210978832_浅谈微型钢管桩+预应力锚索在矿山工程深基坑支护的应用

M ine engineering
矿山工程
浅谈微型钢管桩+预应力锚索
在矿山工程深基坑支护的应用
刘长林
摘要：深基坑支护在矿山工程中起着至关重要的作用，其施工质量及安全管理尤为重要，直接关乎矿山工程的整体质量及效益。

施工单位要依据矿山工程背景、特点，灵活运用深基坑支护技术，才能保证施工顺利开展，获得较高的施工质量。

本文提出的支护形式，主要是微型钢管桩与预应力锚索的联合应用，这种支护形式具有较多优势，如施工工期短、经济效益高、所需要的作业空间狭小、施工效率高等众多优势，在矿山工程深基坑支护中得到广泛应用。

关键词：微型钢管桩；预应力锚索；矿山工程；作业空间狭小
矿山工程施工环节，基坑支护属于较为重要的一项工作，若想保证施工安全和施工质量，需要科学使用深基坑支护施工技术。

以往应用的基坑技术手段具备较多不足，无法满足现代化矿山工程基坑施工要求。

随着矿山开采深度的不断增加，出现了多样化的基坑形式，对基坑支护技术水平也提出了更高的要求。

微型钢管桩作为一种“小径高强桩”，在一些特定条件下以其独特的优势开始逐渐受到设计施工人员的重视，其与预应力锚索组成的支护体系应用也越来越广泛。

本文研究中，主要以某矿山岩土工程深基坑施工为例，对矿山工程深基坑中微型钢管桩+预应力锚索支护体系的应用进行分析，对今后类似工程具有一定的参考意义。

1 工程概况
本项目矿区面积约为30000m2，基坑面积17000m2,基坑周长约750.0m，开挖深度为8.05m～8.85m。

基坑边界距离矿区用地红线7.5m。

其中基坑北侧为矿区重要交通道路，距离基坑边界最近处为8.6m，在道路南侧现有高压变压器（位于用地红线内，距离基坑边界线仅有1.0m～1.5m），基坑边界距离最近一处高压电缆塔杆距离为7.7m。

该段基坑边坡周边环境较复杂，开挖深度较大，基坑失稳或过大变形对生命财产安全及地质环境影响较严重，基坑边坡支护结构安全等级为一级。

2 工程地质及水文地质条件
基坑北侧岩土层至上而下主要为：①杂填土，灰褐色，湿度适中，较为松散，主要成分为粘性土，其中存在少量生活垃圾与碎石等，平均厚度为4.50m；②粉质黏土，浅黄色，见网纹状结构，呈可~硬塑状态，切面稍有光泽，摇震无反应，干强度及韧性中等，平均厚度为4.00m；③残积粉质黏土，褐红色，多呈硬塑状态，切面有光泽，摇震无反应，干强度及韧性中等，平均厚度为2.10m；④强风化泥质粉砂岩，褐红色，岩石风化强烈，节理裂隙极发育，隙面可见铁锰质浸染，岩体破碎，岩质极软，岩芯呈短柱状、块状、碎块状，遇水浸泡易软化，平均厚度为9.90m。

场地地下水主要为上层滞水。

上层滞水主要赋存于浅部填土层中，下部粉质黏土为其隔水底板，填土主要成分以粉黏粒为主，局部夹少量碎石，孔隙的连通性较差储水空间有限，无连续的水位面。

一般水量较小，但暴雨期不排除局部水量增大的可能性。

3 矿山基坑工程特点及几种支护结构类型
3.1 矿山基坑工程特点
基坑工程的最基本的作用是为了给矿山工程开采提供条件。

其具有如下特点：
（1）风险较大，安全储备小。

通常在矿山工程中，基坑工程属于临时性措施，实际进行设计计算基坑围护体系时，一些荷载不用考虑，如地震荷载等，在永久性结构上，对于耐久性、强度、防渗及变形等方面，往往要求较低，不具备较高的安全储备要求。

所以，使得基坑工程存在一定的风险性，因此需要制定出科学有效的方案加以应对。

（2）存在较多的影响因素。

基坑工程开展中，与自然条件存在较大的关联性，施工设计环节，需要对众多因素进行全方位考虑，如水文地质条件、气象条件及工程地质条件等，实时掌握这些条件在施工中发生的变化，考虑这些因素可能会对基坑开挖产生的影响。

此外，地下管线、构筑物及周边建筑物等，也会对基坑工程产生较大影响，在基坑工程设计与施工环节，需要重点对周边环境允许变形量加以考虑，这些因素直接影响着基坑工程的顺利开展。

本矿山工程基坑北侧现有一高压变压器（距离基坑边界线仅有1.0m～1.5m，基坑边界距离最近一处高压电缆塔杆距离为7.7m），且不能迁改，一旦发生基坑坍塌事故，后果不堪设想。

鉴于该工程工期紧、任务重，如何解决垂直开挖段基坑支护难题成为该工程首要任务。

（3）计算理论不够完善。

对于基坑工程而言，其属于地下工程，身处于较为复杂的地质条件中，存在较多的影响因素，由于相关人员没有深入分析岩土力学性质，并没有形成较为完善的设计计算理论，如岩土本构关系、岩土压力等，该学科正处于不断发展中。

（4）综合性知识经验要求较高。

基坑工程不管是在设计上还是在施工上，均需要应用到结构工程及岩土工程方面的知识。

基坑设计与施工紧密相关，为保证设计具备较强的可靠性，应保证设计计算与施工实际工况一致。

Copyright©博看网. All Rights Reserved.
22
M ine engineering
矿山工程
3.2 常见支护结构类型
3.2.1 土钉墙
对于土钉墙支护结构而言，主要是一种挡土结构，能够保证土体开挖环节基坑边坡或侧壁具备良好稳定性，土钉会与被加固土体形成一个整体，从而形成原位挡土墙，具备较好的自稳能力。

在这一基础形式上，可以增加相应构件，如微型桩以及隔水帷幕等，形成复合土钉墙结构。

土钉墙支护结构具备以下特点：（1）无需应用到复杂的施工工艺与设备，适用于各种基坑形式，存在较好的经济性。

（2）不用在坑中设置支撑体系，能够进行敞开式开挖。

（3）具备较大的柔性，且延性及抗震性较好，在破坏前会经历一系列的变形发展。

（4）存在较好的密封性，能够将土坡表面完全覆盖，以免边坡表面有地下水渗出，保证坑壁稳定性。

（5）通过群体作用，土钉墙可使坑壁具备较好的稳定性，如果其中某条土钉失效，其余土钉也会继续发挥作用。

（6）不会占用较大的施工场地，可灵活移动，通常情况下，支护结构不会单独占用场地内的空间。

（7）土钉孔径较小，相比于其他措施，具备更强的穿透能力。

（8）这种支护形式下，能够实现边开挖边支护，有助于开展信息化施工，可结合地质情况与监测数据，对土钉系数做出合理调整。

（9）会占用相应的坑外地下空间。

（10）因为会涉及到土方开挖与土钉施工交叉开展，存在较高的现场施工组织要求。

3.2.2 复合土钉墙
这种支护形式较为常见的有两种，一是微型桩与土钉墙结合，二是预应力锚杆（索）与土钉墙结合。

因为复合土钉墙是以土钉墙作为基本形式，所以通样具备土钉墙形式特点。

（1）土钉墙+微型桩。

在土钉墙基本形式中加入微型桩，能够有效减小基坑变形。

这种维护形式在较软弱土层中适用性较好，如软塑状粘性土及填土等，常用于需要通过竖向构件提升开挖面自立性能、复合体强度及整体性的工程。

（2）土钉墙+预应力锚杆（索）。

相比于土钉墙，将预应力锚索与土钉墙结合，形成的复合土钉墙会保证基坑具备更好的稳定性，达到较好的变形控制效果。

其中预应力锚杆包括锚固段与自由段，通常锚杆杆体为钢绞线。

施工环节，需要向成孔，再进行锚杆杆体放置，最后进行锚杆浆体施工，完成浆体施工后，达到设计强度再进行钢绞线施工预应力张拉。

因为预应力锚杆会经历张拉环节，下层土方开挖前，锚杆就可为其提供相应的支护锚固力，所以这种锚杆存在较强的控制变形能力，同时，在前期张拉过程中可以对锚杆承载力进行预先检验，质量更高。

这种施工方式较为复杂，并且会存在较高的造价，不过因为其具备变形控制能力强、承载能力高的特点，因此在开挖深度大的工程中更加适用。

3.2.3 灌注桩排桩围护墙
基坑工程中，排桩属于较为简单的围护结构，可根据地下水控制要求，在灌注桩的排桩外侧进行隔水帷幕设置。

这种围护形式主要具备以下特点：
（1）造价经济、工艺简单成熟，可获得较高的质量。

（2）无振动，不存在较大的噪声，也不会出现挤土效应，施工过程中，不会对周边环境产生较大影响。

（3）能够按照基坑变形控制要求，对维护桩刚度进行合理调整。

（4）基坑开挖环节，该围护形式属于临时围护体，当确定主体地下室埋置深度及平面位置后，即可进行实际操作。

（5）若工程存在隔水要求，应进行隔水帷幕设置。

结合周边环境、开挖深度与土层深度等要求，科学选用隔水帷幕。

3.2.4 钢板桩围护墙
该围护形式不仅可以挡土，也能起到较好的挡水效果，属于一种带锁口或钳口的热轧型钢，主要特点为：
（1）施工快捷，且具备轻型特点。

（2）完成基坑施工后，可将钢板桩拔除，能够重复利用，存在较好的经济性。

（3）若工程防水要求不高，自身防水即可达到要求，若工程防水要求较高，应进行隔水帷幕设置。

（4）钢板桩不具备较大的抗侧刚度，变形较大。

（5）打入及拔除钢板桩时，会对土体产生较大的扰动，拔除后应进行孔隙回填。

4 基坑北侧支护方案的选择
为确保基坑安全，根据现场条件及几种支护结构适用特点，在钻孔桩受限的区域采用微型钢管桩+复合土钉墙支护方式，这种支护体系具有以下优势：
（1）微型钢管桩桩径小，施工灵活，方便采用较小吨位的吊装设备进行吊装与移动，能够利用复杂地质环境，见缝穿孔，解决大口径支护桩施工碰到的难点。

（2）微型钢管桩本身有较大的钢度和抗剪强度，可承受一定的土体荷载。

钢管内部存在的水泥砂浆，能够避免钢管出现局部屈曲问题。

钢材存在较高的屈服强度，在岩层中植入钢管桩下端，利用预应力锚索拉结作用，能够获得较大的水平抗力，大大减小基坑边坡的整体位移变形。

（3）微型钢管桩与预应力锚索组合形成整体支护效应，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；钢管桩底存在相应的嵌固深度，可有效进行坡底支撑，对基底位移变形进行有效控制。

（4）接缝安全，在长尺寸施工中较为适用。

钢管桩在接头焊接更加方便，在接头位置的焊接强度与母材强度相等，通过大型号钢管切开包络住接头满焊的方式，能够使钢管接头安全性更高。

（5）能够将钢管原材运至场地内，结合施工实际需求，进行现场处理，施工效率更高。

5 北侧基坑支护方案设计
5.1 北侧基坑支护方案
北侧基坑上部采用微型钢管桩+预应力锚索支护。

微型桩采用Q345无缝钢管，成孔直径220mm，钢管直径168mm，壁厚
Copyright©博看网. All Rights Reserved.
23
M ine engineering
矿山工程
6mm，桩间距800mm，桩长9.0m，孔内应采用水泥砂浆充填密实，注浆压力为0.5MPa，孔口返浆后密封管端加压数分钟；桩顶设冠梁，冠梁梁高400mm、梁宽400mm，钢管插入冠梁的长度为350mm，冠梁混凝土标号C30。

设置一预应力锚索，锚索钻孔直径为120mm，采用3束s15.2钢绞线，钢绞线强度标准值为1860N/mm，预应力设计值150KN，抗拔承载力标准值500KN，成孔直径为120mm，总长18000mm（自由段5000mm，锚固段13000mm），水平间距2400mm，水平夹角35°。

下部采用微型钢管桩复合土钉支护，锚杆采用1Φ22螺纹钢制作，使用潜孔锤或螺旋钻成孔，孔斜20°，孔径110mm，锚杆长12m。

锚杆水平间距为1.6m，垂向排距为1.2m～1.6m，最下一排距基坑底1.2m，上下排相互错开呈梅花形。

坡面网筋采用HPB300d8钢筋@250×250，加强筋采用E14钢筋，砼面厚80mm。

喷射砼为C20细石混凝土，配合比水泥：砂：石子=1：2：2。

坡面设置2排泄水孔，埋设规格为D50的PVC管，泄水孔水平间距2.0m，每根长度约0.50m，埋入土钉墙后深度不小于0.30m，周围设置卵石反滤层，外倾角度约15°。

5.2 高压线塔杆及高压变压器支护
在高压线塔杆的基坑开挖侧，设计布置5根全埋式微型钢管桩对塔杆周边岩土体进行加固，选最外侧两端的桩分别预留1条s15.2锚索与高压线塔杆锚固备用。

微型桩采用Q345无缝钢管，成孔直径220mm，钢管直径168mm，壁厚6mm，桩间距800mm，桩长6.0m。

桩顶设冠梁，冠梁梁高400mm、梁宽400mm，钢管插入冠梁的长度为350mm冠梁混凝土标号C30，冠梁顶与地面一致。

高压变压器四周布设全埋式微型钢管桩对周边岩土体进行加固。

微型桩采用Q345无缝钢管，成孔直径220mm，钢管直径168mm，壁厚6mm，桩间距800mm，桩长6.0m。

6 主要的施工技术要求
6.1 微型钢管桩施工技术要求
（1）施工前做好场地平整工作，复核测量基线、基准点及桩位，基点应设置在不受桩基施工影响处。

（2）准确放测桩位，沿轴线及垂直轴线偏差≤50mm，桩径偏差≤50mm，垂直度偏差≤1%，成桩桩顶标高允许偏差值为±50mm。

（3）桩径220mm，内插Q345钢管φ168×6.0mm，管内采用水泥砂浆充填，管外采用纯水泥浆充填。

（4）冠梁施工前，需要将桩顶、桩心上存在的杂物、积水清理干净，同时凿除浮浆，钢管长度应满足实际设计要求。

（5）内插钢管应采用通长成品钢管，原则上不允许拼接。

6.2 锚索施工技术要求
（1）成孔采用泥浆护壁，注浆体强度不低于25MPa，注浆压力为0.5MPa～1.0MPa。

（2）锚索采用s15.2钢绞线，钢绞线强度标准值为1860N/mm，成孔直径为120mm，自由段长5000mm，锚固段13000mm，总长18000mm。

预应力设计值150KN，抗拔承载力标准值500KN，水平间距2400mm，水平夹角35°。

（3）注浆材料选用1：1纯水泥浆，并加入早强剂，采用二次注浆。

（4）施工前需进行锚索试拔试验，数量为总数的1%，按照标准值的1.3倍进行，完工后需进行验收试验，数量不得少于总数的5%。

（5）待砂浆注浆体及压顶梁砼达到设计强度的75%后，才能实施锚索张拉。

（6）锁定锚索前，应进行张拉处理，使之达到标准值的1.3倍，持续15min，随后卸载至零，随后进行再次张拉，达到设计值0.8倍后，开展锁定作业。

7 基坑的变形监测
微型钢管桩区别于钢筋砼桩，无法在砼中安设测斜管及钢管应力计对桩身变形及桩身应力进行监控量测，现场通过开挖过程中沿基坑周边布置监测点对桩体位移进行监测，同时对锚索拉力进行监测，相互复核。

基坑监测点主要监测内容有：支护桩顶部水平、垂直位移；土钉墙顶部水平及垂直位移；深层土体位移；周边建筑及道路沉降；周边管线位移；周边地表沉降；地下水位。

监测频率和监测时间如下：本监测周期为从基坑开挖施工至基坑回填结束。

经过基坑开挖施工，会影响到周边环境，结合本工程实际情况，支护施工过程中，需要保证每天进行1次监测，开挖完成后，变形稳定下应适当延长监测间隔，直至无需支护操作。

8 工艺实施效果
本工程施工过程中，选择微型钢管桩复合土钉墙支护技术，施工效率高，工期短，施工简便，成本低廉，并且不会对周边环境产生较大污染，不用进行放坡处理，占地面积小，在垂直开挖体系中适用性较高，能够更加顺利的开展基坑施工。

并且，在半年时间监测下，发现位移与沉降量均处于合理范围，边坡安全稳定。

从而得出，这一支护体系能够对边坡位移变形进行良好控制，整体稳定性更强，避免出现局部坍塌等不良情况，边坡更加稳定、安全，具备较高的经济与技术优势，可以广泛应用到矿山工程深基坑支护中。

9 结语
各类施工技术不断革新，因此，开展矿山工程基坑支护设计工作时，应做到与时俱进，积极引入新技术，保证施工质量，同时获得更高的施工效率，实现安全施工。

施工方式选择前，相关设计人员需要全面了解工程所在地实际情况，结合地质条件与工程环境进行施工方式的科学选择。

以施工安全为基础，进行不断创新，多种施工方式联合使用下，不断开发新的施工方式，对基坑施工中存在的种种问题进行良好应对。

本文提出的这种支护形式具备较大优势，施工方便，可以有效节约施工材料及成本，能够保证矿山工程深基坑支护施工顺利开展。

（作者单位：江西省勘察设计研究院有限公司）
Copyright©博看网. All Rights Reserved.
24。