土釘墻和高壓旋噴樁在泛?！せ▓@基坑中的應(yīng)用

汪志鵬

(江西省贛西土木工程勘測(cè)設(shè)計(jì)院,江西 宜春 336000)

1 前 言

基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工是我國(guó)城市基本建設(shè)工程的重要關(guān)鍵問(wèn)題,隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,高層建筑愈來(lái)愈多,由于受周邊環(huán)境的限制,比如毗鄰舊建筑或道路、地下管網(wǎng)等,如何科學(xué)地進(jìn)行支護(hù)體系設(shè)計(jì)和施工,是高層建筑基礎(chǔ)施工必須首先解決的課題。本文結(jié)合“泛?！せ▓@”工程的實(shí)際情況,較詳細(xì)地介紹了高層建筑深基礎(chǔ)擋土支護(hù)和防水體系的設(shè)計(jì)和施工。

2 工程概況

擬建的泛?！せ▓@場(chǎng)地位于貴陽(yáng)市南山區(qū)前海填海區(qū),介于前海物流區(qū)、大南山生態(tài)公園和旅游度假公園之間,北臨月亮灣大道,南臨荔枝路。該工程包括地下室一層、2棟 18層及 1棟 21層高層住宅?，F(xiàn)場(chǎng)分為兩個(gè)區(qū)域,區(qū)域Ⅰ(深基坑)基坑底標(biāo)高為-0.65m,區(qū)域Ⅱ(淺基坑)基坑底標(biāo)高為 1.40m;現(xiàn)場(chǎng)坪高為 5.15m,基坑支護(hù)高度分別為 5.80m和3.75m。本工程離周圍建筑物較近,土方開(kāi)挖無(wú)法進(jìn)行放坡護(hù)坡。根據(jù)土質(zhì)情況,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察和技術(shù)分析,綜合考慮經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、施工、條件與工期等因素,支護(hù)結(jié)構(gòu)采用土釘墻噴錨支護(hù)。基坑底部位于第二層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土上,局部有礫砂,為確保基坑的穩(wěn)定性和防水性,要求對(duì)基坑進(jìn)行加固和防水設(shè)計(jì),防水帷幕采用高壓旋噴樁。

3 工程地質(zhì)情況

3.1 巖土條件

根據(jù)本工程的地質(zhì)工程勘察報(bào)告:地貌屬山前濱海地貌,經(jīng)填海改造,但現(xiàn)場(chǎng)較為平坦,地面標(biāo)高平均為 5.15m?；娱_(kāi)挖深度范圍內(nèi)土層分布大致為:①填石;②-1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土;②-1礫砂;③砂質(zhì)黏性土。

3.2 地下水

上部人工填石層含上層滯水,接受大氣降水和地表水的補(bǔ)給,一般水量不大;局部礫砂層含孔隙水,為強(qiáng)透水層,是主要含水層,厚度較大,水量較大;強(qiáng)風(fēng)化巖及中風(fēng)化巖裂隙較發(fā)育,但多被泥質(zhì)充填,含少量裂隙水。穩(wěn)定水位埋深 2.20～3.50m,平均2.89m。

4 支護(hù)方案設(shè)計(jì)

土釘墻是由天然土體通過(guò)土釘墻就地加固并與噴射混凝土面板相結(jié)合,形成一個(gè)類似重力擋墻來(lái)抵抗墻后的土壓力,從而保持開(kāi)挖面的穩(wěn)定,這個(gè)土擋墻稱為土釘墻。土釘墻是通過(guò)鉆孔、插筋、注漿來(lái)設(shè)置的,一般稱砂漿錨桿,也可以直接打入角鋼、粗鋼筋形成土釘,也稱為噴錨網(wǎng)擋墻。本工程采用土釘加固原位土體以維護(hù)基坑穩(wěn)定,支護(hù)結(jié)構(gòu)由土釘和鋼筋網(wǎng)噴射混凝土面板組成,局部與預(yù)應(yīng)力錨桿結(jié)合,形成復(fù)合土釘墻;同時(shí)為確?；拥姆€(wěn)定性和防水性,止水帷幕采用高壓旋噴樁對(duì)基坑進(jìn)行加固和防水設(shè)計(jì)。基坑表面荷載由擋土結(jié)構(gòu)承擔(dān),擋土結(jié)構(gòu)一般應(yīng)考慮以下荷載:(1)自重;(2)施工階段的水、土壓力及鄰近建筑物基底壓力產(chǎn)生的土壓力;(3)地面堆載、車輛或機(jī)械等活載及其產(chǎn)生的土壓力;(4)其它荷載,包括通過(guò)支撐對(duì)土釘墻施加的預(yù)壓力以及在基坑附近進(jìn)行的工程活動(dòng)(如地層加固、開(kāi)挖)對(duì)墻體產(chǎn)生的作用力等,必要時(shí)應(yīng)考慮支撐溫度變化的影響。土釘墻通過(guò)握裹力和摩擦力把基坑表面荷載傳至基坑深部。

4.1 止水帷幕樁

對(duì)地層進(jìn)行人工降水防止高水位,可采用旋噴樁。在旋噴樁正式施工之前,應(yīng)選定典型地層,進(jìn)行旋噴樁工藝和成樁效果試驗(yàn),成樁后 3天,開(kāi)挖出樁體,成樁的直徑不得小于設(shè)計(jì)要求,否則應(yīng)改進(jìn)施工工藝。采用的高壓旋噴樁,樁徑1100mm,間距 900mm。樁頂標(biāo)高自然地表下 -0.53m,有效樁長(zhǎng) 15m,單樁彼此交割 100mm。噴素水泥漿,水灰比為 0.5左右。高壓旋噴樁水泥用量:在砂層及卵石層不小于 500kg/m,其余地層不小于 350kg/m。樁位偏差不宜大于 50mm,垂直度偏差不宜大于 1.0%。在砂層及卵石層采用復(fù)噴工藝:在第一次噴射注漿結(jié)束后對(duì)砂層及卵石層進(jìn)行第二次噴射注漿。在填石層中施工旋噴樁,需要引孔后再施工。

4.2 土釘墻噴錨支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基本參數(shù)如下:(1)基坑深度 3.750m;(2)基坑內(nèi)地下水深度 4.000m;(3)基坑外地下水深度3.000m;(4)基坑側(cè)壁重要性系數(shù) 0.900;(5)土釘荷載分項(xiàng)系數(shù) 1.250;(6)土釘抗拉抗力分項(xiàng)系數(shù)1.300;(7)整體滑動(dòng)分項(xiàng)系數(shù) 1.300。

土釘和土層參數(shù)見(jiàn)表1、2。

表1 土釘參數(shù)

表2 土層參數(shù)

土釘支護(hù)需要分層開(kāi)挖,應(yīng)該進(jìn)行以下四個(gè)工況計(jì)算:

工況 1:基坑開(kāi)挖至 1.1m;

工況 2:基坑開(kāi)挖至 2.4m,完成一道土釘墻支護(hù);

工況 3:基坑開(kāi)挖至 3.7m,完成兩道土釘墻支護(hù);

工況 4:基坑開(kāi)挖至設(shè)計(jì)深度 3.75m,完成三道土釘墻支護(hù),開(kāi)始底板澆筑。

需要計(jì)算土釘抗拉能力標(biāo)準(zhǔn)值 Tjk和拉力設(shè)計(jì)值Tj。

土釘?shù)目估饔镁唧w計(jì)算為該土釘與破裂面交點(diǎn)處的土釘拉力。簡(jiǎn)化后的破裂面與土釘相交處的土釘抗拉能力標(biāo)準(zhǔn)值 Tjk可計(jì)算如下:

式中 LB——土釘伸入破裂面外約束區(qū)內(nèi)長(zhǎng)度,m;

τf——土釘與土體間的抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(一般由試驗(yàn)資料確定,如果無(wú)試驗(yàn)資料,可由該處土體抗剪強(qiáng)度換算),kN/m2。

每根土釘產(chǎn)生的拉力可假設(shè)為作用土釘所控制坡面面層上的側(cè)向土壓力。由于面層上的側(cè)向土壓力是隨著土釘設(shè)置深度的增大而增大,由此最底層的土釘上的拉力最大,其值可按下式計(jì)算:

式中 Tj——土釘?shù)睦υO(shè)計(jì)值 ,kN;

hm——最底層土釘?shù)纳疃?m;

Sx,Sy——土釘間的水平間距和垂直間距,m;

γ——土的容重 ,kN/m3;

β,φ——邊坡坡角和土的內(nèi)摩擦角 ,(°)。

土釘抗拉設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 土釘抗拉設(shè)計(jì)結(jié)果

計(jì)算完拉力后還需對(duì)土釘墻進(jìn)行內(nèi)部和外部穩(wěn)定性分析。進(jìn)行內(nèi)部穩(wěn)定分析是為保證土釘墻本身的穩(wěn)定,常采用極限平衡分析法,找出臨界破壞面的位置并給出相應(yīng)的安全系數(shù)。對(duì)于土釘原位加固土體,當(dāng)土釘達(dá)到一定密度時(shí)所形成的復(fù)合體就會(huì)出現(xiàn)類似錨定板群錨現(xiàn)象中的破裂面后移現(xiàn)象,在土釘加固范圍內(nèi)形成一個(gè)“土墻”,在內(nèi)部自身穩(wěn)定得到保證的情況下,采用重力式擋墻的穩(wěn)定性分析方法對(duì)其進(jìn)行外部穩(wěn)定性分析。

4.3 土釘墻施工

(1)土釘采用 φ25鋼筋制作,土釘長(zhǎng)度、間距不等,采用梅花形布置。土釘設(shè)計(jì)抗拔力為 100kN。土釘施工成孔困難時(shí)可采用壓漿型鋼花管土釘替代,桿體為 φ48δ3.0鋼花管。鋼花管土釘?shù)脑O(shè)計(jì)抗拔力按照 8kN/m確定。

(2)土釘外露長(zhǎng)度不小于 80mm。土釘頭部用2根加強(qiáng)鋼筋 φ16壓緊焊牢。網(wǎng)筋采用 φ6@200×200,加強(qiáng)筋 2φ16通長(zhǎng)。

(3)土釘孔位和孔深允許偏差均為 50mm,成孔直徑 100mm;土釘注漿材料為純 P.O.32.5R普通硅酸鹽水泥漿,水灰比 0.5,水泥漿應(yīng)隨拌隨用,常壓灌注(注漿壓力為 0.6～0.8MPa);注漿必須密實(shí)飽滿,注漿管應(yīng)綁扎在土釘上,插至距孔底 300mm處。如是鋼花管注漿,則只需要將注漿管直接插入管中離底部 500mm處即可。

4.4 掛網(wǎng)噴混凝土施工

(1)噴射混凝土原材料宜采用新鮮的P.O.32.5R普通硅酸鹽水泥、干凈的中粗砂和粒徑小于 15mm的礫石,土釘墻面層混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20,配合比約為水泥 ∶砂 ∶石子 =1∶2∶2.5,采用噴射機(jī)高壓噴射,網(wǎng)筋采用 φ6@200×200。

(2)土釘施工完畢,立即掛網(wǎng)噴混凝土;噴錨支護(hù)施工 24h后方可進(jìn)行下一層土方開(kāi)挖。土方開(kāi)挖時(shí)注意保護(hù)錨頭不被破壞,坡頂掛網(wǎng)噴混凝土寬度應(yīng)不小于 50cm。

土釘墻噴錨支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1。

圖1 土釘墻噴錨支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)剖面(4-4剖面)

4.5 施工注意事項(xiàng)

(1)為了確?；臃€(wěn)定,便于基坑開(kāi)挖和主體結(jié)構(gòu)的澆筑,應(yīng)認(rèn)真作好基坑內(nèi)地下水和施工廢水的排水,在基坑內(nèi)設(shè)置排水溝、集水井。

(2)基坑開(kāi)挖從上到下依次進(jìn)行,基坑的開(kāi)挖深度應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖中給出的標(biāo)高進(jìn)行,嚴(yán)禁超挖,基坑開(kāi)挖至基坑底以上 300mm時(shí),應(yīng)進(jìn)行基坑驗(yàn)收。

(3)基坑土方開(kāi)挖必須配合支護(hù)進(jìn)行分段、分層施工。每層深度不大于 2m(土釘段 1.2m或 1.5m),每段長(zhǎng)度不大于 25m。分層開(kāi)挖至土釘下 0.3m,暫停開(kāi)挖并及時(shí)安裝土釘,所有暴露開(kāi)挖土層掛網(wǎng)噴混凝土護(hù)面結(jié)束 24h后,方可繼續(xù)向下開(kāi)挖。

(4)高壓旋噴樁施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制工程質(zhì)量,保證防水效果。高壓旋噴樁施工時(shí)注漿對(duì)環(huán)境的危害很大,應(yīng)該在施工現(xiàn)場(chǎng)加強(qiáng)清理,確保外流的混凝土漿液能夠得到及時(shí)清理,注意環(huán)境保護(hù)。

(5)基坑出現(xiàn)涌水、涌砂時(shí)立即停止開(kāi)挖,進(jìn)行帷幕堵漏加固處理。

5 結(jié)束語(yǔ)

土釘支護(hù)技術(shù)作為一種新的深基坑支護(hù)技術(shù)改變了傳統(tǒng)支護(hù)結(jié)構(gòu)的被動(dòng)制約機(jī)制。泛?！せ▓@基坑工程的支護(hù)和防水設(shè)計(jì),應(yīng)用了土釘墻與高壓旋噴樁技術(shù),確保了基坑的安全性和防水效果,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

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