復(fù)合土釘支護(hù)技術(shù)在市政基坑支護(hù)工程中的應(yīng)用

曹思誠 （天津市海河建設(shè)發(fā)展投資有限公司 天津300143）

魏克勤 （天津第一市政公路工程有限公司 天津300040）

劉永光 （天津城投集團(tuán) 天津300202）

天津金融城津?yàn)硰V場(chǎng)工程張自忠路（解放橋——赤峰橋）段下沉地道是天津市重點(diǎn)工程的子項(xiàng)，也是天津市政的重點(diǎn)工程。該工程根據(jù)市政府要求，整個(gè)項(xiàng)目開工日期為2009年2月15日，竣工日期2009年8月15日，工程總工期僅有6個(gè)月，工期緊，工程任務(wù)重。且存在靠近海河堤岸及原有護(hù)坡體等復(fù)雜環(huán)境，工程具有很大難度及風(fēng)險(xiǎn)，下沉隧道工程與臨近津?yàn)硰V場(chǎng)工程同時(shí)施工，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境狹窄，很難使用大型機(jī)械施工，因此合理安排施工計(jì)劃，確保工程按期竣工是本工程施工的重點(diǎn)。復(fù)合土釘支護(hù)方案成功解決了上述難題，并以其工期短、造價(jià)低廉（比傳統(tǒng)方法節(jié)約千萬元人民幣），成為最終采用方案。

施工過程中采用土釘支護(hù)與微型鋼管樁及預(yù)應(yīng)力錨桿相結(jié)合的復(fù)合土釘支護(hù)方案，取得了良好的支護(hù)效果。

1 封閉段基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)

封閉段基坑開挖深度7.85 m，由于另一側(cè)進(jìn)行金灣廣場(chǎng)地下結(jié)構(gòu)施工，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)僅在沿海河一側(cè)設(shè)置圍護(hù)結(jié)構(gòu)，止水帷幕采用高壓旋噴樁和水?dāng)嚇督Y(jié)合的形式進(jìn)行施作，圍護(hù)樁靠基坑側(cè)采用土釘墻結(jié)構(gòu)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1。

在K0+125～K0+639范圍內(nèi)及合江路口隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用高壓旋噴樁（見圖1），樁徑θ600 mm，沿軸線方向咬合300 mm；樁長7～15.9 m。采用42.5普通硅酸鹽水泥；水泥摻入比≥30%。在K0+639～K0+713范圍內(nèi)隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用水泥攪拌樁。攪拌樁類型為雙頭Φ700@900，樁長11～13 m，搭接長度與基坑周邊平行方向搭接250 mm，采用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥；水泥摻入比≥18%。

土釘鋼筋為φ20螺紋鋼（或鋼花管），土釘孔徑130 mm，傾角10°，土釘水平間距1 m，豎向間距0.8～1 m，呈梅花形布置。土釘防護(hù)面層混凝土強(qiáng)度C20，厚100 mm，中間掛φ8@200 mm×200 mm鋼筋網(wǎng)，外設(shè)Φ20橫向加強(qiáng)筋，Φ16縱向加強(qiáng)筋，并和所有土釘頭焊接。

圖1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖

土釘墻在距現(xiàn)地面3.1 m深處設(shè)置臺(tái)階，基坑最深處豎向設(shè)置8層土釘，土釘長度為8～12 m。

在旋噴樁靠基坑側(cè)設(shè)置一排Φ65豎向鋼管，水平間距1 m，深度9 m，分兩次入土。自然地面豎向壓入4 m，臺(tái)階處再壓入6 m，中間疊壓1 m并焊接。臺(tái)階處設(shè)置3排鋼管，兩排Φ65、一排Φ114，中間一排采用壓力注漿，以改變土質(zhì)條件增加鋼管強(qiáng)度。

施工順序如下：①施作外部2 mΦ65短鋼管和第1排4 mΦ65鋼管，兩排鋼管完成后，用Φ16與Φ20鋼筋將其連接并編制φ8@200 mm×200 mm的鋼筋網(wǎng)；②開挖至深度0.9 m，施工第1排土釘；③開挖至深度1.9 m，施工第2排預(yù)應(yīng)力土釘（注意該排是鋼筋土釘和鋼管間隔布置，因此，預(yù)應(yīng)力加40 kN/m）；④開挖至深度3.1 m，施工第3排預(yù)應(yīng)力土釘（注意該排是鋼筋土釘和鋼管間隔布置，因此，預(yù)應(yīng)力加40 kN/m）；⑤施工6 m長3排鋼管，2排Φ65，1排Φ114，打設(shè)面層；⑥開挖至深度3.9 m，施工第4排土釘；⑦開挖至深度4.9 m，施工第5排土釘；⑧開挖至深度5.9 m，施工第6排土釘；⑨開挖至深度6.9 m，施工第7排土釘；⑩開挖至深度7.75 m，施工第8排土釘。

2 監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析

2.1 基坑監(jiān)測(cè)方案

為保證整個(gè)基坑工程質(zhì)量及相鄰建筑的安全，進(jìn)行信息化施工，本項(xiàng)目進(jìn)行了嚴(yán)密監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位在土方開挖施工前布置完成。

監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括：坑內(nèi)外降水井的水位變化監(jiān)測(cè)；土釘墻頂部水平位移和垂直位移監(jiān)測(cè)；土釘施工和開挖期間土體深層位移觀測(cè)；開挖期間土釘內(nèi)力觀測(cè)；海河堤岸及觀景平臺(tái)水平位移與沉降監(jiān)測(cè)；金融城一側(cè)止水帷幕及支護(hù)位樁帽梁位移監(jiān)測(cè)；海河堤岸錨桿監(jiān)測(cè)。

2.2 基坑監(jiān)測(cè)結(jié)果

2.2.1 土釘墻頂水平位移觀測(cè)結(jié)果（見圖2）

2.2.2 土釘墻頂沉降觀測(cè)結(jié)果（見圖3）

圖2 土釘墻各點(diǎn)水平位移監(jiān)測(cè)結(jié)果

圖3 土釘墻最終沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果

3 拉拔實(shí)驗(yàn)

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求結(jié)合工程進(jìn)度需要，委托有相關(guān)資質(zhì)的檢驗(yàn)單位對(duì)前期土釘施工進(jìn)行同步拉拔試驗(yàn)檢測(cè)，對(duì)完成同一土層中土釘打入花管后不同時(shí)間進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)，直至強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求；錨桿工后不同時(shí)間，進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)直至可以進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉工作。根據(jù)這些前期試驗(yàn)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整施工措施以加快后續(xù)大量工作的施工速度。

根據(jù)圖紙及設(shè)計(jì)要求，每種土質(zhì)至少做3點(diǎn)監(jiān)測(cè)，且應(yīng)滿足1%。土釘抗拉拔實(shí)驗(yàn)檢測(cè)荷載如表1所示。

表1 土釘抗拉拔實(shí)驗(yàn)檢測(cè)荷載表

表2 第2、3層試驗(yàn)結(jié)果表

每步土釘完成后，其強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后，方可進(jìn)行下一步的土方開挖施工。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求第2層土釘最大施加荷載為180 kN、第3層土釘最大施加荷載為100 kN。進(jìn)行了6根土釘錨固效果的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，結(jié)果如表2。

于2009年4月2日進(jìn)行了第5層的438#、4月4日進(jìn)行了第4層的432#及441#試驗(yàn)土釘錨固效果的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，結(jié)果如表3。

于2009年4月13日進(jìn)行了第1層的527#、第2層的523#試驗(yàn)土釘錨固效果的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，結(jié)果如表4。

4 施工工法及關(guān)鍵措施

4.1 土釘墻施工流程（見圖4）

圖4 土釘墻施工流程圖

4.2 基坑降、排水措施

基坑內(nèi)降水采用大口井降水，基坑開挖前20 d開始降水，要定期對(duì)基坑內(nèi)外水位觀測(cè)孔進(jìn)行監(jiān)測(cè)，檢查降水效果，保證坑外水位累計(jì)降落值小于1 m。大口井布置按設(shè)計(jì)要求分兩排布置，主體結(jié)構(gòu)中線位置20口，結(jié)構(gòu)與金融城圍護(hù)結(jié)構(gòu)間設(shè)置18口大口井。施工過程中需在金融城基坑內(nèi)設(shè)置10口大口井，井深14 m。

降水井的制作要求：大口井井徑為φ600 mm水泥管，外圍無紡布和等粒徑碎石，其透水直徑不小于800 mm。土方開挖前，提前降水，保持降水井內(nèi)水面高程低于基坑底0.5 m。開挖過程中，遇到基坑邊坡內(nèi)地下水豐富涌水時(shí)，應(yīng)設(shè)置泄水孔將水排出。

4.3 錨桿或鋼花管施工

4.3.1 錨桿施工 本工程第2、3排設(shè)置土釘桿體采用Φ20鋼筋與鋼花管相錯(cuò)布置，孔徑130 mm，傾角10°，水平間距2 m。

土釘成孔采用機(jī)械成孔，泥漿護(hù)壁，土釘鋼筋設(shè)定位支撐架，鉆機(jī)采用130 mm鉆頭，成孔孔徑130 mm，傾角10°，待孔深達(dá)到設(shè)計(jì)長度要求后插入制作好的土釘桿體（見圖5）。

4.3.2 鋼花管施工 本工程最深處共設(shè)8排土釘，其中除設(shè)置土釘錨桿部位外，其余土釘均為Φ48鋼花管，鋼花管采用空氣動(dòng)力錘直接擊入土體，破土直徑130 mm，傾角10°，成梅花形布置（見圖 6）。

圖5 錨桿鋼筋制作圖

圖6 鋼花管制作圖

錨桿或鋼花管施工檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：

孔位允許誤差不大于150 mm，鉆孔的傾角誤差不大于3°，孔徑允許誤差＋50 mm、－5 mm，孔深允許誤差＋200 mm、-50 mm（《基坑土釘支護(hù)技術(shù)規(guī)程》CECS 96:97）。錨桿桿體長度＋100 mm、-30 mm，桿體插入長度不小于設(shè)計(jì)長度的98%（《巖土錨桿（索）技術(shù)規(guī)程》CECS 22:2005）。

4.4 噴射混凝土面層

噴射混凝土的主要目的是為護(hù)坡鋼筋網(wǎng)提供足夠的保護(hù)層，土釘防護(hù)面層混凝土強(qiáng)度C20，厚100 mm，中間掛φ8@200 mm×200 mm鋼筋網(wǎng)，外設(shè)Φ20橫向加強(qiáng)筋，Φ16縱向加強(qiáng)筋，并和所有土釘頭焊接。

噴射混凝土采用人工攪拌均勻，攪拌次數(shù)不少于3次，隨拌隨用。不摻速凝劑的混凝土存放時(shí)間不超過2 h，摻速凝劑的混凝土存放時(shí)間不超過20 min。噴射混凝土作業(yè)前，應(yīng)對(duì)機(jī)械設(shè)備，風(fēng)、水管路和電線進(jìn)行全面的檢查及試運(yùn)轉(zhuǎn)。噴射機(jī)、空壓機(jī)必須選用性能優(yōu)良的機(jī)器，為了滿足噴射機(jī)工作風(fēng)壓和耗風(fēng)量要求，采用12 m3/min以上空壓機(jī)。

噴射混凝土應(yīng)分段分片依次進(jìn)行，同一段內(nèi)按自下而上順序噴射。噴射混凝土?xí)r噴頭和受噴面垂直，保持1 m左右距離；噴手應(yīng)控制好水灰比，保持噴射面平整，濕潤光澤，無干斑或流淌現(xiàn)象?；炷梁穸葒娭猎O(shè)計(jì)厚度10 cm。

4.5 孔內(nèi)注漿施工

注漿前先清孔，將孔內(nèi)殘?jiān)謇砀蓛簟Ｍ玲斪{可采用壓力注漿，壓力大于等于0.4 MPa，孔口設(shè)置止?jié){器具。注漿時(shí)，注漿管插至距孔底250～500 mm開始注漿，并隨注漿過程將注漿管逐漸拔出，待孔口外溢水泥漿說明孔內(nèi)已注滿水泥漿，注漿滿后保持壓力3～5 min后再將注漿管完全拔出。注漿過程中預(yù)留漿體同條件試塊以便檢驗(yàn)土釘強(qiáng)度。

4.6 預(yù)應(yīng)力錨桿施工

土釘墻第三排設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨桿與鋼花管交錯(cuò)布置，土釘端頭鎖定前安裝鋼結(jié)構(gòu)腰梁（22b槽鋼），在鋼梁外側(cè)施加預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力施加值為50 kN。預(yù)應(yīng)力施加后整個(gè)立面全部受力，減少臺(tái)階以下土體的側(cè)滑力，以保證基坑的整體安全（見圖7）。

圖7 預(yù)應(yīng)力錨桿斷面示意圖

施工帶預(yù)應(yīng)力錨桿時(shí)，選用150 mm×150 mm×16 cm的鋼墊板，將其套在錨桿頭與噴射混凝土面層端部后，加以錨具用張拉機(jī)鎖定。預(yù)應(yīng)力錨桿自由端長度為3 m，涂抹黃油后用塑料膠管包裹。■