土釘支護技術(shù)的實踐應(yīng)用

滕潤春

0 引言

土釘支護是可以加以推廣的用于土體開挖時處理邊坡穩(wěn)定的一種技術(shù)。土釘是指置入于現(xiàn)場原位土體中的較密間距排列的細(xì)長桿件,如鋼管、角鋼或鋼筋,通常還外裹水泥砂漿或水泥凈漿體。

1 沉渣池工程實例簡介

1991年6月,南京東方化工有限公司年產(chǎn)5萬 t己內(nèi)酰胺裝置項目中,沉渣池為長56 m,寬26.5 m,開挖深度9.5 m的大型池體,是南京地區(qū)歷年來少有的大型池體工程。

緊挨沉渣池體南側(cè)6 000 mm,是一條使用中的露天大明溝。重點要解決兩個問題:1)運用邊坡支護技術(shù),縮小開挖坡度系數(shù),滿足池體施工的要求。2)維持大明溝的正常使用,保證開挖后在大明溝一側(cè)的邊坡穩(wěn)定。

通過對現(xiàn)場情況進(jìn)行了詳細(xì)的分析,最后確定了灌注護壁樁和土釘支護相結(jié)合的復(fù)合支護技術(shù),對大明溝一側(cè)土方開挖的區(qū)域進(jìn)行加固。開挖剖面示意圖見圖1。

其具體步驟為:距離大明溝2 m分組施工護壁灌注樁,每組由4根樁組織,樁徑為600 mm,中到中1.2 m,組與組之間的相鄰邊距5 m,樁深12 m。從上到下分三層開挖,上層3 500 mm,中層3 000 mm,底層3 000 mm。坡度系數(shù)僅為0.3。每層開挖后立即進(jìn)行土釘支護,土釘為6 000 mm長角鋼制作,鋼筋網(wǎng)采用φ 8鋼筋制作方形網(wǎng)格,邊長一般為400 mm。角鋼端頭采用焊接方式將角鋼和鋼筋網(wǎng)連成整體。采用網(wǎng)噴混凝土漿體施工。池體成型后,逐層向上回填時,將用于土釘支護的角鋼取出另用。

2 紫金城項目土釘支護技術(shù)詳解

1993年,海南省工行信托投資公司與海南華美(香港)有限公司共同投資興建海南洋浦開發(fā)區(qū)“紫金城大廈”。在深基坑邊坡處理時全面采用了土釘支護技術(shù)。

2.1 工程概況

紫金城大廈地處海南洋浦開發(fā)區(qū),主樓地面以上28層,地面以下3層,建筑面積68 000 m2。開挖的大廈基坑南北長170 m,東西寬130 m,基坑深12.5 m～15.5 m不等。地表以下土層分布為雜填土層3 m;粉質(zhì)砂土3.5 m;細(xì)砂層 2.8 m;中砂層 1.2 m,以下為砂礫層。地下滯留水深-12 m。整個基坑邊坡均采用土釘支護。

2.2 支護設(shè)計

紫金城項目的基坑邊坡,采用了水平方向的壓力注漿釘與鋼筋網(wǎng)噴射混凝土面層相結(jié)合的土釘支護技術(shù)形式,土釘端部與噴射混凝土面層的連接采用井字接頭。

設(shè)計步驟為先按經(jīng)驗設(shè)定土釘參數(shù),用楔形滑移面法做初步驗算,最后用圓弧滑移面按條分法做穩(wěn)定性驗算。土釘為水平設(shè)置,水平間隙1 m～1.5 m,垂直間距1.3 m～1.7 m,孔徑 100 mm,土釘選用25螺紋鋼,在支護面上呈梅花形分布。

按楔形滑移面法驗算時,假定:滑移面的傾角為45°+φ/2;φ取分層土摩擦角的加權(quán)平均值;滑移面通過邊坡基腳。

每一土釘在滑移面上的最大拉力取為:

其中,γ為土體平均重度;Sh,Sv分別為土釘?shù)乃?、垂直間距;hc為土釘?shù)挠嬎闵疃?當(dāng)土釘埋深Z＜0.5H(H為基坑深度)時取hc=Z,當(dāng) Z＞0.5H時取hc=0.5H;q為地表荷載,取20 kN/m2;Ka=tan2(45°-φ/2)。

要求所有土釘在滑移面內(nèi)側(cè)的穩(wěn)定土體中有足夠的錨固長度,能滿足抗拔安全系數(shù)大于1.5的要求。

按圓弧滑動面用條分法作穩(wěn)定計算時,輸入現(xiàn)場分層土的參數(shù),臨界滑弧面位置由計算機程序通過試算確定。經(jīng)驗算,坑深14.3 m的支護穩(wěn)定安全系數(shù)為1.51,滿足要求。

此外,還要作施工階段的穩(wěn)定性分析,最危險的階段一般是開挖至坑底,而最末一排土釘尚未設(shè)置的情況下,還要求施工階段的穩(wěn)定性安全系數(shù)大于1.2。

2.3 分層分段施工和工藝要求

土釘作業(yè)必須遵循從上到下、分步修建的原則,即邊開挖邊支護的原則。在基坑開挖中,為了配合支護的分層施工要求,把基坑分為兩個區(qū):沿四周邊坡10 m以內(nèi)屬于分層施工作業(yè)區(qū),距邊坡10 m以外為自由開挖區(qū)。在分層作業(yè)區(qū)限制分層開挖深度,取與土釘排距相同,約為1.5 m～2.0 m。分段長5 m～20 m,視情況而定,一般在砂層中分段長度短些。

支護施工程序:土方開挖→鉆孔送釘→排氣注漿→加壓封閉→清理邊坡→編網(wǎng)焊接→噴射混凝土→養(yǎng)護。

噴射混凝土配比為:水泥∶砂∶豆石=1∶2∶2;外加速凝劑4%;水灰比0.45;混凝土設(shè)計強度C20。鉆孔根據(jù)土層性質(zhì)不同,采用了電鉆、沖擊鉆、人工洛陽鏟相配合使用。

為使土釘鋼筋順利送入土孔中,每隔2 m焊接對中支架,形成錐形滑橇。

錨桿送入孔中后,隨即便進(jìn)行壓力注漿,注漿壓力達(dá)到0.5 MPa,持續(xù)5 min,以使砂漿能有效滲入土中,使注漿密實。砂漿水灰比采用0.5,并外加4%速凝劑。

2.4 現(xiàn)場試驗和監(jiān)測

根據(jù)設(shè)計要求,在工地回填土、粉質(zhì)砂土和細(xì)砂三種典型土中進(jìn)行了現(xiàn)場土釘拉拔試驗。

試驗土釘長8 m,土釘注漿7 d后進(jìn)行張拉,得出了實測拉力位移變化曲線,得到的單釘抗拔力試驗值都大于初步設(shè)計的取值。

水平位移監(jiān)測用收斂計。在北部邊坡和西部13 m深邊坡段,坡頂水平位移約9 mm。在東部直立16.5 m深邊坡段,由于附近有地下污水管通過,漏水嚴(yán)重,水平位移超過了20 mm。

垂直沉降量用水準(zhǔn)儀觀測,實測結(jié)果比水平位移略小。

3 土釘支護的優(yōu)點和局限性

3.1 土釘支護的優(yōu)點

1)穩(wěn)定可靠,超載能力強。在紫金城項目中,在超出地面設(shè)計荷載2倍,達(dá)到60 kN/m2情況下,邊坡仍然穩(wěn)定。2)可以處理不同復(fù)雜地質(zhì)情況。土釘支護特別適合于有一定粘性的砂土、粉土、硬塑與干硬粉土。3)沒有強烈的沖擊噪聲,適合于城市地區(qū)施工,沒有循環(huán)泥漿帶來的污染,施工占地少。4)土釘支護的土方開挖量和混凝土工程量較少,用鋼量也甚為有限。

3.2 土釘支護的局限性

1)現(xiàn)場需要有允許設(shè)置土釘?shù)牡叵驴臻g。基坑附近有地下管道或建筑物基礎(chǔ)時,則在施工時有相互干擾的可能。2)在松散砂土、軟塑、流塑黏性土以及有豐富地下水源的情況下不能單獨使用土釘支護,必須與其他的土體加固支護方法相結(jié)合。3)土釘支護如作為永久性結(jié)構(gòu),需要專門考慮銹蝕等耐久性問題,目前只是根據(jù)銹蝕情況采用增大截面面積等經(jīng)驗性手段。

4 結(jié)語

土釘支護已在許多工程中運用,隨著設(shè)計、施工、監(jiān)測等方面的進(jìn)一步完善,土釘支護技術(shù)將得到迅速的推廣和發(fā)展。

[1]張 鑫,宋二祥.土釘支護技術(shù)現(xiàn)場測試及有限元分析[J].工業(yè)建筑,1997,27(11):25-26.

[2]程良奎.巖土加固實用技術(shù)[M].北京:地震出版社,1994:57-63.

[3]宋德承,黃碧剛.基坑土釘支護的設(shè)計與施工[J].山西建筑,2008,34(30):137-138.