微型鋼管樁在殘積土地基處理中的應用淺析摘要微型鋼管樁一般是指直徑為70-300毫米或更小的樁，廣泛用于滑坡防治和地基。基坑、邊坡支護等工程。微鋼管樁結合拋丸支護是一種以xx地區為代表的殘余地基處理的支護手段之一。在該手段中，它不僅將純噴射混凝土的安全風險完美解決，還在一定程度上解決了中風化巖層下的施工難度問題，成為當前認可度高且具有實用經濟的一種支持方法。但由于現在有了一個特殊的微管樁，導致在運用微型鋼管樁的過程中，往往容易忽視純噴射混凝土中所需要的結構計算，使得微型鋼管樁的作用不能發揮到最大價值。因此，本篇報告主要研究微型鋼管樁在實際生活中的應用，闡述了相關理論知識，并以xx工程的案例應用為研究對象，分析微型鋼管樁在殘積土處理中的應用情況以及帶來的意義，以期給微型鋼管樁的應用帶去一些參考。關鍵詞:微型鋼管樁；殘積土地基；應用目錄TOC\o"1-3"\h\u一、緒論 v一、緒論（一）研究背景當前，我國GDP不斷增長，城市建設腳步也不斷加快，使得在密集建筑物與管道交叉的復雜環境下開展地鐵、人防、地下高層建筑及其他地下工程的情況越來越常見，對建筑和施工要求也越來越高，比如：建筑的承載能力。在以往的大直徑預制樁方法中，它不但需要大量的空間，還需要許多大型機械設施，導致在某些區域狹小、空間不足或者環境污染管理較嚴的城市，會受到地域或者區域管理的極大制約。而在目前新型的小型鋼管樁方法中，它不僅施工工期短，而且無需大面積刷坡和挖掘，就可實現施工的正常運行。同時，它在建筑施工過程中機械設備不大,并且在工作時振動小和噪音低。但是，微型鋼管樁的承載能力在二次注漿時，它的承載能力與其同等樁徑的一般灌注樁相比更為穩固。為此，微型鋼管樁成為目前建筑施工單位運用最廣的技術。在微型鋼管樁中，它主要的發展前身是微型樁和鋼管樁。換句話說，它是由鋼管組成的微型樁。而微型樁起源于年1950，是由最初的Lizzi學者所創造的學術名詞，同時受到Fondedile企業的研究和廣泛推廣。對于微型樁的結構而言，它是一種介于70-300毫米之間的微型樁樁徑，而微型樁的長度和細度和小直徑樁相比，明顯高于30，尤其是在一般情況下，微型樁的長度不超過30米。而在樁身方面。它的結構主要可以劃分為三種，第一水泥砂漿；第二小石子混凝土；第三加勁材料。直到1980年，微型鋼管樁才逐漸在我國盛行開來，并被我國相關學者所大量研究，成為我國建筑施工的重點技術之一。但是縱觀國內外學者關于微型鋼管樁復合泥釘支護的相關研究及施工工況，多數結構支持的研究主要集中在基坑設計中的特殊性有關實例報告中，設計方法多以經驗為主，缺乏完整而系統的理論。理論滯后于實踐。由于缺乏理論指導，因此在多數的工程設計環節出現了很多問題，導致基坑開挖過程中易產生變形破壞甚至坍塌危險，對施工單位和施工人員造成無法挽回的后果。此外，基坑的穩定性問題已經引起了廣泛關注。所以急需完善能指導工程實踐有關理論。（二）研究內容依托某一重點工程，本項目基礎方案采用墩基礎，墩底部采用微型鋼管樁處理殘余土基。基于斷裂試驗樁的實測數據，我們正在對微型鋼管樁處理殘余土基礎進行分析研究。本篇報告結構主要分為5大塊，將其結構內容闡述如下。本篇報告的結構主要是研究主題的內外環境、研究主題的意義、研究主題的發展情況、研究主題的方向及研究主題的方式。第一部分為研究環境概述和內容介紹。簡而言之，就是將本篇報告的大致結構簡單的進行總括，以探討在相關概念中的界定，為第二部分的研究做了鋪墊；結合殘積土地基的特點，分析承載力；根據微型鋼管樁應用案例分析其中的關鍵技術，使其在工程實踐中能簡潔應用，對微型鋼管樁處理殘積土地基的構造做好全面分析。（三）研究目的微型鋼管樁具有承載力高、施工速度快、運輸方便、安全性高、施工場地小、布置靈活等特點，一直受到巖溶地基設計和施工的重視。目前，微型鋼管樁的應用歷史較短，關于微型鋼管樁加固巖溶地基的規范或技術書籍很少，相關的研究或理論也很少，人們對它的單樁承載能力、加固后與巖體的共同受力和施工工藝等方面還沒有充分的認識，同時如何充分利用殘積土與微型鋼管樁共同受力，成為節約成本的重要途徑，殘積土地基處理還是作為一種較新的技術，工程實踐還存在著一定的不足，非常需要有一套較為完備的理論與施工技術方案作為理論支撐與技術指導應用于工程實踐。（四）研究意義1.理論意義目前，利用微型鋼管樁處理剩余土基的理論研究較少，相關機理尚不明確，理論滯后于工程實踐：軸承沒有特殊的計算方法或統一的設計規范。單樁的屈服強度和處理后的總承載力，僅依靠現有的設計理論和工程經驗，往往難以保證基礎工程的安全性和經濟效益。微管樁的使用歷史較短，在剩余土基處理中的使用歷史更短。它的承載能力計算、構造要求、施工技術等尚未完全明白，也沒有成熟的計算理論，有必要進行進一步研究，以確定其在殘積土地基處理中可行，對于殘積土地基處理和樁基建設的研究進行相應的開發，在某種程度上具有一定的理論價值。2.現實意義微型鋼管樁直徑較小，強度大，單樁承載力大，易于在巖床上施工，所需施工機械安裝面積小，適用于剩余土基處理等優點，用于加強剩余土基礎的微型鋼管樁可以滿足建筑重載的要求。在工期緊、噪聲控制嚴格、工地狹窄、工地剩余土過多的工程條件下，采用微鋼樁處理殘余土基的效果尤為明顯。通過研究用于加固剩余土基的微型鋼管樁，在鋼管樁商品化、降低施工成本、提高地基安全、維護和諧城市環境等方面發揮了重要作用。二、概念界定（一）微型鋼管樁微型鋼管樁一般為直徑300mm以下、長細比30以上、長度30m以下的現澆樁。樁身主要由水泥（砂）漿或細砌體混凝土和壓力澆注鋼筋組成。微樁放置靈活，可根據項目需要垂直、傾斜、單個或捆綁。Micropile于1930年初誕生于意大利，近年來發展迅速。非常適用于負載較小且分散負載的中小型工業和私人建筑。它也可以用作新的建筑基礎，也可用于現有建筑地基。在狹小的空間和低凈空的建筑工地中，這些好處尤其明顯。當然，構成微型鋼管樁的材料不僅廣泛用于鉆孔灌漿樁，還廣泛用于世界其他地區，例如南亞，但在我國使用不多。所謂微型鋼管樁，實際上是鉆孔樁。其中，它主要由三種技術打造組成，第一微型樁技術；第二鋼管樁技術；第三注漿技術。換而言之，它主要將小型鉆孔準備妥當，再將鋼管插入其中，并向其注入混凝土，以進行高壓注漿，然后使其混凝土澆筑完成的樁頂和各樁相連接，以組成鋼架結構，在漿液凝固完成后，組成一種較為穩固的樁-土復合框架，對于滑坡推力具有明顯的阻礙作用。在該結構中，它不僅綜合了鋼管樁和灌漿技術的所有優點，還具有支撐和注漿等功能。而注漿液的加入，不但可以加強巖石的穩固性，還可以將其轉化為抗滑體。此外，在泥漿凝固成型之后，不但可以讓完全沒有連接的物件連接的更為緊密，還可以提高抗滑坡的能力。因為鋼管微型樁僅依賴自身的力量，所以如果樁距很大時，它的抗滑坡能力就十分明顯，當然它的主要承載力是樁；倘若樁距不大時，可以將結構進行相應調整。將抗滑擋墻作用發揮到最大，當然它的承載力是樁-土復合體。（二）殘積土殘積土是巖石風化后未攜帶后殘留的碎屑和土壤沉積物，風化層稱為殘積土。殘余層逐漸上移至土層，下移至弱風化半風化巖層，土層、殘余層和風化巖層形成一個完全風化的地殼，其分布主要受地形、盆地帶、緩坡帶、裸露地表巖石、強風化裸露地表徑流率控制，分布于平原。殘留的土壤顆粒從表面到深度從細到粗不等。一般無床層，碎屑有棱角，土壤不平整，孔隙率高，強度低，抗壓性高，滲透性強。山坡頂部較薄，低地較厚，巖石風化程度差異較大，殘積土厚度差異較大，工程施工時應特別注意地基土的不平整。（三）地基根據現場施工情況，基礎可以劃分為兩類，第一類為人工基礎；第二類為天然基礎。而基礎下基巖支撐層為基礎的主要部分。它根據不同情況可以采用多種方法對其進行處理以提高地基承載力，但最經濟有效的辦法就是采取一定形式的處理方法進行地基土的相關建設，讓其達到設計使用條件并充分發揮其作用。天然地基指天然狀態下不需要人工加固，就能滿足地基所有荷載的天然土層。這節省了工程成本并消除了手動處理的需要。天然地基是一種天然土層，可直接在其上放置地基，無需進行地基處理，可分為四類：巖石、礫石土、沙土和粘土。人工基礎：經過人工加工或者改良的依據。天然地基承載力低。一般為100-200kN/m。如若建筑標準不達標，那么人工改造計劃是必須實施的。人工基礎可以分為三種類型：（1）不具備穩定條件的軟弱土地基。若地層地質條件良好，承載力較高，在邊坡，沙地，淤泥等地質條件下，或者在地層結構良好的情況下，上荷載過大，承載力較差。三、承載力分析在微型鋼管樁中，如果它為支護樁，那么它就可以很容易地進入硬質層，并且在鋼管對混凝土的徑向限制下，使其鋼管與管內的混凝土共同受到極大的壓力，從而對鋼管樁的整體強度大幅度提高，成為當前使用最廣的技術之一，其優點在于：（1）承載能力強且乘降能力小。對于微型鋼管樁來說，內部鋼管的屈服強度較高，當樁處于持力層位置時，其承載力將更大，而當樁側有孔洞時，泥漿將滲透到樁周土體中，從而形成比樁直徑更大的復合樁，使樁身的強度和側摩阻力增大，以降低樁身的沉陷。（2）具有良好的抗彎能力；由于管內混凝土的存在，減少了鋼管樁局部失穩的可能性，同時因為鋼管樁的存在，使其抗彎曲性能得到改善，因此，這種小型鋼管樁更適用于水平荷載作用下的施工。（3）樁的尺寸設計更具彈性；可依照不同的施工標準，對不同的樁體進行相應的設計，或者直接使用焊接等手段對現場施工過程進行樁長度的調整，以滿足場地需求。（4）施工方式較為多變，干擾源較少且工程量不大；混凝土樁通常具有較大的直徑、同時鉆孔時的排土量也不小，但是在鉆孔過程中會產生較大的震動和干擾。而對于微型鋼管樁而言，它適用于場地較窄、樁徑要求嚴格的建設，并且不需要進行鋼筋籠的加固，就能順利將施工完成。對于大型混凝土灌注樁來說，所需的旋轉鉆機往往占用較大的場地。由于小型鋼管樁具有體積小、進場容易、質量輕、便于搬運、堆放等優點。所以，可將其應用于實際工程中，發揮其最大價值，達到節約成本，按時交付，完美解決施工中出現各種問題的目的。（一）主要特性分析樁群內有1根樁基礎叫基礎樁，有3根以上基礎樁構成的多樁基礎叫樁群基礎，已有工程經驗，理論分析及模型試驗均證明。1根基礎樁總承載力并不等于群樁中1根樁總承載力，1組樁總荷載除以1根樁總荷載計算結果也并不等于1根樁總承載力；這是由于樁體共同受力時樁體間應力相互疊加而產生的。這就是群樁效應。本文通過對某一具體實例進行計算分析，討論了影響樁土共同作用效果的因素以及各種情況下的規律。樁基方面，基礎樁承載力，沉降變形以及端部抗應力等級均明顯不同于單樁承載力等級。所以，有必要研究其承載機理。目前常用的分析方法包括極限平衡法和有限單元法等。其中最重要的方法是有限單元法對樁進行計算分析。本文僅討論兩種計算方法的比較問題。不同樁基其工作特性及荷載傳遞方式各不相同。認為可以將樁群基礎劃分為摩擦樁群與繼承樁群2類，其主要差異如下：摩擦樁承載力包括橫向摩擦阻力與橫截面阻力兩部分，橫向摩擦阻力占主要地位，而橫截面阻力較小甚至可忽略。目前國內外學者對摩擦樁研究普遍側重于在豎向荷載作用下樁體側向位移及水平承載特性方面。因此，本篇報告使用數值模擬方法和理論分析方法，對摩擦樁進行了深入系統的研究。摩擦樁機理比較復雜，單樁摩擦阻力會對樁周地面施加附加應力，向四周地面傳播，應力變為樁周距離。當樁間距較短時，各樁的擴散應力引起應力疊加現象，樁間土的質量受力，樁底應力大于應力。它會從單樁傳輸到基礎土壤上。由以上分析可知，摩擦式樁群的受壓變形大于單樁，摩擦式樁群基礎承載力等于各單樁的承載力之和，但值得強調的是，認為只有摩擦樁才有樁效應是不全面的。在中長基巖樁中，樁側土的摩擦阻力產生的承載力也占了相當大的比重，通過樁側阻力擴散的應力也會引起應力疊加現象，應力樁群效應，這時就需要根據樁群效應考慮承載力和變形量。（二）承載力分析從灌漿微樁的施工工藝來看，灌漿微樁經過加壓穩定后再形成終樁，其原樁壁和周邊土層有較好的接觸。由于采用高壓水槍沖洗或機械清孔方法對樁基進行處理，使樁體形成一個封閉空間。然后用化學漿液將其填滿，這樣就可以減少鉆孔工作量、縮短施工時間并提高成樁質量。灌漿是強行澆筑，使樁體一側和樁體四周土壤有很好的接觸。同時水解水化，黏土顆粒及水泥水化，水泥漿碳化等作用進一步增強注漿微樁對注漿周邊土體黏結作用。改良了土壤。靜態灌漿結束時，多數灌漿推到樁體之間土壤孔隙。當壓力一定時，灌漿流方向為阻力最小方向，填充樁之間的土壤間隙。隨著密度的增加和地基土的承載力的增加。對于人工路堤和沙質土壤尤其如此。此外，當鋼管內部的水泥漿固化后，它可和鋼管內壁進行充分結合，從而組成復合體，即鋼管混凝土。當然，如果水平方向的作用力對鋼管混凝土產生壓力，則鋼管混凝土的抗彎優勢就可以明顯發現。至于鋼管在一定程度上限制鋼管內部水泥漿料的能力，其整體抗彎強度比普通混凝土要高，同時也加強了鋼管樁的整體抗彎強度。根據中信建設安哥拉項目的實際數據，注漿微樁處理后的基礎樁間土體強度普遍提高10%~30%。（三）耐久性分析眾所周知，即使鋼被放置在空氣中，久而久之還會出現一些氧化以及腐蝕生銹等現象，即對鋼材產生腐蝕。因此，必須對鋼鐵進行防蝕處理。防蝕方法很多，如涂裝防腐、電鍍防腐、有機涂層等。鋼鐵腐蝕有電化學腐蝕，機械磨損腐蝕，生物腐蝕以及純化學腐蝕等，但是在上述腐蝕中，可明顯發現大部分為電化學腐蝕，也就是在腐蝕過程中產生的微小電流。鋼的腐蝕形式可以分為全面腐蝕與局部腐蝕兩種。其中全面腐蝕根據其表面腐蝕是否均勻可以劃分為均勻與非均勻兩種類型，但是局部腐蝕形式多樣，同時局部腐蝕又具有各種形狀，可以劃分為選擇性腐蝕，點蝕，潰瘍狀腐蝕，晶間腐蝕等類型、穿晶腐蝕等等。無論微型鋼管樁發生何種腐蝕，通過減小鋼管的壁厚，鋼的能力管樁承受的載荷降低。用于處理巖溶地基的微型鋼管樁完全置于基巖中，巖溶溶洞充填、水、空氣等環境較為復雜。根據有關規定，經微鋼樁處理的地基設計使用壽命不得短于上部結構的設計使用壽命。加強微鋼樁的防腐是提高其設計使用壽命的重要手段。微型鋼管樁的主要防腐措施包括提高耐蝕性、外表面涂防腐層、涂防腐水泥漿、電極防腐等。1.增加腐蝕余量增加腐蝕容限的基本原理是在設計時預先計算出鋼管樁在設計使用壽命內的腐蝕壁厚，考慮到實際施工中鋼管的腐蝕，使用的微型鋼管樁的壁厚會比理論計算的厚，實際鋼管壁厚與理論計算的鋼管壁厚之差即為附加腐蝕公差。腐蝕公差厚度在通常情況下，腐蝕公差厚度＝本地鋼材的年腐蝕?鋼材使用時長。其中腐蝕公差是微鋼管最常用的防腐方法，具有計算方便、結構方便、效果明顯等優點。2.外表面涂防腐層為使微型鋼管樁受到良好的保護，且不被其他物質所腐蝕，可將其表面涂抹涂料噴，以保護鋼管樁，這種方法稱為外涂層法，工程鋼管樁通常使用防腐涂料為氧煤焦油。這種涂料有良好的防蝕性能和施工簡單等優點，然而，該涂料也存在致命缺陷，譬如：成本價格昂貴，使用時間不長等。如果地下水充足或者含腐蝕因素較大時，還可以使用富鋅或者環氧煤焦油涂料噴涂鋼管樁防腐。但是，在處理巖溶地基的微型鋼樁的情況下，必須將鋼管樁成孔然后吊起，使其造成一定的摩擦現象，所以涂層的選擇具有優異的耐磨性，這需要一種兼具特性和可剝離性的涂層。此外，涂層不能降低鋼管樁成樁后的側向摩擦力，對涂層的影響更為嚴重。3.水泥漿包覆防腐在普通混凝土中，只要隨意加入帶有抗腐蝕性的其它元素，就可形成高抗腐蝕性能的混凝土，將它應用于鋼管微樁的外壁，便可形成良好的防腐效果。在添加其成分的過程中，可采用兩種方法，第一將鋼管樁頭打入土前，再將水泥澆注在鋼管上。第二在鋼將鋼管樁頭打入土后，將其周圍進行混凝土的澆灌，并在鋼管上增加一層金屬網片，使得鋼筋與混凝土的整體強度得到加強，從而避免了混凝土的剝落。其中該混凝土厚度通常為60毫米。4.電極防腐鋼管樁金屬體電子丟失是由于微型鋼管樁金屬體內部局部產生陽極與陰極電位差所致。電極防銹法就是在金屬體中通過電流，電流在局部電池陰極上流動時，由于電子間存在電位差，金屬陰極表面極化減弱。從而使整個電化學過程減弱并最終導致失效，但這種方法在海洋環境中使用較多。5.其他防腐措施。添加其他金屬使耐腐蝕低合金鋼耐腐蝕，耐腐蝕金屬覆層耐腐蝕，套管耐腐蝕等。這些措施處理起來很麻煩，鋼管樁需要專門準備，價格昂貴，而且不利于在巖溶地基處理中推廣。四、案例運用（一）工程概況中信施工安哥拉項目部為安哥拉擬新建10萬套住宅工程，占地約10.6km2。擬建場址在盧班戈市東北齊倫巴區，地形單元屬威拉高原、微地形為斜坡。整個地塊地勢平坦開闊，土壤肥沃且排水良好，適宜于種植農作物和牧草等作物。擬建場巖性以花崗巖及花崗巖殘土為主。通過野外調查及室內試驗發現，該花崗巖殘余物厚約3.00米～5.50米，以紅褐色礫石，粉質黏土及粉砂為主。干燥狀態的基性土壤具有較高強度和良好的構造，但是經加濕及水的浸泡作用而軟化解體。（二）地基處理1、增強抗剪性。建筑物基礎在施工階段會發生不同程度的變形，使其具有一定的抗彎能力和抵抗水平力的能力，從而降低了對地基土穩定性的要求，甚至出現不均勻沉降。基礎剪切破壞主要體現在建筑基礎承載力的不足以及土方開挖，鄰近基礎高程或者基坑高程處的結構不穩定或者邊坡不穩定等方面。基坑底部在掘進期間。所以為了防止剪切破壞要采取措施來增加基礎地面抗剪強度。2、增加可壓縮性。（1）增加孔隙比和改善土體性質。（2）控制地下水位是保證基坑開挖安全、合理進行支護結構施工的重要措施之一。（3）選擇適當的圍護結構形式及材料。地基高壓縮性表現為建筑物大范圍沉降和沉降不同，要采取措施增大地基土壓縮系數。3、改善基礎滲透性。許多情況下，地下水是導致工程事故的主要原因之一。為了防止雨水滲透，必須采取措施以增加基土的滲透性。但是，要想取得明顯效果還需要進行大量的試驗工作。地基的滲透性主要體現為大壩，房屋等基礎的地基滲漏，基坑開挖形成了相似的紗線與管道。所以需要考慮讓基土不透水或者減小水壓等應對措施。4，動態特性的提高。研究了不同密度粉砂層對地震動反應譜曲線及峰值加速度的影響規律。基礎的動力特性顯示粉末與沙在地震作用下發生了液化。交通荷載或樁基礎引起鄰近地基的振動與沉降。為此，需要綜合考慮預防地基土液化，改善振動特性以及增強地基抗震性能等方面的措施以制定應對措施。5.改良貧瘠土壤性質，主要指對黃土塌陷、膨脹土脹縮等現象的消除或者減輕。這類工程通常包括：加固地基，改良土體物理力學特性等內容。在施工過程中經常會出現這樣那樣的問題。若這些屬于基礎治療且基礎堅實，則應結合實際情況選用適當治療方法。（三）關鍵技術主要方法：使用旋轉鉆鉆孔。施工順序：定位布置→鉆機垂直度調整→鉆孔至設計深度→完成鉆孔（孔口保護）。主要技術措施：開挖定位后，架設開挖機時注意保護開挖定位標記，并檢查（開挖）。軸心與套管孔重合后，即可將軸鉆入孔內。圖4.1微型鋼管樁現場施工圖(2)鉆孔時，要經常測量機器的水平度，檢查鉆具的垂直度。(3)鉆孔孔徑為91mm以上，孔位誤差為50mm以下，深度誤差為100mm以下。圖4.2插入鋼筋施工圖(4)鉆孔后，要對孔進行適當的保護。（四）效果評價中信建設安哥拉項目部剩余土基采用微鋼管現澆樁施工，得出以下結論：1、殘積土作業不影響周邊環境，直接在狹小空間進行作業，有效管理環境，不破壞地基。同時對舊地基進行一定程度的加固，節約能源成本，縮短施工時間，保證質量。2、該工程用時較長，基本上達到了設計和使用的要求，并取得了良好的成效。然而它卻擁有以下問題：①在軟弱土層中鉆孔時出現漏漿現象；②由于對特殊地層條件認識不足或不重視造成樁基承載力偏低；③單樁豎向抗壓能力較低；④小型鋼管灌注樁通常都是“小直徑，高強度”的樁型。穿透力大，樁徑細小，便于施工，適合狹窄施工場地，地下復雜地質結構及新型樁型場地。3、由于試驗樁均為加筋工程樁，樁的承載力根據某一工程所需的變形條件確定。4、由于只是在當時現場的情況下慎重考慮，只能采用這種方法。通過對施工過程的有效管理和施工后對周圍環境的監測，該技術已經完成了應該達成的目標。五、結論隨著我國GDP的飛速增長，社會的發展也十分迅速。在地下工程中，不可避免地要面臨基坑支護問題。由于施工場地較窄，基坑開挖深度較