論深基坑預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘墻支護(hù)施工技術(shù)

袁 興

（成都市勘察測繪研究院，四川 成都 610081）

前言

近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高層建筑在城市建設(shè)中也越來越多，為了能夠滿足建筑的需要，地下室已成為不可缺少的部分之一，因此，基坑支護(hù)是基礎(chǔ)工程施工中的重重之重。復(fù)合土釘支護(hù)是土釘支護(hù)在不良地質(zhì)條件下的應(yīng)用技術(shù),其優(yōu)點(diǎn)是支護(hù)位移小、適用范圍寬、安全經(jīng)濟(jì)等在基坑支護(hù)工程中得到廣泛應(yīng)用。

1.復(fù)合土釘支護(hù)常見型式

根據(jù)近些年國內(nèi)外工程實(shí)踐,復(fù)合土釘支護(hù)常見的結(jié)構(gòu)型式如下:

1.1.土釘與樁錨復(fù)合支護(hù)

常見的土釘與樁錨復(fù)合支護(hù)有兩種形式:一種形式為上部一定深度采用土釘支護(hù),下部采用樁錨支護(hù)形式;另一種形式為沿基坑開挖線以一定間距設(shè)置樁錨支護(hù),樁與樁之間再設(shè)置土釘。

1.2.土釘與預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合支護(hù)

預(yù)應(yīng)力錨桿主要特點(diǎn)是通過施加預(yù)應(yīng)力來約束邊壁變形,采用土釘與錨桿組合式支護(hù)技術(shù),可有效地控制基坑變形,大大提高基坑邊坡的穩(wěn)定性。特別是在基坑比較深、地質(zhì)條件及周圍環(huán)境比較復(fù)雜,而對(duì)基坑變形又有嚴(yán)格要求時(shí),這種聯(lián)合支護(hù)型式更顯示出它的優(yōu)點(diǎn)。

1.3.土釘與止水帷幕復(fù)合支護(hù)

采用止水帷幕結(jié)合土釘支護(hù)型式,通常在基坑內(nèi)降水,基坑外不進(jìn)行降水,避免了土體開挖后土體滲水、土體強(qiáng)度降低,以至不能臨時(shí)直立而失穩(wěn)及基底隆起、管涌等問題。

1.4.土釘與微型樁復(fù)合支護(hù)

超前微型樁以一定間距間隔布置,主要作用是超前加固開挖面的局部土體,不能止水防滲。對(duì)基坑沒有防滲止水要求或地下水位較低,不必要進(jìn)行防滲處理,可采用該復(fù)合支護(hù)型式。

1.5 土釘與止水帷幕、預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合支護(hù)

當(dāng)環(huán)境條件不允許降水時(shí),基坑圍護(hù)需設(shè)置止水帷幕,止水后圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形一般比較大,在基坑較深、變形要求嚴(yán)格的情況下,需要設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨桿限制基坑變形。一般情況下設(shè)置1～2排攪拌樁、1～3排預(yù)應(yīng)力錨桿。

1.6.土釘與止水帷幕、微型樁、預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合支護(hù)

在這種支護(hù)型式中,一般設(shè)置2～3排預(yù)應(yīng)力錨桿,施作攪拌樁或旋噴樁形成止水帷幕,采用型鋼樁或直徑較大的微型樁。

1.7 土釘與止水帷幕、插筋、預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合支護(hù)

在攪拌樁或旋噴樁中插筋來加強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)的抗彎、抗剪性能,在單排樁中常插入型鋼,在多排攪拌樁時(shí)插入多排鋼筋或鋼管,形成配筋的止水帷幕墻,再設(shè)置多排預(yù)應(yīng)力錨桿。

2.復(fù)合土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1.復(fù)合土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性分析

2.1.1.普通土釘墻整體穩(wěn)定性分析采用圓弧滑裂面計(jì)算,安全系數(shù)Ks為

(1)其中,Ks土釘墻整體穩(wěn)定安全系數(shù);ci為土體的粘聚力(kPa);φi為土體的內(nèi)摩擦角(°);Li為土條滑動(dòng)面弧長(m);Wi為土條質(zhì)量(kN);TNj為土釘?shù)臉O限抗拉力(kN);S為土釘?shù)乃介g距(m);θi為滑動(dòng)面某處切線與水平面之間的夾角(°);αi為土釘與水平面之間的夾角(°);ξ為折減系數(shù),根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取0.5。

2.1.2.復(fù)合土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性分析也采用圓弧滑裂面計(jì)算,計(jì)算中考慮止水帷幕、

圖1 復(fù)合土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性分析簡圖

微型樁、預(yù)應(yīng)力錨桿等的作用如圖1所示。

其計(jì)算公式為

(2)其中,Kp為復(fù)合土釘墻整體穩(wěn)定安全系數(shù);τs為攪拌樁、微型樁的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(kPa);As為攪拌樁、微型樁的面積(m2);PNj為預(yù)應(yīng)力錨桿設(shè)計(jì)承載力(kN);SL為攪拌樁、微型樁的間距(m);Sm為預(yù)應(yīng)力錨桿的水平間距(m);ξ為組合折減系數(shù),取值0.5～1.0;η為折減系數(shù),根據(jù)預(yù)應(yīng)力水平在0.5～1.0之間選取,其余符號(hào)同前。

圖2 復(fù)合土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)抗拔力驗(yàn)算簡圖

對(duì)于施工階段不同開挖深度和使用階段不同位置分別計(jì)算,保證各個(gè)階段各個(gè)位置的安全系數(shù)均滿足設(shè)計(jì)要求,容許的安全系數(shù)可根據(jù)工程性質(zhì)和安全等級(jí)在1.2～1.5之間選取。

2.2.復(fù)合土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的土釘抗拔力驗(yàn)算

復(fù)合土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)中土釘(錨桿)抗拔力驗(yàn)算與土釘墻相同,如圖2所示。即

其中,KBj為第j個(gè)土釘 (錨桿)抗拔力安全系數(shù),取1.5～2.0,對(duì)臨時(shí)性土釘墻工程取小值,永久性工程取大值;TXj為第j個(gè)土釘(錨桿)破裂面外土體提供的有效抗拉能力標(biāo)準(zhǔn)值(kN),破裂面與水平面之間的夾角取(β+φ)/2;Sx、Sy為土釘(錨桿)水平(垂直)間距(m);eaj為主動(dòng)土壓力強(qiáng)度(kPa)。

3.工程實(shí)例

3.1.工程概況

該基坑周長約500m,平面面積約15500m2,地下1層,地上5層裙樓和6～28層塔樓?；娱_挖深度在6.2～7.2m之間,基坑內(nèi)局部地方有大承臺(tái),開挖深度8.65m,建筑物采用<600管樁基礎(chǔ),主要采用靜壓法施工,局部用錘擊法施工。

3.2.地質(zhì)條件

巖土工程地質(zhì)特征按地層成因類型和巖土層性質(zhì),場區(qū)內(nèi)各地層自上而下分為:

3.2.1.第四系人工填土。素填土:灰黃、灰色,稍濕、松散狀,成分以粘粒為主,含砂,平均厚度2.2m。

3.2.2.第四系沖積層。按其成分的不同分為如下兩層:第一層淤泥:灰黑色,飽和,流軟塑,成分以粘粒為主,富含有機(jī)質(zhì)。層厚2.40～8.50m,平均5.4m,標(biāo)貫擊數(shù)1.5擊,含水量w=56.2%,孔隙比e=1.527,液性指數(shù)IL=1.47。第二層粉質(zhì)粘土:部分鉆孔缺失,灰紅色,濕、可塑,成分以粘粒為主,含砂。厚度1.00～5.10m,平均2.44m,標(biāo)貫擊數(shù)8.7擊,含水量w=32.6%,液性指數(shù)IL=0.37。

3.2.3.第四系殘積層。砂質(zhì)粘性土:灰黃、淺灰色,濕、可塑～硬塑,成分以粘粒為主,含砂。層厚15～50m,平均30m,標(biāo)貫擊數(shù)18.1擊,含水量w=25.6%,液性指數(shù) IL=0.16。

3.3.水文地質(zhì)條件

場區(qū)地下水主要分布于基巖裂隙及淤泥層孔隙中,透水性能較差。

3.4.周圍環(huán)境

基坑周圍地面相對(duì)平坦,周邊建筑物稀少,四周為道路,場地相對(duì)開闊,無重要的地下管線。其中,基坑南道路的另一邊為一條河涌。

3.5.基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.5.1.設(shè)計(jì)思路

根據(jù)該基坑的特點(diǎn),主要按極限狀態(tài)方法設(shè)計(jì),考慮到基坑周邊場地空曠,無重要建筑物和管線需保護(hù),適當(dāng)放松對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形的控制要求。結(jié)合該工程的地質(zhì)條件、周邊建筑物以及管線的分布和基坑開挖深度、基坑周邊場地使用需要,采用復(fù)合土釘作為該基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu),進(jìn)行直立開挖,用雙排攪拌樁作為超前支護(hù)。根據(jù)地質(zhì)資料,基坑的地質(zhì)條件以東北角最好,西南角最差,中間處于過渡狀態(tài),淤泥層最深處有10.5m,比基坑開挖深度大3.5m?？紤]到地質(zhì)條件的差異,基坑各處的開挖深度不同,對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)分區(qū)分段進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.5.2.設(shè)計(jì)方案

攪拌樁采用雙排<500@300,采用32.5R普通硅酸鹽水泥,水泥摻入量為15%,設(shè)計(jì)樁長9～11m,要求至少穿過淤泥層1m。錨桿采用<22鋼筋,傾角30°,要求至少穿過淤泥層3m,注漿體強(qiáng)度等級(jí)M20。根據(jù)計(jì)算確定各區(qū)段的錨桿參數(shù),分別設(shè)置3～6層錨桿,錨桿長度12～24m,水平間距1.10～1.30m。噴射混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20,厚度 120mm,鋼筋網(wǎng)采用 <6@200×200,水平加強(qiáng)筋為2<16,處理范圍為坡面和坡頂1.0m范圍內(nèi)。

3.5.3.計(jì)算分析

對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性分析計(jì)算,并考慮基坑內(nèi)大承臺(tái)深開挖對(duì)整體穩(wěn)定性的不利影響,不計(jì)攪拌樁的作用。設(shè)計(jì)地面超載在材料堆場處30kPa,其它地方取20kPa。要求整體穩(wěn)定安全系數(shù)不小于1.20,設(shè)計(jì)錨桿力取95kN。通過對(duì)各區(qū)段邊坡穩(wěn)定分析計(jì)算結(jié)果可知,整體穩(wěn)定安全系數(shù)均不小于1.20,所以滿足要求。

3.5.4.施工結(jié)果監(jiān)測分析

在基坑周邊共布置10個(gè)測斜孔,根據(jù)測量結(jié)果,基坑各邊最大的水平位移為11～65mm。對(duì)監(jiān)測資料進(jìn)行比較分析,基坑的側(cè)向變形具有以下特征:①基坑側(cè)壁和基坑外一定距離處土體的側(cè)向變形的形態(tài)有所不同:基坑側(cè)壁處位移是上部和下部小中間大;基坑外10m處土體的位移是上部大下部小。②基坑外10m處土體最大側(cè)向位移量與基坑側(cè)壁最大側(cè)向位移大約相差20%～30%。③在相同開挖深度的情況下,淤泥層厚度越深,基坑的側(cè)向變形越大。

結(jié)論

復(fù)合土釘支護(hù)是土釘支護(hù)的改進(jìn)和發(fā)展,尤其是在國內(nèi)發(fā)展了土釘支護(hù)在不良地質(zhì)條件下的應(yīng)用技術(shù),保持了傳統(tǒng)土釘支護(hù)的許多優(yōu)點(diǎn),又具有支護(hù)位移小、適用范圍寬、安全經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn),在基坑支護(hù)工程中具有廣闊應(yīng)用前景。

采用復(fù)合土釘支護(hù)技術(shù),施工過程中應(yīng)堅(jiān)持動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、信息化施工的原則,根據(jù)對(duì)地質(zhì)情況、支護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊構(gòu)筑物的各種觀測、試驗(yàn)數(shù)據(jù),及時(shí)反饋設(shè)計(jì),發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)采取有效補(bǔ)救措施。

復(fù)合土釘支護(hù)是將主動(dòng)支護(hù)型式和被動(dòng)支護(hù)型式聯(lián)合應(yīng)用,柔性支護(hù)與剛性支護(hù)相結(jié)合,其作用原理歸納為分擔(dān)荷載作用、止水抗?jié)B作用、傳遞荷載作用、局部穩(wěn)定作用和超前加固作用。

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