧和东北侧为村庄建筑物，其余周边空旷；场地内原为菜地和水田，现已人工基本推平。场地较为平坦，场地北侧距基坑边线约22m处有两个浅水塘，面积约100m×30m，场地西侧距基坑边线约20m处有一个面积约为85m×50m的浅水塘，水塘均为附近村民养鸭场；场地南侧场为空地，距基坑边线60m为在建高程建筑。
图1 基坑周边环境图
工程场地地质条件如表1所示。场地地下水主要赋存在第四系冲积层砂层和基岩裂隙中，属孔隙和裂隙潜水，受大气降水及地表水的补给。勘察期间测得地下水混合水位埋深0.68～1.60米。勘察期间雨水较多，测得的地下水位可能比常年水位稍高。
表1 工程场地地质条件
土层名称 土层平均厚度（m） 重度（kN/m3） 粘聚力（kPa） 摩擦角（°）
素填土 0.8 18.0 15 15
砾 砂 2.14 18.5 0 31
粉质粘土-1 4.67 19.0 33.5 14.5
粗砂 1.99 18.5 0 31
粉质粘土-2 2.20 18.90 20 18
中砂 2.16 19.0 0 32
粉质粘土-3 1.35 19.0 31.4 18.80
全风化泥质粉砂岩 3.07 21.5 70 27
强风化泥质粉岩 4.04 22 300 25
2 支护结构方案概述
根据勘察报告，拟建的白云龙归项目综合楼，基坑开挖深度约为13.37～15.31米。为充分利用有利条件、摒除或抑制不利因素，保证基坑支护结构在确保基坑及周边环境安全的前提下，尽可能节省投资，达到安全、经济、便于施工的目的，根据工程地质勘察报告提供的土层物理力学性质指标和地质剖面，针对本基坑的特点，结合基坑周边环境、现有施工条件和施工工期等因素，基坑支护方式主要采用超前支护钢管桩复合土钉墙支护和放坡支护型式。由于基坑北面和西面局部有较厚砂层，采用双排搅拌桩止水，且用地紧张，采用超前支护钢管桩复合土钉支护型式，垂直开挖；基坑南面局部有较薄砂层，采用单排搅拌桩止水，且有60米宽空地，用地宽松，采用放坡支护型式；基坑东面土质较好，无砂层，未采用搅拌桩止水，仅采用80°放坡+土钉墙支护型式。其基坑支护平面图如图2所示：
图2基坑支护平面布置图
3 超前支护钢管桩复合土钉墙支护结构分析
由于此基坑西面与北面用地紧张，基坑深度超过基坑所允许土钉墙支护深度，且在广州地区，采用土钉墙支护型式也频频出现相关的事故，故在该两侧基坑支护设计中，考虑在土钉墙前侧增设超前支护钢管桩。
而根据超前支护钢管桩目前的应用机理，其主要分两种应用型式：一种是将超前支护钢管桩作为主要受力构件，起抗弯作用；另一种是将超前支护钢管桩与土钉支护相结合，将超前支护钢管桩作为柔性构件，主要改善土体应力场，限制基坑变形，增加基坑的整体稳定性[4-6]。而在相应较好土质的基坑支护设计时，一般不考虑超前支护钢管桩的有利影响，而仅将其作为一种安全储备。事实上，无论设计中是否考虑超前支护钢管桩的影响，微型钢管桩在基坑开挖过程中都会产生一定的积极作用[5]。
故此处运用超前支护钢管桩目前应用的机理，将超前支护钢管桩作为一种安全储备，利用理正深基坑软件仅采用土钉墙支护结构型式对该两侧进行基坑设计。具体支护剖面设计情况如下图3、图4所示：
图3 基坑西面支护剖面图 图4 基坑北面支护剖面图
4 超前支护钢管桩施工技术要求
超前支护钢管桩施工要求在基坑开挖前，在基坑西面与北面设置单排128@800、壁厚5mm的超前支护钢管桩，桩顶位于地面以下0.2m，钢管桩底部要求进入基坑底部以下1m。在距孔底1/3孔深范围内的管壁上设置注浆孔，注浆孔径为15mm，间距450mm，在桩内外灌1：1水泥砂浆，灌浆压力控制在0.3MPa。桩顶做帽梁，尺寸为500mm×300mm，内配置4Φ16钢筋，φ8@200mm箍筋。
同时要求钢管桩桩位误差不大于50mm，垂直偏差不宜大于2°，将止浆带安装在钢管顶部以下2.0米位置，然后砂浆封孔，待砂浆终凝后方可压浆。高压灌注水泥砂浆：将注浆管与钢管相接好后，开始灌注1：1水泥砂浆（水灰比控制在0.35～0.45），待灌浆压力达到0.3MP后停止注浆。钢管桩及冠梁施工完成后应养护48小时以上方可开挖边坡进行土钉墙支护。
在一般土钉墙设计中，常采用单根钢筋土钉进行支护设计，此处为考虑土钉与超前支护钢管桩的拉拔力，此处将理正深基坑软件所计算出的单根钢筋按面积等效原理等效成3～4根小直径钢筋，同时将此些钢筋均与面层钢筋网片进行焊牢；同时对于钢花管土钉，同样采用小直径钢筋与钢花管及面层钢筋网片焊牢，来提高土钉使用效果，具体如图5所示。
图5 钢筋土钉及钢花管土钉与钢筋网片连接图
5 现场监测情况
在基坑开挖过程中，通过对超前支护钢管桩土钉墙复合支护基坑水平位移的监测发现：其水平位移较小，仅在30mm左右，且基坑开挖到底至地下室施工完成，其水平位移也仅为40mm左右，未超过基坑设计所规定的报警值50mm；且该基坑净工期仅花了50天左右均。这也说明超前支护钢管桩土钉墙复合支护型式在此超深基坑中得到了很好的应用。
6 结语
超前支护钢管桩复合土钉墙现已得到广泛应用，但现阶段市场上出现的计算软件有关超前支护钢管桩复合土钉墙的计算并不成熟，在设计中，设计人员仅考虑土钉墙的作用，再将超前支护钢管桩做为一种安全储备，而设计中并未考虑超前支护钢管桩对基坑的安全作用，从而造成一定设计上的浪费。这也说明超前支护钢管桩在理论研究上也存在很大的不足，希望该文能起到抛砖引玉的作用，为超前支护钢管桩复合土钉墙支护结构型式理论研究提供一定的参考。
参考文献：
[1] 中国土木工程学会土力学及岩土工程分会主编.深基坑支護技术指南[M].中国建筑工业出版社，2012.3
[2] 杨光华，深基坑支护结构的实际计算方法及其应用[M].北京：地质出版社.2004.4
[3] 国标JCJ120-2012，建筑基坑支护技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2012
[4] 李白，刘小丽，黄敏.微型桩在基坑工程中的应用与思考[J].工程地质学报，2011.19（增刊）：492-497
[5] 刘小丽，李白.微型钢管桩用于岩石基坑支护的作用机制分析[J].岩土力学，2012.9（第33卷增刊）：217-222
[6]毕孝全，喻良明，赵明伦.超前钢管桩在深基坑支护中的应用[J].岩土工程学报，2006.11（增刊）：1756-1759