土釘支護(hù)技術(shù)在工程中的應(yīng)用

張逢磊

20世紀(jì)90年代以來(lái),隨著城鎮(zhèn)建設(shè)中高層、超高層建筑的大量涌現(xiàn),深基坑工程愈來(lái)愈多,基坑周?chē)芗慕ㄖ?、?fù)雜的地下設(shè)施使得基坑放坡開(kāi)挖這一傳統(tǒng)技術(shù)不再能滿(mǎn)足現(xiàn)代城鎮(zhèn)建設(shè)的需要。土釘支護(hù)技術(shù)在國(guó)內(nèi)許多基坑工程中得到了應(yīng)用推廣。

1 土釘支護(hù)的作用機(jī)理

土體的抗剪強(qiáng)度低,幾乎沒(méi)有抗拉強(qiáng)度,但土體具有一定的結(jié)構(gòu)整體性。在基坑開(kāi)挖的邊坡工程中,在土體內(nèi)放置一定長(zhǎng)度和分布密集的土釘,與土體共同作用,形成復(fù)合體,可彌補(bǔ)土體強(qiáng)度不足并發(fā)揮土釘作用,不僅有效地提高土體的整體剛度,又彌補(bǔ)了土體抗拉、抗剪的不足,通過(guò)相互作用,土體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度潛力得到充分發(fā)揮,改變了邊坡變形和破壞狀態(tài),顯著提高了整體穩(wěn)定性[1]。

1.1 土釘對(duì)復(fù)合體起骨架約束作用

由于土釘本身的剛度和強(qiáng)度,以及它在土體內(nèi)分布的空間組成復(fù)合體的骨架,使復(fù)合土體構(gòu)成一個(gè)整體,骨架有約束土體變形的作用。

1.2 土釘對(duì)復(fù)合體起分擔(dān)作用

在復(fù)合體內(nèi),土釘與土體共同承擔(dān)外荷載和自重應(yīng)力,土釘起著分擔(dān)作用。

1.3 土釘起著應(yīng)力傳遞與擴(kuò)散作用

基坑開(kāi)挖過(guò)程中,當(dāng)荷載增至一定程度,邊坡表面和內(nèi)部裂縫已發(fā)展到一定寬度,此時(shí)坡腳應(yīng)力最大。這時(shí)下層土釘伸入到滑裂域外穩(wěn)定土體中的部分仍能提供較大的抗拉力。土釘通過(guò)其應(yīng)力傳遞作用,將滑裂域內(nèi)部應(yīng)力傳到后邊穩(wěn)定土體中,并分散在較大范圍的土體內(nèi),降低應(yīng)力集中程度。

1.4 對(duì)坡面變形的約束作用

在坡面上設(shè)置與土釘連在一起的鋼筋網(wǎng)噴混凝土面板,是發(fā)揮土釘有效作用的重要組成部分。噴混凝土面板起到坡面變形的約束作用,面板約束力取決于土釘表面與土體的摩阻力,當(dāng)復(fù)合土體開(kāi)裂面區(qū)域擴(kuò)大并連成片時(shí),摩阻力主要來(lái)自開(kāi)裂區(qū)域后的穩(wěn)定復(fù)合體。

2 工程實(shí)例應(yīng)用

2.1 工程概況

杭州市某大廈位于某住宅區(qū)附近,主樓為18層,高度為56 m,裙樓為7層,剪力墻結(jié)構(gòu)(1層～3層為框架結(jié)構(gòu)),總建筑面積42 000 m2,主樓地下2層,裙樓地下1層,筏板基礎(chǔ)?；A(chǔ)最大開(kāi)挖深度為8.9 m。該工程南側(cè)圍墻以外12 m為城市交通道路,西側(cè)緊鄰12層住宅樓,基坑距建筑外圍墻最遠(yuǎn)為2 m,最近為1.2 m,且該住宅樓北側(cè)有一平房距基坑僅為0.4 m。

2.2 工程地質(zhì)條件

該場(chǎng)地地層自上而下依次為:①人工填土層,包括素填土和雜填土,成分為粉質(zhì)黏土、灰渣及碎磚、瓦片等,結(jié)構(gòu)松散;②淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土:灰黑色,軟塑～流塑,飽和;③黏土:棕紅～褐色,可塑～硬塑,含少量姜石;④殘積土:灰綠色,可塑～硬塑,中密,很濕,為閃長(zhǎng)巖風(fēng)化。地下水位埋深為1.4 m。

2.3 基坑支護(hù)方案的擬定

分析該工程的地質(zhì)勘察報(bào)告和周?chē)h(huán)境條件,基坑具有以下特點(diǎn):1)土質(zhì)條件差,在整個(gè)開(kāi)挖深度范圍內(nèi)均為雜填土及淤泥質(zhì)土,其中雜填土結(jié)構(gòu)松散,淤泥質(zhì)土強(qiáng)度低且靈敏度高。2)地下水位高:地下水位距天然地坪僅為1.4 m。3)施工面狹小:基坑西側(cè)距原建筑物最近處僅為0.4 m,采用一般常用的支護(hù)方法沒(méi)有施工空間,施作較為困難。

根據(jù)基坑的特點(diǎn),考慮到施工場(chǎng)地的條件限制,經(jīng)過(guò)反復(fù)論證,決定采用土釘對(duì)該基坑進(jìn)行支護(hù),且根據(jù)基坑四周環(huán)境及開(kāi)挖深度,采用不同的剖面形式。

2.3.1 東、北側(cè)邊坡的支護(hù)

采用 1∶0.2放坡,普通水泥砂漿土釘,土釘直徑為100 mm,內(nèi)配一根B25 mm鋼筋。土釘長(zhǎng)度及豎向間距如圖1所示,水平間距為1.7 m,梅花形布置。面層厚100 m,內(nèi)配A8 mm@200 mm×200 mm鋼筋網(wǎng)。

2.3.2 西側(cè)邊坡的支護(hù)

因場(chǎng)地條件限制,只能采用直立邊坡。住宅樓部分邊坡土釘長(zhǎng)度及豎向間距如圖2所示,水平間距為1.2 m,梅花形布置。土釘直徑為100 mm,內(nèi)配一根B28 mm鋼筋。面層厚150 mm,內(nèi)配A14 mm@200 mm×200 mm雙層鋼筋網(wǎng)。在淤泥質(zhì)土中采用土釘支護(hù),其最主要的問(wèn)題是基坑邊坡的水平位移及坡頂沉降的控制。據(jù)有關(guān)資料,對(duì)淤泥質(zhì)土邊坡其坡頂位移一般為坡高的0.5%～0.7%,由于建筑物距基坑太近,為防止邊坡位移過(guò)大造成臨近建筑物產(chǎn)生裂縫,該部分土釘長(zhǎng)度加長(zhǎng)且為非全錨固型,即將面層以?xún)?nèi)1.5 m～2 m范圍內(nèi)的鋼筋做成非錨固段。鋼筋端頭焊螺栓,待面層強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后,對(duì)土釘進(jìn)行張拉,張拉力為土釘極限抗拉力的25%。

2.4 土釘支護(hù)施工工藝

1)基坑開(kāi)挖前首先進(jìn)行深井井點(diǎn)降水,待水位穩(wěn)定后再進(jìn)行基坑開(kāi)挖。土釘施工工藝為:挖土→修坡→成孔→安放鋼筋→注漿→綁扎面層鋼筋→噴射混凝土→養(yǎng)護(hù)→張拉→鎖緊。

2)工藝要點(diǎn)。a.按照設(shè)計(jì)的要求開(kāi)挖工作面,分層開(kāi)挖。因土質(zhì)條件差,每層開(kāi)挖深度為西側(cè)1.2 m,東、北側(cè)為1.3 m。必要時(shí)采用鋸齒形開(kāi)挖方式,以減少淤泥質(zhì)土的側(cè)向擠出。b.挖完一層后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行土釘施工,按照梅花形布置土釘,避免土坡暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng),保證挖完一層支護(hù)一層。成孔采用機(jī)械及人工相結(jié)合的方法進(jìn)行。鋼筋端部1.5 m～2 m部分涂抹潤(rùn)滑劑后外套塑料管,做成非錨固段。注漿采用壓力注水泥砂漿,內(nèi)摻三乙醇胺高效減水劑,對(duì)較長(zhǎng)土釘首先采用孔底注漿,注滿(mǎn)后再封口采用壓力注漿,注漿壓力為0.2 MPa～0.3 MPa。c.面層鋪設(shè)網(wǎng)格尺寸為200 mm×200 mm的鋼筋網(wǎng),東、北側(cè)邊坡鋼筋網(wǎng)鋼筋直徑為8 mm,西側(cè)邊坡鋼筋網(wǎng)鋼筋直徑為14 mm,并在釘頭處縱橫各加一根直徑為18 mm的加強(qiáng)筋,與土釘焊接牢固。d.依照設(shè)計(jì)要求噴射混凝土面層,面層混凝土采用C20,混凝土配合比為水泥∶砂∶石=1∶2∶2,內(nèi)摻速凝劑及早強(qiáng)劑,混凝土噴射完成后立即將土釘周?chē)砻婺ㄆ讲惭b鋼板,鋼板厚12 mm,面積為300 mm×300 mm。注意做到一次到位,一次成功,使之成為整體,穩(wěn)定邊坡。e.噴射混凝土終凝2 h后作噴水養(yǎng)護(hù),24 h后方可進(jìn)行下一層開(kāi)挖。

2.5 基坑變形監(jiān)測(cè)

為保證基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)在開(kāi)挖及基礎(chǔ)施工期間的安全與穩(wěn)定,確保西側(cè)建筑物的安全。根據(jù)本工程的實(shí)際情況,對(duì)本工程擬進(jìn)行以下項(xiàng)目的監(jiān)測(cè):支護(hù)系統(tǒng)周?chē)乇沓两当O(jiān)控,基坑周?chē)R近建筑物的變形、沉降監(jiān)控,具體工作是在建筑物兩側(cè)設(shè)點(diǎn)觀測(cè)建筑物的傾斜和沉降;支護(hù)體系本身的變形、位移監(jiān)測(cè),具體工作是在基坑邊坡坡頂設(shè)置了水平及沉降觀測(cè)點(diǎn),在每層開(kāi)挖及支護(hù)完成后進(jìn)行觀測(cè),同時(shí)注意基坑四周的裂縫觀察。在本工程中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明,在基坑開(kāi)挖和使用期內(nèi),監(jiān)測(cè)到的位移值和地表沉降值均小于預(yù)警值,未對(duì)基坑周?chē)ㄖ镌斐扇魏斡绊憽?/p>

3 結(jié)語(yǔ)

1)土釘支護(hù)技術(shù)是通過(guò)原位土體加固、充分利用原位土體的自穩(wěn)能力,因而能大幅度降低支護(hù)造價(jià),一般比樁墻支護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)約很多費(fèi)用,具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益;2)施工方法和設(shè)備簡(jiǎn)單,土釘?shù)闹谱髋c成孔不需復(fù)雜的技術(shù)和大型機(jī)具,土釘施工的作業(yè)對(duì)場(chǎng)地占用少,使得基坑施工時(shí)有一個(gè)安全可靠的施工環(huán)境,能確保工程質(zhì)量;3)因施工工藝簡(jiǎn)單,施工與基坑土方工程同步進(jìn)行,基坑底交叉作業(yè)。根據(jù)土釘設(shè)置的層數(shù),挖一層土,施工一層土釘,施工工期一般較短,對(duì)周?chē)h(huán)境的影響小。

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