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摘要：在基坑围护中往往采用混凝土灌注桩，此法在实际应用中较为成熟和普及，然而在一些狭小地带等特定的条件下，大直径混凝土灌注桩无法进行施工或施工安全风险较大。本文着重介绍的微型钢管桩就是在特定条件下，替代部分大直径混凝土灌注桩在基坑围护结构中得到实际应用，不仅具有很好的灵活性、可实施性，更降低了施工中的安全风险，从一定程度上节约了成本，取得了很好的经济效益。
关键词：微型钢管桩；混凝土灌注桩；围护；始发井
一、工程概况
郑州市某220千伏输变电工程新建电缆隧道工程某标段位于金水区朝阳路南侧规划绿化带内，线路全长3424.02米，全线采用盾构法施工。施工主要内容包括：1#盾构始发井、1#盾构接收井1#检查井、2#检查井、3#检查井、4#检查井、区间盾构段3378.32m。
1#盾构始发井位于众意路与朝阳路交叉口东南角绿化带内，原设计方案深度为18.5m，结构长度19.6m，宽度8.6m，基坑支护采用1200mm@1400mm混凝土灌注桩围护结构+600mm高压旋喷桩止水帷幕+5道钢管内支撑结构，桩顶设置1000mm×1000mm钢筋混凝土冠梁。
二、施工现场存在的问题
根据现场调查情况得知：1#盾构始发井南侧为碧桂园房建基坑，深10.5m，采用复合土钉墙支护结构。土钉墙锚杆长12m、15m，水平间距1.5m，上下间距1.2m，倾角12°。始发井基坑与碧桂园房建基坑净距6m，通过计算，房建基坑锚杆已侵入1#盾构始发井工作面内。
岩土工程勘测成果表明：根据岩性特征及组合、依据物理性质及工程特性的差异自上而下可分为4个工程地质层。将各土层的岩性特征描述如下：
第①层：杂填土。主要为建筑垃圾，局部素填土，粉土、粉砂填充，厚度不均。松散～中密，均匀性差。填土厚6.9～7.6m。
第②层：粉土。灰色，含较多的黏土团块及砂粒，局部加粉砂及粉质黏土薄层，稍密、很湿。层厚2.9～5m。
第③层：粉细砂。褐黄色，成分已石英、长石和云母为主，密实～中密、饱和，局部夹粉土薄层。层厚10.2～17.2m。
第④层：粉质黏土。褐黄色，局部锈黄色侵染，硬塑，局部粉土。层厚8.4～9.7m。
通过分析，施工中存在主要风险有：
（1）围护桩采用桩径1200mm钻孔桩，钻进过程中容易绞断、带出锚杆，造成房建边坡失稳、坍塌；
（2）锚杆被破坏，原设计复合土钉墙支护结构失去防护效力，造成房建基坑边坡整体失稳、坍塌；
（3）杂填土较厚，松散～中密，均匀性差，钻孔时泥浆护壁较差，容易漏浆造成塌孔，渗漏浸泡边坡而造成边坡失稳、坍塌。
三、采取的相应措施
针对此特定条件下（临近房建基坑、防护锚杆较密），施工中存在的风险，通过各种方案的比较，制定相应措施如下：
（1）对两基坑间6m宽左右的土体进行注浆加固。通过注浆，对上层7m左右的杂填土起到土体粘结、填充孔隙、加固的作用。在钻孔泥浆护壁过程中不会造成泥浆渗漏而塌孔。
（2）将靠近基坑一排直径1200mm@1400mm混凝土灌注桩改成微型钢管桩。通过验算，钢管桩采用直径245mm@500mm，t=16mm，L=32m，能满足基坑受力要求。大直径混凝土灌注桩改为微型钢管桩，避免施工中绞断、拉出锚杆，对基坑边坡扰动小。
（3）基坑开挖过程中，每挖出一排锚杆，在钢管桩内侧设一道腰梁，将锚杆锚固在钢管桩上。重新将复合土钉墙支护结构防护效力建立在钢管桩上，形成新的防护体系。
四、主要施工方法
1、土体注浆
注浆方式：采用水泥注浆法，注浆水灰比0.9～1.1。根据地层渗透系数情况及浆液注入量情况，注浆压力一般选用为0.4～1.0MPa，具体根据现场试验确定。
注浆量：土方加固土体范围长28m，上宽6m，下宽8m，横断面为梯形结构；间距1.0m，长度15m，梅花型布置，注浆孔直径D=80mm～110mm。注浆量以实际注浆数量为准，可参考以下公式计算：L=V×n×a（1+β）
式中：L=注浆量，单位m3；
V=注浆范围土体体积，单位m3；
N=地层（粉质粘土和分析砂层）孔隙率；
a=浆液填充系数，07～0.9，取0.8；
β=浆液损失率，10%～30%，取20%；
表1、不同地质条件下填充率
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2、钢管桩施工
钢管桩施工采用小型正循环钻机成孔，孔径300mm，待成孔后将钢管分节下入孔内，钢管采用丝扣连接。
1）桩位确定
根据房建基坑边坡防护图纸得知，土钉墙锚杆水平间距1.5m，上下间距1.2m，梅花型布置。钢管桩采取直径245mm@500mm布置，通过图纸及现场放样，绝大部分桩位可避开锚杆，个别无法避开的，可适当调整钢管桩间距。确保钻孔过程中不对边坡锚杆造成破坏。
2）设备选用
成孔设备选用小型正循环钻机。正循环钻进成孔是采用钻机回转装置通过钻杆带动钻头回转切削破碎岩土，泥浆泵泵送泥浆经过钻杆内腔输送到孔底，悬浮并携带钻渣，再经过钻杆与孔壁之间的环状空间返回地面，实现排渣和护壁。这种成孔方法工艺技术成熟，操作简单，易于掌握；采用泥浆循环，孔壁稳定，不受地层限制。根据钻机成孔原理及地质地层特点，选用小型正循环钻机成孔。
3）成孔
（1）根据钢管桩平面布置图测放桩位，桩位测放完毕后应做好标记，方便后面施工。施工时钢管桩采取隔二打一进行施工，减少对基坑边坡的扰动。
（2）采取人工挖坑埋设护筒，使护筒平面位置中心与桩设计中心一致，护筒顶宜高出原地面 30～50cm，埋设深度不宜小于 lm，四周并用粘土夯实。钢护筒埋设完毕后，复核护筒的中心坐标位置和高程。
（3）安装钻机时，机台应安装稳固水平，保证孔的垂直度。开钻初期，应以低转速低转压，慢进尺钻进，以保证孔的垂直度，待钻至护筒以下1m后，再逐渐增加钻压、转速和进尺，进入正常钻进阶段，并根据地质强度和钻进、排渣情况，逐步调整转速和钻压值。
（4）造浆材料：钻孔泥浆选用不分散、低固相、高粘度的PHP优质膨润土化学泥浆。泥浆由优质膨润土、碱（Na2CO3）、羟甲基纤维素（CMC）和聚丙烯酰胺（PHP）等原料组成。泥浆的性能与指标：
①比重：钻孔泥浆比重以1.05～1.1为宜。
②粘度：一般地层以16～22S为宜，松散易坍地层以19～28S为宜。
③含砂率：新制泥浆含砂率应小于2%，循环泥浆不得超过4%。
④胶体率：新制泥浆胶体率应大于95%。
⑤PH值：大于6.5。
⑥泥皮厚：小于3mm。
泥浆配制应由试验人员反复试验，做出合理的配合比后，投入生产。在制浆或钻孔过程中试验人员要经常检测泥浆的各项指标，使之满足钻孔需要，不合格时应及时调整。
4）成桩
钢管桩采用多段标准节丝扣联接，按照桩长设计要求搭配接长。钢管桩底节封闭，不得漏浆。每节钢管桩接头处设置丝扣、固定装置，方便吊装、紧固。成孔后，将钻机移除孔位，采用吊车安装钢管桩，按顺序依次安装。安装完成后，桩壁间的空隙由后期高压旋喷桩止水帷幕浆液填充。
3、重新建立锚杆支护体系
按照图纸要求，首先完成桩顶冠梁及挡土墙施工，然后开挖基坑。基坑开挖时，每挖出一层锚杆，在钢管桩内侧设置一道腰梁。腰梁采用[14槽钢，首先与钢管桩固定，然后与锚杆固定牢固，最后挂网喷砼防护，建立起新的房建边坡锚杆支护体系。
五、应用成果及经济效益分析
郑州市某220千伏输变电工程新建电缆隧道工程某标段1#盾构始发井靠近房建边坡侧一排15根直径1200mm的混凝土灌注桩，全部由45根直径245mm，t=16mm的钢管桩进行替代，并完成了围护桩施工及基坑开挖支护，很好的保证了基坑边坡的稳定，大大降低施工中的安全风险。
方案确定前，也对方案的经济效益进行了对比分析，其结果详见下表：
表2、工程造价分析表
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通过对比分析，采用微型钢管桩替代大直径混凝土灌注桩能节约成本13%左右，具有较好的经济效益。
六、总结
通过微型钢管桩替代大直径混凝土灌注桩在1#盾构始发井围护结构上的成功应用，我们得出：
（1）微型钢管桩施工机具小、桩位布设灵活性大，在市区等管线比较密集（狭小场地），大直径混凝土灌注桩无法施工的围护结构中，采取微型钢管桩替代部分大直径混凝土灌注桩是适用的，是完全可行的；
（2）微型钢管桩在特殊施工条件下（如临近基坑、临近结构物、狭小地带），施工中的安全风险会大大降低，甚至可以消除大部分安全隐患；
（3）采用微型钢管桩替代部分大直径钻孔混凝土灌注桩用于围护结构上，能在一定程度上节约成本，具有较好的经济效益。
此方法在狭小场地等特定的施工条件下不仅具有操作灵活性，可实施性，还大大降低了施工中的安全风险，从一定程度上节约了成本和工期，创作了很好的经济效益。
参考文献：
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