刍议微型钢管桩在基坑支护设计中的应用

摘要：微型钢管桩强度高,耐锤击性能好,穿透力强,能够有效地打入坚硬的土层,且桩长可较长,能获得较大的单桩承载力。钢材易于切割和焊接,可根据持力层的起伏,采用接长或切割的办法调节桩长,桩下端为开口,打桩时泥土挤入桩管内,与实桩相比挤土量可大为减少,对周围地基扰动小。本文将浅谈一下微型钢管桩在基坑支护设计中的应用。

关键词：微型钢管桩;基坑支护设计;应用

中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：

随着城市建设的高速发展，建筑施工周期要求越来越短，因此，在深基坑支护设计与实践中，不仅要确保基坑及周边建筑物的安全稳定、地下建筑的顺利实施，而且要求快速地完成支护结构施工，为主体施工创造条件。

目前常用的深基坑支护形式主要有: 排桩或地下连续墙结合内撑或锚杆支护体系、土钉墙支护体系、水泥土墙( SMW 工法) 支护体系等。由于对变形控制不是很好，所以在城市里深基坑工程很少采用土钉墙或水泥土墙的支护形式，大多以混凝土桩或地下连续墙作为支护结构。而当基坑周边距离建筑物较近时或施工场地限制，混凝土桩( 墙) 有时难以实施，需要一种施工简易、体量小的支护形式替代混凝土桩，在这种情况下，微型钢管桩结合预应力锚杆( 锚索) 的支护方式得到应用并受到广大基坑支护设计工作者的青睐。在沿海及内陆的冲击平原区,软土层很厚,土的天然含水量很高,天然孔隙比大,抗剪切强度低,压缩系数高,渗透系数小,而低压缩性持力层又很深(深达50~60 m),若采用钢筋混凝土和预应力混凝土桩,沉桩时须用冲击力很大的桩锤,同时沉桩施工产生的挤土往往造成损害。微型钢管桩贯入性好,承载力高,施工速度快,挤土小,因此这种情况多选用钢管桩。

一、微型钢管桩

所谓的微型钢管桩一般为直径100mm～150mm的劲型混凝土桩，内配Φ48mm～Φ100mm的钢管，壁厚为3mm～3.5mm，也可做成花管，压力注浆而成。微型钢管桩一般采用改制小型钻机或洛阳铲成孔。微型钢管桩材料,一般用普通碳素钢,其材质应符合现行有关规定。微型钢管桩按加工工艺区分,有螺旋缝钢管和直缝钢管两种,螺旋缝钢管刚度大,在工程上使用较多。为了便于运输和受桩架高度所限,微型钢管桩常分别由一根上节桩,一根下节桩和若干根中节桩组成,每节的长度不宜超过12~15 m。钢管桩上、中、下节常常用同一壁厚。有时,为使桩能承受巨大的锤击应力,可把上节桩的壁厚适当增大,或在钢管上端部外圈加焊一条宽200~300 mm,厚6~12 mm的扁钢加强箍。管桩下端部外圈也常焊加强箍,以防止桩端变形损坏。

二、微型钢管桩在基坑支护设计中的施工注意事项

1、施工设备

微型钢管桩内切割机和拔管设备。若不采用送桩,打桩能量损失小,效率高,但在土方开挖前,应采用微型钢管桩内切割机将多余的上部钢管桩割去,以便土方开挖。所用切割设备有等离子切桩机、手把式氧乙炔切桩机、半自动氧乙炔切桩机、悬吊式全回转氧乙炔自动切割机等。工作时,将切割设备吊送入钢管桩内的预定深度,依靠风动顶针装置固定在钢管桩的内壁,割嘴按预先调整好的间隙进行回转切割短桩头,然后将切割下的桩管拔出,拔出的短桩管经焊接接长后可再用。

2、施工工序

打钢管桩与挖土的先后次序有两种:先挖土后打桩;先打桩后挖土。在冲击平原地区的软土地区,表层土承载力尚可,而深部地基承载力则很差,且地下水位较高,排干较难。为避免基坑大面积长时间暴露被扰动,同时也便于施工作业,一般采用先打桩后挖土的施工方法。先打中间后打或先打中间后打两侧。基础标高不一的桩,宜先深后浅;对不同规格的桩,宜先大后小,先长后短,可使土层挤密均匀,以防止位移或偏斜。如有钢管桩和混凝土桩两种类型,为了有利于减少挤土和满足设计对打桩入土深度的要求,采取先打微型钢管桩后打混凝土桩。

3、 施工要点

微型钢管桩可由平板车运至现场存放,存放场地要平坦,大型车辆能直达。微型钢管桩必须妥善堆放,避免因堆放不当产生锈蚀、弯折。堆桩四周排水顺畅,搁置点设置应不使桩变形,堆叠层数一般为3层(高2 m以内),支点用枕木垫起,在枕木两侧用木楔塞紧,以防止桩管滚动。打桩现场微型钢管桩堆放,应尽量在桩机旁并在桩机起吊范围内;桩顶朝向桩机,便于一点起吊,并按打桩先后顺序及桩的配套要求进行堆放。微型钢管桩在吊起时,必须要对节桩做相应的检查,要对桩的长度、质量作出相应的评估,一旦发现问题,要及时地处理,防止影响地基的支撑作用,同时也要观察微型钢管的形状,看微型钢管是否是圆形的,还有直径是否在一定的误差范围内。一端吊起后,要注意微型钢管的平衡,不能让端托在地上,不然很容易折断微型钢管。这样的钢管端面比较复杂,焊接有一定的难度,很难恢复到原来的状态。对于存在质量的微型钢桩要进行一定的维修或者采用一定的补救措施,要节约微型钢桩的材料,变废为宝,废物再利用。桩机移动时一定要注意位置的摆放,不能偏离微型钢桩的作业范围,不然很容易造成资源的浪费。桩机要移动至微型钢桩的位置,吊起的装置要用在桩的正前方,要对准桩的位置,不出现偏移,偏离会造成受力的不均匀,很容易造成微型钢桩的断裂。现场指挥员要时刻注意桩机的运行情况以及作业情况,要做好记录,指挥好吊起的微型钢桩的形态,进行安装时,下面不能有人,防止出现作业事故。

三、微型钢管桩施工安全技术

起吊和搬运吊索应系于设计吊点,起吊时应平稳,以免撞击和震动。堆放时,应堆置在平整坚实的地面上,支点设于吊点处,各层垫木应在同一垂直线上,堆放高度不超过四层。清除妨碍施工的高空和地下障碍物。整平打桩范围的场地,压实打桩机行走的道路。对临近建筑物或构筑物,以及地下管线等要认真查清情况,并研究适当的隔振、减振措施,以免振坏原有设施而发生伤亡事故。打桩过程中遇有地面隆起或下陷,应随时垫平地面或调直打桩机。司机应思想集中,服从指挥,经常检查打桩机运转情况,发现异常应立即停止打桩,纠正后方可继续进行。打桩时,严禁用手拨正桩头垫料,严禁桩锤未打到桩顶即起锤或刹车,以免损坏设备。送桩入土后应及时添灌桩孔,打完后应及时加盖临时桩帽。冲抓锥或冲孔锤作业时,严禁任何人进人落锤区以防砸伤。对爆扩桩,在雷、雨时不要包扎药包,已包扎好的药包要打开。检查雷管和已包好的药包时应作好安全防护。爆扩桩引爆时要划定安全区(一般不小于20 m),并派专人警戒。在施工图会审和桩孔挖掘前,要认真研究钻探资料,分析地质情况,对可能出现的流沙、管涌、涌水以及有害气体等情况应制定有针对性的安全防护措施。

施工现场所有设备、设施、安全装置、工具、配件以及个人劳保用品等必须经常进行检查,确保完好和安全使用。孔口操作平台应自成稳定体系,防止在孔口下沉时被拉垮。施工场地内的一切电源、电路的安装和拆除必须由持证电工操作,电器必须严格接地、接零和使用漏电保护器。各孔用电必须分开,严禁一闸多用。孔上用电缆必须架空2.0 m以上,严禁拖地和埋压土中,孔内电缆电线必须有防湿、防潮、防断等保护措施。暂停施工的桩孔,应加盖板封闭孔口,并加0.8~1 m高的围栏。现场应设专职安全检查员,在施工前和施工中进行认真检查;发现问题及时处理,待消除隐患后再行作业;专职安全员对违章作业有权制止。

结语

1、基坑支护结构选型应综合地质、水文和周边环境、施工设备及主体施工的配合等诸多因素，才能做到既安全又经济,达到了安全且经济的目的，赢得了建设单位的好评。

2、微型钢管桩截面积较小，其抗弯能力和抗剪能力较为脆弱，在地表荷载很大的情况下，单排微型钢管桩强度达不到要求，故在设计及施工过程中要灵活运用，不能固定模式，以免造成工程事故。

3、在基坑施工过程中要采用信息化施工，及时根据观测结果调整施工工艺，出现异常情况应马上采取有效处理措施，确保施工安全。

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