地面水平拉錨樁在基坑工程中的應(yīng)用

郝 峰,張 敏,劉秀芹

(1.山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院,山東濰坊 261021;2.山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局,山東濟(jì)南 250013)

地面水平拉錨樁在基坑工程中的應(yīng)用

郝 峰1,張 敏2,劉秀芹1

(1.山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院,山東濰坊 261021;2.山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局,山東濟(jì)南 250013)

山東海化純堿廠石灰石貨運(yùn)地倉基坑工程分二期施工,因場地地層松軟、周邊環(huán)境變形要求嚴(yán)格,須采用樁錨支護(hù);為避免土層錨桿成孔困難和充分利用二期基坑的護(hù)坡樁作一期基坑的錨樁以降低工程造價(jià),設(shè)計(jì)采用了地面水平拉錨樁支護(hù)結(jié)構(gòu)體系。經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn),效果良好。詳細(xì)介紹了該支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)、驗(yàn)算和施工過程,以及監(jiān)測效果。

基坑支護(hù);地面水平拉錨;錨樁

1 工程概況

山東海化純堿廠石灰石貨運(yùn)地倉是山東?；瘓F(tuán)有限公司 2008年重點(diǎn)技改項(xiàng)目“石灰石鐵路卸運(yùn)系統(tǒng)擴(kuò)能改造項(xiàng)目”中的一部分,位于海化純堿廠內(nèi),地倉總長 7913 m,總寬 1712 m,基坑深度 518 m。擬建地倉正上方有 2條東西向廠內(nèi)貨運(yùn)鐵路專線 (①號線、②號線),跨間距為 10 m。因生產(chǎn)需要,基坑分二期施工:一期先施工北側(cè)部分,基坑長7913 m,寬 712 m;二期施工南側(cè)部分,基坑長 7913 m,寬 1010 m。一期基坑施工時(shí),拆除 ①號鐵路專線,支護(hù)②號鐵路專線,保證②號鐵路專線正常營運(yùn);一期基坑施工完畢,恢復(fù)①號鐵路專線正常營運(yùn),拆除②號鐵路專線,施工二期基坑?；臃制诩爸苓叚h(huán)境情況見圖 1。因周邊環(huán)境復(fù)雜,變形要求嚴(yán)格,故重要地段 (南坡)采用了剛度較大的樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)。一期基坑南坡支護(hù)單元采用“排樁 +地面水平拉錨 +樁間網(wǎng)噴”支護(hù)結(jié)構(gòu)體系;西坡支護(hù)單元依托既有已建地倉地下外墻直接開挖;其它支護(hù)單元采用“放坡 +網(wǎng)噴”支護(hù)結(jié)構(gòu)體系。二期基坑南坡采用“放坡墻 +排樁 +樁間網(wǎng)噴”支護(hù)結(jié)構(gòu)體系;西坡、北坡支護(hù)單元依托既有已建地倉地下外墻直接開挖;東坡支護(hù)單元采用“放坡 +網(wǎng)噴”支護(hù)結(jié)構(gòu)體系。本文重點(diǎn)介紹一期基坑南坡“排樁 +地面水平拉錨 +樁間網(wǎng)噴”支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)與應(yīng)用情況。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地層

根據(jù)鉆探揭露,擬建場地支護(hù)深度內(nèi)地層可分為 7層。各地層物理力學(xué)參數(shù)見表 1。

2.2 地下水

勘察深度所見地下水為第四系孔隙水,因周圍開采鹵水,近幾年穩(wěn)定水位埋深約 20 m?？辈鞎r(shí),因貨車防塵噴淋及降雨,在第⑤層粉質(zhì)粘土頂部存在少量滯水,滯水水位埋深 614 m,在基底以下,對基坑工程影響不大。

3 地面水平拉錨樁方案設(shè)計(jì)

3.1 地面拉錨樁結(jié)構(gòu)型式及適應(yīng)條件

地面水平拉錨樁是指在距基坑壁外一定距離處的土體穩(wěn)定區(qū)內(nèi)施工錨樁,在護(hù)坡樁背面挖溝槽(或自然地坪以上)拉上錨桿 (鋼筋或鋼絲繩),其一端與護(hù)坡樁上的冠梁連接,另一端與錨樁上的冠梁連接,通過連接緊固件對拉桿施加一定的預(yù)應(yīng)力,將基坑上部土體作用于護(hù)坡樁上土壓力的一部分傳給錨樁的一種剛度較大的支護(hù)結(jié)構(gòu)型式。連接緊固件可以選用花籃螺栓或錨具。拉錨的間距及拉桿直徑要經(jīng)過計(jì)算確定。

圖 1 基坑分期與環(huán)境平面圖

表 1 地層物理力學(xué)參數(shù)表

地面水平拉錨樁只能設(shè)置一層,而且基坑壁外須有一定的拉錨空間,錨樁應(yīng)設(shè)置在坑壁外土體的主動滑移面之外。

本工程考慮到地層松軟,土層錨桿成孔難度大,且可以充分利用二期基坑的護(hù)坡樁做一期基坑的錨樁以降低工程造價(jià),故設(shè)計(jì)采用了該型支護(hù)結(jié)構(gòu)體系。

3.2 一期基坑南坡地面水平拉錨樁支護(hù)設(shè)計(jì)

本單元主體采用“排樁 +地面水平拉錨 +樁間網(wǎng)噴”支護(hù)止水結(jié)構(gòu)體系。支護(hù)平面布置見圖 2,支護(hù)結(jié)構(gòu)見圖 3、圖 4。

一期基坑南坡護(hù)坡樁 (PJ1):鉆孔灌注樁,直徑為 800 mm,中心間距為 115 m,受力筋 10“20 mm,加強(qiáng)筋 “14 mm@2000 mm,箍筋 “8 mm@150 mm,砼強(qiáng)度 C25,保護(hù)層 50 mm,樁端以嵌入基底 6 m為準(zhǔn)。

一期基坑南坡錨樁兼做二期基坑南坡護(hù)坡樁(PJ2):鉆孔灌注樁,直徑為 600 mm,中心間距為115 m,受力筋 12“20 mm,加強(qiáng)筋 “14 mm@2000 mm,箍筋 “8 mm@150 mm,砼強(qiáng)度 C25,保護(hù)層 50 mm,樁端以嵌入基底 415 m為準(zhǔn) (首先滿足二期基坑南坡?lián)跬猎O(shè)計(jì)要求)。

圖 2 一期基坑南坡支護(hù)平面圖

圖 3 一期基坑南坡支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖

圖 4 拉錨端部連接大樣圖

地面拉錨:1“25 mm,水平間距 115 m,傾角 0°,長 11 m;預(yù)應(yīng)力鎖定值 65 kN。

冠梁 1(2):現(xiàn)澆工藝,截面 900 mm ×600 mm(700 mm ×500 mm),受力筋 6“20 mm(8“16 mm),構(gòu)造筋 2“16 mm,箍筋 “8 mm@200 mm,砼強(qiáng)度等級C25。

樁間網(wǎng)噴:60～80 mm厚 C20砼面層,內(nèi)置成品鐵絲網(wǎng) “2 mm@20 mm ×20 mm。

泄水管:樁間網(wǎng)噴墻豎向上每隔 215 m設(shè)置一排,水平間距 3 m。

坡頂附加荷載:火車荷載 5912 kPa,距坑邊距離310 m,分布寬度 311 m,作用深度 013 m;人行荷載2 kPa,距坑邊距離 010 m,分布寬度 3 m,作用深度010 m。

3.3 驗(yàn)算

3.3.1 一期基坑南坡穩(wěn)定性驗(yàn)算

由北京理正深基坑支護(hù) F-SPW5.4軟件計(jì)算求得:整體穩(wěn)定安全系數(shù) Ks= 21148;抗傾覆安全系數(shù) Ks= 11559;地面沉降極值發(fā)生在坑壁處為 30 mm,②號鐵路專線處為 18 mm;水平位移極值發(fā)生在樁頂處為 16 mm,均滿足規(guī)范要求。

3.3.2 一期基坑南坡地面水平拉桿抗拉驗(yàn)算

As=Td/fy=101×1000/300=337 mm2(1)式中:Td——地面拉錨單根水平拉力設(shè)計(jì)值,101 kN;fy——Ⅱ級普通鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,300 MPa;As——Ⅱ級普通鋼筋截面面積計(jì)算值,mm2。

實(shí)際配筋:1“25(490 mm2)>337 mm2,滿足要求。

3.3.3 一期基坑南坡錨樁 (PJ2)水平抗力驗(yàn)算

式中:γ0——基坑設(shè)計(jì)等級重要性系數(shù),γ0= 110;H1——單樁樁頂處的水平拉力設(shè)計(jì)值,H1=101 kN;EI——樁身抗彎剛度,EI=0185EcIo=0185EcWod/2=16850417 kN·mm2;X0a——樁頂容許水平位移,X0a=10 mm;vx——樁頂水平位移系數(shù),樁頂鉸接 ,vx= 21441;h——樁埋深,h=1013 m;α——樁的水平變形系數(shù),m-1;αh——樁的換算深度,m;m——樁側(cè)土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)加權(quán)平均值,m=8126 MN/m4;b0——樁身的計(jì)算寬度,b0=019(115d+015)=1126 m;Rh——單樁水平承載力設(shè)計(jì)值 ,kN;ρg——樁身配筋率 ,ρg=1133%>0165%。

γ0H1=110×101=101 kN

3.3.4 錨樁 (PJ2)與主滑移面位置關(guān)系驗(yàn)算

由北京理正深基坑支護(hù) F-SP W5.4軟件計(jì)算求得一期基坑南坡主滑移面數(shù)據(jù):圓弧半徑 R=71554 m;圓心坐標(biāo) X=-01383 m;圓心坐標(biāo) Y=11461 m。結(jié)果表明:錨樁 (PJ2)設(shè)置在一期基坑南坡坑壁外土體的主滑移面之外,滿足要求。

4 地面水平拉錨樁施工

施工流程:護(hù)坡樁 (PJ1、PJ2)施工→冠梁 (1、2)施工→地面拉錨安裝→張拉鎖定。

4.1 護(hù)坡樁施工采用泥漿護(hù)壁潛水鉆機(jī)正循環(huán)全面鉆進(jìn)工藝。(1)平整場地:設(shè)備進(jìn)場前拆除坑上①號鐵路專線,整平、疏通進(jìn)場道路,滿足“三通一平”。

軌道安裝時(shí)要嚴(yán)格按照測量放樣所彈出墨線位置安裝，且要及時(shí)進(jìn)行校核，以便準(zhǔn)確控制軌道高程符合切縫設(shè)計(jì)要求，每節(jié)臨時(shí)軌道安裝的高程要嚴(yán)格控制，確保軌道高質(zhì)量完成。

(2)測設(shè)樁位:利用經(jīng)緯儀、銦鋼尺測放樁位。開孔前復(fù)核樁位,確?？孜粶y設(shè)偏差 <2 cm。

(3)成孔及清孔:鉆進(jìn)中保持沖洗液質(zhì)量,粘度18～25 s,密度 111～112 kg/L,含砂量 <5%,以防止砂層坍孔及保證孔內(nèi)巖粉順利排出。終孔后立即清孔,撈渣使泥漿含砂量 <5%?？椎壮猎穸取?00 cm。

(4)鋼筋籠制作及安裝:鋼筋籠規(guī)格及焊接嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求和規(guī)范執(zhí)行。經(jīng)驗(yàn)收合格后,入孔安裝。保護(hù)層墊塊設(shè)置沿縱向每 4 m一組,每組 3塊,確保鋼筋籠中心與孔中心重合。

(5)砼攪拌與灌注:采用水下砼配合比,坍落度16～18 cm。由具備相應(yīng)資質(zhì)的預(yù)拌砼廠家供應(yīng)商品砼。砼灌注時(shí)重點(diǎn)把好初灌量、連續(xù)灌注、樁頂標(biāo)高的控制。

4.2 冠梁施工

(1)灌注樁施工完畢后,立即用鎬頭 (必要時(shí)輔以風(fēng)鎬)鑿除樁頂松散層至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高,清除砼碎塊及余泥后用水沖洗干凈。

(2)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行冠梁鋼筋綁扎,注意與樁頂預(yù)留筋的連結(jié),相應(yīng)按設(shè)計(jì)位置和角度埋設(shè)預(yù)埋鐵管,預(yù)埋鐵管與樁頂預(yù)留筋或冠梁鋼筋牢固焊接。

(4)澆筑冠梁砼,用插入式振動棒進(jìn)行振搗,砼終凝后 12 h拆除側(cè)模并及時(shí)灑水養(yǎng)護(hù)。

4.3 地面水平拉錨安裝

4.3.1 拉桿制作

鋼筋按設(shè)計(jì)規(guī)格、長度下料。鋼筋接長采用雙面幫條焊接,拉桿兩頭端部鋼筋與錨頭螺栓采用對焊連接。

4.3.2 插送拉桿

首先清除拉錨范圍內(nèi)的地面障礙物,并穿透②號鐵路專線軌道下方的拉桿通道,待冠梁砼拆除側(cè)模后將鋼筋拉桿順直插送入預(yù)埋鐵管內(nèi),孔口外預(yù)留螺栓長度滿足張拉和鎖定要求。

4.4 張拉鎖定

冠梁砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的 70%后,安裝錨具鋼墊板和錨頭螺母。按設(shè)計(jì)要求對拉桿進(jìn)行張拉、鎖定。

5 現(xiàn)場監(jiān)測驗(yàn)證

設(shè)計(jì)樁頂水平位移預(yù)警值為 16 mm,或連續(xù) 3天變形速率≥3 mm/天;既有鐵路線地面沉降預(yù)警值為累計(jì)達(dá)到 20 mm。2008年 9～11月整個(gè)一期基坑工程施工過程中,嚴(yán)格按設(shè)計(jì)觀測頻率進(jìn)行了樁頂水平位移和既有鐵路線地面沉降測量,結(jié)果表明:所有變形均在設(shè)計(jì)容許范圍內(nèi),保證了基坑安全和②號鐵路專線的正常營運(yùn)。

6 結(jié)語

(1)本工程充分利用二期基坑的護(hù)坡樁做一期基坑的錨樁,顯著地降低了工程總造價(jià),可供類似工程借鑒。

(2)地面水平拉錨樁支護(hù)結(jié)構(gòu)體系在合適的條件下具有施工簡便、造價(jià)低、有利于控制變形等特點(diǎn),有著良好的發(fā)展前景。

[1] 吳曉恩,楊平園,李愛民.樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)在湖南運(yùn)達(dá)國際廣場深基坑工程中的應(yīng)用[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2008,35(12):50-53.

[2] 王海寧.山東?；貍}巖土工程勘察報(bào)告[R].山東濰坊:山東省濰坊基礎(chǔ)工程公司,2008.

[3] 代國忠.地面錨拉式土釘墻支護(hù)技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].長春工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2003,4(3):39-42.

[4] 北京理正深基坑支護(hù) F-SPW5.4計(jì)算軟件[CP].北京:北京理正軟件設(shè)計(jì)研究所,2007.

Application of Horizontal Tension Anchor Pile on Ground in Excavation Engineering

HAO Feng1,ZHANG M in2,LIU Xiu-qin1(1.Shandong ProvinsalNo.4 Institute of Geological andMineral Survey,Weifang Shandong 261021,China;2.Shandong ProvincialBureau of Geology andMineral Resources,Jinan Shandong 250013,China)

An excavation engineeringwas divided into 2 stages,pileanchor reinforcement was necessary for the environment of soft ground and strict requirement for surrounding deformation.In order to avoid the anchoring holefor ming difficulty andmake full use of slope protectionpile of 2-stage excavation to be the 1-stage anchor pile for lowering the engineer-ing cost,the design wasmade by excavation sturcture of pile with horizontal tension anchor on ground,which was proved with good result.The paper introduced the design,checking;construction process and the monitoring effect.

excavation support;horizontal tension anchor on ground;anchor pile

TU473.2

A

1672-7428(2010)01-0045-04

2009-09-03

郝峰 (1970-),男 (漢族),山東濰坊人,山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院高級工程師、注冊巖土工程師,探礦工程專業(yè),從事巖心鉆探及巖土工程方面的技術(shù)和管理工作,山東省濰坊市向陽路 228號,haofeng103wf@163.com。