結合實例對攪拌樁復合土釘墻施工技術分析

鐘瑞才

摘要:近年來,土釘墻基于其明顯的價格優(yōu)勢和方便快速的施工特性,在軟土地區(qū)淺基坑中的應用越來越廣泛。本文結合軟土地基的特點及某工程地質(zhì)條件,確定了采用復合土釘墻圍護的施工方案,并對其施工工藝及方法作了介紹,經(jīng)基坑動態(tài)監(jiān)測,取得了較好的施工效果。

關鍵詞:工程概況;復合土釘墻;施工工藝;支護

1 工程概況分析

某工程為3 幢高層住宅樓,一字形排開,均有一層地下室,基坑開挖深度5.7m,因3 幢樓相互距離較近,采用一個長115m、寬35m的大基坑,該工程的地質(zhì)條件如下。①雜填土,由雜色粘性土與煤渣、碎石和碎磚組成,厚度0.60～3.40m。②褐黃色粉質(zhì)粘土,可塑～軟塑,局部夾薄層粉砂,見鐵錳斑點,厚度0.20～2.40m,w= 30%,γ=19kN/m3,c=20kPa,φ=15°。③灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土,流塑、飽和、高壓縮性,厚度3.50～5.00m,w=44%,γ=18kN/m3,c=7kPa,φ=12°。④灰色淤泥質(zhì)粘土,流塑、飽和、高壓縮性,厚度5.40～11.00m,w=50%,γ=17kN/m3,c=9kPa ,φ=7°。⑤灰色粘土,軟塑,高、中等壓縮性,厚度6.00m以上,w=35%,γ=18kN/m3,c=10kPa,φ=13°。本工程四周緊鄰建筑物及道路,最近處3m左右,并有煤氣、電纜等各種管線?；拥撞课挥诘冖蹖油?與土釘共同受力的土體為第③、④層土。

2 支護方案

由于場地第③、④層土是高壓縮性、低滲透性的淤泥質(zhì)土,含水率高(w=44%～50%) ,土的粘聚力低(c=7～9kPa),垂直滲透系數(shù)小(10-7～10-8cm/s),若采用常規(guī)的土釘支護技術,必然存在下述問題:土釘與周圍土體之間的界面粘結力小,抗拔力低;土釘成孔時孔壁坍塌;基坑開挖后難以自立,出現(xiàn)滲水、坍塌;土層與噴射混凝土面層粘結強度低,難以施工等。采用攪拌樁加土釘墻的復合土釘墻工藝,利用攪拌樁體良好的抗?jié)B性和一定的強度,解決基坑開挖后臨時無支撐條件下的自立性、隔水性,使其能立即施做噴射混凝土土釘支護,同時也避免了土釘支護無插入深度的問題。另外,改桿狀土釘為管狀土釘,直接擊入周面帶孔的鋼管后壓力注漿,避免了成孔時易塌孔的難題,漿液透過壁孔滲入周圍土體,與周圍土體粘結,固結為較為完整的整體,提高了管狀土釘?shù)目拱瘟?。本工程基坑開挖深度5.7m,采用直徑700mm的單排攪拌樁,相互搭接100mm,樁長12m。邊坡土釘上下共5排,長度依次為6m、12m、9m、9m、6m,水平、豎向間距均為1m,呈梅花形布置,傾角10°,頂部土釘距地面1.5m,土釘均采用直徑48mm的鋼管。施工順序先施工兩邊的1號、3 號樓,待地下室施工結束后,再開挖中間的2號樓。

3 施工流程

攪拌樁施工v基坑內(nèi)井點降水v開挖第一層土方v整修邊坡v噴射第一層混凝土v制作、安放土釘v注漿v掛面層鋼筋網(wǎng)v焊土釘端部加強筋v噴射第二層混凝土v養(yǎng)護v開挖第二層土方v重復上述流程,直到坑底。

4 軟土條件下土釘墻施工要點

降水配合土方開挖與土釘支護同步進行。降水深度在基坑開挖面以下0.5m,以消除基坑底部向上的涌水并使基坑內(nèi)土體的含水量疏干,減小土的流變變形。土方開挖分層、分區(qū)、分塊、分段,抽槽開挖,隨挖隨支,各層開挖深度控制在本排土釘高度以下0.3m,嚴禁超挖,同一層每兩個施工段之間預留平衡土體,充分利用基坑開挖的空間效應及飽和軟弱地層變形的時間因素。改桿狀土釘為管狀土釘,并增加密度、長度,采用直徑48×3.5mm的鋼管,水平、豎向間距1m,頂部及底部土釘長度為1.0H,中部土釘長度1.5～2.0H,鋼管前端做成封閉尖形,端部1/3長度范圍內(nèi)按梅花形設間距15～20cm的直徑10～15mm出漿孔, 借助普通風鎬振動將鋼管土釘植入土層至設計長度,沿鋼管全長每隔0.5～1.0m焊接環(huán)形倒刺,利用環(huán)形倒刺擴出直徑約10cm的圓柱形松散土體空間,以利注漿并可增加注漿量和錨固力,環(huán)形倒刺還能增加鋼管與凝固體的摩擦力。注漿質(zhì)量是保證土釘抗拔力的關鍵。應嚴格控制注漿液配合比,并摻加高效減水劑、早強劑,以保證漿液的流動性并提高早期強度,使土釘早日進入工作狀態(tài)。采用土釘?shù)撞孔{,將注漿管插入鋼管孔內(nèi)距孔底20cm左右。注漿至漿液溢出土釘鋼管口時,即在鋼管口設置止?jié){袋進行高壓注漿,注漿壓力0.4～0.6MPa,穩(wěn)壓5min后將注漿管拔出30～50cm,再高壓注漿并穩(wěn)壓5min。在鋼管端部布孔范圍內(nèi)重復上述步驟, 進行高壓間歇性反復注漿。在布孔范圍之外,邊高壓注漿邊緩慢勻速撤出注漿導管,注漿壓力保持在0.4～0.6MPa。

上述注漿工藝使?jié){液在一定的壓力下通過鋼管預留孔壓入地層中,并向土體滲透、擠壓和劈裂原狀土,對原狀土進行置換和加固,顯著提高了軟弱土層的綜合力學性能指標,從而大大增加了土釘?shù)目拱瘟?。面層鋼筋網(wǎng)隨開挖分層設置,兩層之間的豎向鋼筋宜采用焊接接頭,土釘端部與加強鋼筋、鋼筋網(wǎng)及井字架相互焊接,以增強整體剛度。其各自位置由里向外依次為:鋼筋網(wǎng)v水平加強筋v端頭井字架墊塊。焊接后立即進行噴射混凝土作業(yè)。面層混凝土強度等級不低于C20,碎石粒徑不大于15mm,砂采用不大于2.5mm的中細砂,混凝土配合比為水泥∶砂∶碎石=1∶2.5∶1.5,水灰比為0.4～0.5,摻2%的早強劑。當坑壁土質(zhì)較差時,應采用兩次施噴工藝。土方開挖、修整邊坡后先噴一層,使作業(yè)面形成一層硬殼保護層,以保證其他工序進行?？颖谕临|(zhì)較好時,可在掛網(wǎng)后一次噴射成型。噴射順序自下而上,從開挖層底部開始向上施噴,以防止噴射混凝土自重懸吊于上層土釘而增加上一層土釘?shù)暮奢d。面層混凝土終凝2h后灑水養(yǎng)護。下層土方在上層土釘完成注漿2d,面層噴射混凝土完成24h以后方可進行。必須設置良好的排水系統(tǒng),以防地表水滲透對噴射混凝土面層產(chǎn)生壓力,降低土體強度和土體與土釘之間的界面粘結力?；禹敳康孛鎽龌炷磷o頂,并用水泥砂漿堵塞所有縫隙,將基坑邊緣地面墊高,以防地表水注入基坑。在邊坡底部,噴射混凝土面層應插入坑底下200mm。每層作業(yè)區(qū)和坑底設置排水溝和集水井,用潛水泵及時將積水排除,以免浸泡坑壁。強調(diào)動態(tài)設計和信息化施工,施工過程中要加強監(jiān)測并將監(jiān)測的位移、沉降等數(shù)據(jù)與設計允許值作比較,對基坑邊坡的穩(wěn)定性作出全面的判斷,必要時還應及時修改設計或采取相應的加固措施。

5 基坑監(jiān)測

為隨時掌握邊坡的變形和穩(wěn)定狀況, 以利及時進行反饋設計, 在土釘墻和基礎施工中應進行全過程跟蹤監(jiān)測。監(jiān)測的項目有邊坡的水平位移、垂直沉降及周圍建筑物、地下管線的沉降。沿基坑四周間距10～15m布置監(jiān)測點,用精密經(jīng)緯儀、收斂計監(jiān)測邊坡水平位移,用精密水準儀監(jiān)測垂直沉降。支護施工階段每天監(jiān)測3次;完成基坑開挖,變形趨于穩(wěn)定時每天監(jiān)測2次;地下室基礎底板施工結束后每天監(jiān)測1 次,直至整個基坑回填結束為止。本工程測得邊坡水平位移平均值8.8mm,最大值19mm,沉降量平均值7.8mm,最大值14mm,周圍建筑物及管線平均沉降2.8mm。

6 基坑坍塌原因分析。本工程原安排先施工兩邊的1號、3號樓,待兩樓地下室完成后再開挖2號樓。實際施工時由于工期緊,在1號樓施工至基礎底板綁扎鋼筋及3號樓基礎底板混凝土澆筑完成后即開始開挖2號樓土方。2號樓挖第④層土時,坑壁第③層土釘以下部位發(fā)生塌方,坑邊沉陷,攪拌樁折斷。針對此情況立即在坑內(nèi)拋填塊石、粘土等, 用履帶式挖掘機碾壓,并對基坑側壁進行壓密注漿加固,及時排除了險情。分析事故發(fā)生的原因如下。2號樓土方提前開挖,且挖第④層土時未按每層挖深1m,每段開挖長度10m左右的要求進行,而是按1號、3號樓基坑的底標高將長30余m的基坑一次挖完,深度達2m,嚴重超挖。2號樓開挖前,坑邊為成品鋼筋堆場,根據(jù)開挖所揭示的地層情況看,堆場部位原為暗浜,由于土質(zhì)差、荷載大, 堆場混凝土地坪開裂沉降, 雨水及地表水滲入使土質(zhì)含水量大大增加,強度低、墻體薄的單排水泥攪拌樁在土壓力和急劇上升的水壓力作用下被折斷,造成塌方?？舆叧善蜂摻疃褕鲇胁糠咒摻钗醇皶r運走,增加了坡頂荷載。

7 工程造價分析

與土層錨桿及重力式水泥土攪拌樁相比,土釘墻是一種安全經(jīng)濟的基坑支護方案。在上海地區(qū),開挖深度6m左右的基坑采用重力式水泥土攪拌樁平均造價700元/m2,采用攪拌樁加土釘墻平均造價500元/m2,可節(jié)約投資28.6% 以上。土層錨桿是靠其對面層的錨拉約束土體的變形,從而起穩(wěn)定邊坡的作用;而土釘是靠有效的密度和長度來改善土體的結構,充分利用了土體的自承能力;錨桿則相對稀疏,不能像土釘一樣起改善土體結構的作用,是一種被動的支護體系。土釘墻是一種主動的加固體系。兩種作用機理的不同是土釘墻比錨桿造價低的內(nèi)在原因。

重力式水泥土攪拌樁是采用攪拌樁機將水泥和土強行攪拌,形成連續(xù)搭接的水泥土柱狀加固體擋墻。土釘?shù)慕饘籴旙w在空間的組合有一定的骨架作用,提高了土體的整體剛度和結構整體性。注漿的漿液使土體密實,提高了土體的剪切強度。與重力式水泥土攪拌樁相比,土釘墻施工所需的機械臺班少, 由于我國人工費用相對低廉,更可降低工程造價。