深基坑微型鋼管樁復(fù)合土釘墻支護(hù)體系方案設(shè)計(jì)與施工

摘要：本文介紹了某工程基坑支護(hù)的方案選擇、設(shè)計(jì)和施工過(guò)程，微型鋼管樁+預(yù)應(yīng)力錨桿+土釘墻的復(fù)合土釘墻支護(hù)體系在實(shí)際工程中取得的比較理想效果，說(shuō)明其在深基坑支護(hù)中具有較大的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：深基坑支護(hù) 土釘墻 微型鋼管樁

近年來(lái)我國(guó)隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)和城市建設(shè)建設(shè)的快速發(fā)展，地下工程愈來(lái)愈多。大量深基坑工程的出現(xiàn)，促進(jìn)了設(shè)計(jì)計(jì)算理論的提高和施工工藝的發(fā)展，對(duì)基坑工程進(jìn)行正確的設(shè)計(jì)和施工，能帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，對(duì)加快工程進(jìn)度和保護(hù)周圍環(huán)境能發(fā)揮重要作用。

目前北京地區(qū)深基坑支護(hù)采用的方法為土釘墻和護(hù)坡樁兩大類。土釘墻支護(hù)最大特點(diǎn)就是經(jīng)濟(jì)造價(jià)低，施工方便，但土體位移稍大，因此在邊坡位移無(wú)特殊要求的地方廣泛采用。護(hù)坡樁支護(hù)最大優(yōu)點(diǎn)是控制位移能力強(qiáng)，但投入大，成本高，施工復(fù)雜。

本文以工程實(shí)例介紹一種新的支護(hù)方法：微型鋼管樁+預(yù)應(yīng)力錨桿+土釘墻的復(fù)合土釘墻支護(hù)。其施工便利，造價(jià)介于護(hù)坡樁與土釘墻之間，對(duì)控制邊坡位移變形、增強(qiáng)整體穩(wěn)定性、保證邊坡開(kāi)挖過(guò)程中不發(fā)生局部坍塌等具有很好的作用，大大提高了邊坡的安全穩(wěn)定。特別是對(duì)填土厚度大、放坡坡度小、周邊有建筑物或地下管線等的邊坡支護(hù)，具有常規(guī)土釘墻和護(hù)坡樁無(wú)法相比的優(yōu)勢(shì)。

1工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

本工程場(chǎng)地位于北京市海淀區(qū)海淀南路南側(cè)，稻香園橋東側(cè)，西側(cè)為在建的海潤(rùn)大廈，東臨中信國(guó)安數(shù)碼港。擬建建筑物總面積51437平方米，地上最高20層，地下3層，結(jié)構(gòu)形式為內(nèi)筒外框，基礎(chǔ)形式為筏基。實(shí)際開(kāi)挖深度為15.00m。

1.2工程地質(zhì)條件

根據(jù)《巖土工程勘察報(bào)告》基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)，地層按成因年代劃分為人工填土層、第四紀(jì)沉積層。按巖性、工程性質(zhì)指標(biāo)對(duì)地層細(xì)分見(jiàn)表1。

2基坑支護(hù)方案的選擇

由于本工程基坑周邊條件非常復(fù)雜，必須針對(duì)各部位的實(shí)際情況進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)。本文選取有代表性的基坑?xùn)|側(cè)的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹，該部位緊鄰已建中信國(guó)安數(shù)碼港，其基礎(chǔ)埋深約15m，與本基坑相同，其本身荷載不會(huì)對(duì)本基坑邊坡造成直接影響，但距離太近，最近處僅6.0m左右，對(duì)本基坑邊坡支護(hù)帶來(lái)困難。如采用護(hù)坡樁支護(hù)，樁本身的自重很大，而樁后的土體又比較窄，不能給錨桿提供足夠的有效摩阻力，從而，無(wú)法保證樁本身的穩(wěn)定且施工工期長(zhǎng)，影響土方開(kāi)挖的進(jìn)度，因此不宜選擇。施工場(chǎng)地狹小，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)放坡可能。因此設(shè)定基坑?xùn)|側(cè)南段采用微型鋼管樁+預(yù)應(yīng)力錨桿+土釘墻的復(fù)合土釘墻支護(hù)。這種支護(hù)體系具有以下優(yōu)勢(shì)：

① 增加鋼管樁能增強(qiáng)邊坡的整體穩(wěn)定性，有效控制邊坡的沉降變形；② 能夠控制每步土方開(kāi)挖期間的邊坡穩(wěn)定，防止局部邊坡土體坍塌；③ 能夠有效分散個(gè)別土釘失效而產(chǎn)生的集中應(yīng)力，形成整體支護(hù)效應(yīng)；④ 在鋼管樁頂設(shè)置連系梁和地面設(shè)置錨樁能有效控制坡頂?shù)奈灰谱冃?；?樁底具有一定嵌固深度，能適當(dāng)加強(qiáng)坡底支撐，控制其基底位移變形；⑥ 通過(guò)樁頂錨拉、槽底支撐和中部預(yù)應(yīng)力錨桿，分段對(duì)邊坡進(jìn)行控制，大大減小了邊坡的整體位移變形。

3 基坑支護(hù)方案設(shè)計(jì)

3.1計(jì)算方法

由于微型鋼管樁屬于土釘墻支護(hù)中的超前支護(hù)，且屬于柔性支護(hù)體系，在設(shè)計(jì)計(jì)算中仍采用土釘墻的理論進(jìn)行計(jì)算。在土釘施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上大致確定土釘?shù)拈L(zhǎng)度，采用BISHOP條分法進(jìn)行土釘墻穩(wěn)定性分析，據(jù)此對(duì)初設(shè)值進(jìn)行修正?？紤]施工車輛的行走及少量施工材料的堆載，選取地面荷載10KN/m2。

3.2土釘計(jì)算參數(shù)及條件

放坡高度=15.00 m，放坡角度=90°，滿布荷載值= 10.00 KN/m2，坡頂條形荷載值=360.00 KN/m2，條形荷載左端點(diǎn)距坡面及坡頂交點(diǎn)的距離=9.00 m，條形荷載寬度= 40.00 m，條形荷載深度= 14.00 m， 土釘水平間距= 1.500 m。假定設(shè)計(jì)土釘、錨桿共計(jì)9排，基本參數(shù)見(jiàn)表2。

3.3土釘計(jì)算結(jié)果

根據(jù)土坡穩(wěn)定安全系數(shù)

計(jì)算得出：在設(shè)置土釘墻后，滑弧與坡面交點(diǎn)位于坡腳之上；邊坡的整體穩(wěn)定性安全系數(shù)為3.11，大于規(guī)范規(guī)定當(dāng)基坑深度大于12m時(shí)，整體穩(wěn)定性按全系數(shù)1.4，滿足要求。

各排土釘?shù)脑敿?xì)計(jì)算結(jié)果及選用的鋼筋或鋼絞線見(jiàn)表3和圖1。

3.4面層設(shè)計(jì)參數(shù)

面板為現(xiàn)場(chǎng)噴射混凝土而成，混凝土強(qiáng)度為C20，厚度8cm，中間掛Φ6.5@250×250編制的鋼筋網(wǎng)，外配Φ16橫向加強(qiáng)筋與所有土釘頭相連。

3.5微型鋼管樁支護(hù)參數(shù)

（1）樁徑130mm，樁長(zhǎng)16.5m（嵌固深度2.0m），樁間距0.75m，樁內(nèi)置入鋼管直徑為80mm。樁頂位于地面下0.5m。

（2）鋼管內(nèi)外灌注無(wú)砂混凝土。樁頂做簡(jiǎn)易帽梁，尺寸為400 mm×300mm，內(nèi)配置4Φ16鋼筋，φ6.5@250mm箍筋。

（3）兩根鋼管之間用4根20cm長(zhǎng)的Φ16螺紋鋼筋幫焊，成孔后下入鋼管。

圖1實(shí)際支護(hù)參數(shù)圖

4.1鋼管樁施工工藝流程

平整場(chǎng)地——測(cè)量放線——鉆孔——下鋼管——灌水泥漿——投入碎石——振動(dòng)成樁——養(yǎng)護(hù)

⑴．平整場(chǎng)地：在鋼管樁施工前進(jìn)行場(chǎng)地平整，以保證測(cè)量放線準(zhǔn)確和鉆機(jī)就位鉆孔。

⑵．測(cè)量放線：場(chǎng)地平整后按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行樁位放線，樁位誤差小于100mm。

⑶．鉆孔：鋼管樁鉆孔采用MG50型錨桿鉆機(jī)，鉆孔連續(xù)進(jìn)行。

⑷．下鋼管：鋼管直徑為80mm（內(nèi)徑81mm，外徑89mm），每根長(zhǎng)度6m，鋼管之間用4根20cm長(zhǎng)的Φ16螺紋鋼筋幫焊，成孔后下入鋼管。

⑸．灌水泥漿：在鋼管下端打上滲漿孔，鋼管上端位于地面；將注漿管從鋼管中插入孔底，開(kāi)始注入水泥漿（水灰比為0.5～0.6），待漿液上升到孔口時(shí)停止注漿。待碎石投入完成后從孔口進(jìn)行補(bǔ)漿。

⑹．投入碎石：從鋼管內(nèi)、外投入碎石，碎石粒徑5 mm～10mm。

⑺．振動(dòng)成樁：邊投碎石邊用注漿管上下移動(dòng)和用鐵錘振動(dòng)鋼管，使碎石將鋼管內(nèi)、外的空隙充填滿。

⑻．養(yǎng)護(hù)：鋼管樁施工完成后應(yīng)養(yǎng)護(hù)48小時(shí)以上方可開(kāi)挖邊坡進(jìn)行土釘墻支護(hù)。

4.2土釘墻施工工藝流程

邊坡開(kāi)挖——修坡——放線定孔位——成孔——插筋入孔——堵孔注漿——二次注漿——綁扎、固定鋼筋網(wǎng)——噴射混凝土面層——混凝土面層養(yǎng)護(hù)——循環(huán)下層土釘施工

5基坑變形監(jiān)測(cè)

根據(jù)《基坑土釘支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（CECS96：97），本工程邊坡位移的預(yù)警值應(yīng)為45mm。為安全起見(jiàn)，本工程設(shè)定預(yù)警值30 mm，在土釘墻坡頂和樁頂帽梁同時(shí)設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，這樣的預(yù)警值能夠較早的采取預(yù)防措施。

在坡頂和樁頂帽梁邊緣按照不大于30m的間距布設(shè)位移觀測(cè)點(diǎn)，以便對(duì)其基坑變形進(jìn)行觀測(cè)，在施工期間每天進(jìn)行一次觀測(cè)，直至基槽完工。以后可7～10天觀測(cè)一次，至變形穩(wěn)定為止。其間可根據(jù)施工進(jìn)度和變形發(fā)展隨時(shí)加密觀測(cè)次數(shù)，如發(fā)現(xiàn)變形異常，應(yīng)及時(shí)停止基坑內(nèi)作業(yè)，分析原因，采取還土、坡頂卸載等加固措施，確保邊坡安全。

目前基礎(chǔ)工程已施工完畢，經(jīng)過(guò)半年多的邊坡監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果邊坡坡頂最大位移值25mm，無(wú)局部塌陷發(fā)生，證明微型鋼管樁+預(yù)應(yīng)力錨桿+土釘墻的復(fù)合土釘墻支護(hù)能有效控制坡頂變形，邊坡安全穩(wěn)定。

6結(jié)束語(yǔ)

該工程采用微型鋼管樁+預(yù)應(yīng)力錨桿+土釘墻的復(fù)合土釘墻支護(hù)體系經(jīng)過(guò)半年多的邊坡和沉降監(jiān)測(cè)，邊坡安全穩(wěn)定；邊坡施工實(shí)際工期42天，如采用護(hù)坡樁支護(hù)計(jì)劃工期57天，節(jié)約工期15天；與同等條件下的護(hù)坡樁相比，可節(jié)約造價(jià)約30%左右。以上數(shù)據(jù)說(shuō)明復(fù)合土釘墻邊坡支護(hù)體系無(wú)論在技術(shù)上還是經(jīng)濟(jì)上都具有明顯的優(yōu)勢(shì)，在未來(lái)會(huì)有很大的發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)

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[3]《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-2002；

[4]《深基坑工程設(shè)計(jì)施工手冊(cè)》龔曉南，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1998年。