復(fù)合土釘墻在黃土地層基坑支護(hù)中的應(yīng)用

韓 琨，李建文

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)〈武漢〉，湖北 武漢 430074;2.中煤科工集團(tuán)西安研究院，陜西西安 710077)

復(fù)合土釘墻在黃土地層基坑支護(hù)中的應(yīng)用

韓 琨1，2，李建文2

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)〈武漢〉，湖北 武漢 430074;2.中煤科工集團(tuán)西安研究院，陜西西安 710077)

概述了黃土質(zhì)基坑的破壞成因，并以某電廠(chǎng)翻車(chē)機(jī)室基坑的支護(hù)為例，概述了場(chǎng)地的工程地質(zhì)概況以及選用的支護(hù)方式，根據(jù)土質(zhì)基坑的破壞模型進(jìn)行基坑的穩(wěn)定性驗(yàn)算并調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，確定最終設(shè)計(jì)方案。同時(shí)介紹了支護(hù)方案，即復(fù)合土釘墻的施工技術(shù)應(yīng)用，基坑的變形監(jiān)測(cè);總結(jié)了施工經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)。

黃土地層;基坑支護(hù);復(fù)合土釘墻;設(shè)計(jì)計(jì)算;施工技術(shù);變形監(jiān)測(cè)

0 引言

第四系黃土地層在陜西省境內(nèi)廣泛存在，因此在工程建設(shè)基礎(chǔ)開(kāi)挖的過(guò)程中會(huì)形成較多的黃土質(zhì)基坑，且該地區(qū)原狀黃土地層自立高度高，土坡穩(wěn)定性好，因此在建設(shè)過(guò)程中往往忽略了基坑的支護(hù)問(wèn)題。但原狀黃土地層垂直節(jié)理較發(fā)育，垂直方向滲透率較大，如在外界的誘因下，包括較大降雨、人為的集中浸水，均易造成基坑的失穩(wěn)滑塌，近年來(lái)該地區(qū)發(fā)生多起由于黃土質(zhì)基坑或邊坡未支護(hù)造成的安全事故，成為血淋淋的教訓(xùn)。因此，在建設(shè)過(guò)程中，為保證工程的安全施工，應(yīng)在基坑開(kāi)挖過(guò)程中對(duì)基坑及時(shí)進(jìn)行支護(hù)治理。

1 工程概況

本基坑位于某電廠(chǎng)廠(chǎng)區(qū)內(nèi)，廠(chǎng)區(qū)北高南低，屬千河北岸Ⅱ級(jí)階地，擬建翻車(chē)機(jī)室基坑坑底開(kāi)挖線(xiàn)34 m×31 m，基坑開(kāi)挖深度18.5 m，輸煤道基坑開(kāi)挖深度最低至16.5 m?；?xùn)|側(cè)距基坑頂開(kāi)挖線(xiàn)2.1 m為廠(chǎng)區(qū)公路，西側(cè)距基坑頂開(kāi)挖線(xiàn)13.7 m為寶中線(xiàn)鐵路，南北兩側(cè)基坑頂開(kāi)挖線(xiàn)向外10 m范圍內(nèi)無(wú)建筑物。

基坑開(kāi)挖平面圖見(jiàn)圖1。

圖1 基坑開(kāi)挖平面圖

依據(jù)工程地質(zhì)勘探資料，本基坑需揭露的地層有10層，其物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

根據(jù)場(chǎng)地巖土工程勘察報(bào)告，地下水位埋深在⑨層卵石層以下，即基坑開(kāi)挖面以下。所以本基坑設(shè)計(jì)未考慮降水。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 設(shè)計(jì)計(jì)算

表1 地層物理力學(xué)參數(shù)

本基坑開(kāi)挖深度達(dá)18.5 m，屬于大型深基坑，由于基坑頂部現(xiàn)有公路、鐵路以及已有管架的條件限制，放坡坡率只能控制在1∶0.3以?xún)?nèi)，且由于基坑底部有一層厚度2.2～12.2 m的卵石層，考慮到如基坑支護(hù)采用灌注樁，成孔會(huì)有一定難度，且造價(jià)高，工期較長(zhǎng)，一旦支護(hù)方案不合理造成開(kāi)挖過(guò)程中的質(zhì)量安全事故及工期延誤，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

在充分理解和認(rèn)識(shí)該基坑的邊界條件和治理要求后，支護(hù)方案擬采用復(fù)合土釘墻的主動(dòng)防護(hù)方式。根據(jù)土質(zhì)基坑的破壞模型，在進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，先按以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行工程措施的布設(shè)，然后采用圓弧滑動(dòng)條分法進(jìn)行整體穩(wěn)定性驗(yàn)算，經(jīng)反復(fù)驗(yàn)算獲得最優(yōu)方案。計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖2。

圖2 整體穩(wěn)定性計(jì)算簡(jiǎn)圖

2.1.1 整體穩(wěn)定性驗(yàn)算式中:γk——整體滑動(dòng)分項(xiàng)系數(shù);n——滑動(dòng)體分條數(shù);Cik——第i分條滑裂面處土體固結(jié)不排水剪粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa;Li——第 i分條滑裂面處弧長(zhǎng);s——計(jì)算滑動(dòng)體單元厚度;wi——第 i分條土重;q0——基坑上部荷載，kN/m;bi——第 i分條寬度;θi——第i分條滑裂面處中點(diǎn)切線(xiàn)與水平面夾角;φik——第i分條滑裂面處土體固結(jié)不排水剪內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值，(°);m——滑動(dòng)體內(nèi)土釘數(shù);Tnj——第 j根土釘在圓弧滑裂面外錨固體與土體的極限抗拉力，kN;αj——土釘與水平面之間的夾角;θj——第 j根土釘與土層的夾角;γ0——基坑側(cè)壁重要性系數(shù)。

2.1.2 土釘極限抗拉力

式中:dnj——第j根土釘錨固體直徑;qsik——土釘穿越第i層土體與錨固體極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值;lni——第j根土釘在圓弧滑裂面外穿越第i層穩(wěn)定土體內(nèi)的長(zhǎng)度。

代入地層物理力學(xué)參數(shù)，采用理正深基坑軟件進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)算后確定基坑的支護(hù)方案如下(參見(jiàn)圖3)。

圖3 邊坡治理剖面圖

(1)為保證基坑上部建(構(gòu))筑物的安全運(yùn)行，基坑放坡綜合坡率控制在1∶0.3以?xún)?nèi);

(2)基坑采用復(fù)合土釘墻支護(hù)，即土釘和錨桿隔層布設(shè)，減小基坑水平和垂直位移，改善單純土釘墻坡口位移較大對(duì)上部建(構(gòu))筑物的不利影響;

(3)坡面掛網(wǎng)噴射混凝土防護(hù)。

2.2 技術(shù)參數(shù)選擇

(1)基坑頂部3 m按1∶0.1放坡，設(shè)1 m寬平臺(tái)，下部15.5 m按1∶0.3放坡。

(2)坡面共布設(shè)5排錨桿、8排土釘，基坑第一級(jí)邊坡布設(shè)2排土釘，橫向、縱向垂直間距均為1.2 m;基坑第二級(jí)邊坡錨桿、土釘隔層布設(shè)，橫向間距1.5 m，縱向垂直間距1.4 m。錨桿L=18、16 m，Le=8 m，施加預(yù)應(yīng)力120 kN;土釘長(zhǎng)度分別為10、13、15 m。

(3)坡面掛網(wǎng)噴射混凝土防護(hù)，噴射混凝土厚度100 mm，配單層網(wǎng)片φ8@200，錨桿、土釘位置橫向配通長(zhǎng)加強(qiáng)筋2φ16，壓于錨桿墊板下或土釘彎鉤下。

(4)復(fù)合土釘墻每隔12 m設(shè)置一條豎向伸縮縫。

3 施工技術(shù)

3.1 施工工藝流程

按設(shè)計(jì)基坑坡率分層開(kāi)挖→鉆土釘(錨)孔→錨桿安裝與固結(jié)→制作鋼筋網(wǎng)片→安裝鋼筋網(wǎng)片→噴射混凝土(預(yù)留面層泄水孔)→錨桿張拉→鎖定錨桿→封堵錨頭→進(jìn)入下一循環(huán)。

3.2 關(guān)鍵工序施工注意事項(xiàng)

3.2.1 土釘墻工程

土釘墻施工隨工作面開(kāi)挖分層施工，開(kāi)挖應(yīng)配合施工進(jìn)行，分層開(kāi)挖高度≯2 m，嚴(yán)禁超挖。每層開(kāi)挖的縱向長(zhǎng)度≯15 m。每層土釘施工完成，水泥砂漿或噴射混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%后，再進(jìn)行鄰近或下一層的土體開(kāi)挖，進(jìn)行下一段的土釘墻施工。進(jìn)行下一層的開(kāi)挖過(guò)程中，應(yīng)采取措施防止碰撞已完成的支護(hù)結(jié)構(gòu)。

3.2.2 錨桿(土釘)施工

錨桿(土釘)制作過(guò)程中先清除鋼筋上的污物、銹斑后做防腐處理。錨桿自由段涂防腐劑后，再涂黃油套塑料管。制好的錨桿(土釘)平順地放在工作臺(tái)架上，不能放在地上，不得沾上泥土、油污等任何雜物。注漿必須采用孔底注漿法，漿液為強(qiáng)度≮M25的水泥砂漿，要求漿液飽滿(mǎn)密實(shí)，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)漿。注漿材料初凝前不得移動(dòng)錨桿(土釘)。錨桿張拉時(shí)應(yīng)對(duì)錨桿伸長(zhǎng)及受力做記錄，核實(shí)伸長(zhǎng)與受力是否相等。

3.2.3 噴射混凝土施工

掛網(wǎng)噴射混凝土面層分兩次施工，先噴射第一層50 mm，養(yǎng)護(hù)7天，清洗混凝土表面后安裝鋼筋網(wǎng)片，噴射第二層面層混凝土50 mm。澆水養(yǎng)護(hù)在混凝土終凝后2 h開(kāi)始，以保持混凝土表面濕潤(rùn)。鋼筋網(wǎng)片與土釘(錨桿)應(yīng)連接牢固。

3.2.4 排水工程

噴射混凝土面層預(yù)埋泄水管排出坡體水;基坑頂部修筑截水溝，攔截基坑外匯水;基坑底部沿坑邊設(shè)置排水渠，基坑四角設(shè)置集水坑，保證坑內(nèi)流水有序的排入集水井后集中排出坑外。

4 變形監(jiān)測(cè)

該支護(hù)工程基坑深度大，基坑變形量相對(duì)同類(lèi)型淺基坑大，如在施工過(guò)程中由于地層或外界因素發(fā)生變化造成突發(fā)事件后果嚴(yán)重，因此在施工過(guò)程中，進(jìn)行基坑的水平位移和垂直位移監(jiān)測(cè)非常必要?；又ёo(hù)工程施工完成后，由于翻車(chē)機(jī)室結(jié)構(gòu)施工工期較長(zhǎng)，因此在支護(hù)結(jié)構(gòu)運(yùn)行期間也應(yīng)對(duì)邊坡水平位移和垂直位移變化進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)嚴(yán)格執(zhí)行《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(GB 50497－2009)的規(guī)定。

整個(gè)施工過(guò)程中，基坑四周道路穩(wěn)定，無(wú)開(kāi)裂現(xiàn)象發(fā)生，基坑坡口位移量均在允許范圍之內(nèi)。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)4個(gè)月的施工，該電廠(chǎng)翻車(chē)機(jī)室18.5 m深基坑支護(hù)工程順利完成，通過(guò)本工程的成功實(shí)施，筆者總結(jié)有如下體會(huì)。

(1)黃土地層采用土釘墻支護(hù)的同時(shí)必須結(jié)合良好的排水措施:坡面設(shè)置坡體排水措施，坡頂做好排水構(gòu)造物，防止坡頂淤積水持續(xù)浸入土體改變土體性質(zhì)進(jìn)而影響到支護(hù)結(jié)構(gòu)的效能。

(2)復(fù)合土釘墻技術(shù)是將土釘墻的部分土釘替換為預(yù)應(yīng)力錨桿，從而減小了坡體位移量，改善了土釘墻坡體位移量較大的弊病。

通過(guò)本次超深基坑的成功支護(hù)，為以后同類(lèi)地區(qū)相似工程的設(shè)計(jì)施工提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。

［1］林宗元.巖土工程治理手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005.

［2］韓琨.錨桿噴射混凝土在黃土質(zhì)邊坡支護(hù)中的應(yīng)用［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2006，33(6).

［3］阮永芬，郝建華，王東，等.土釘和錨桿在基坑支護(hù)中的應(yīng)用與比較［J］.昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào)(理工版)，2006，(1).

［4］張洪，易發(fā)成.基坑支護(hù)形式及支護(hù)技術(shù)發(fā)展分析與研究［J］.山西建筑，2010，(31).

［5］龔曉南，高有潮.深基坑工程設(shè)計(jì)施工手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1998.

［6］余志成，施文華.深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1997.

［7］馮力軍.截水加強(qiáng)型復(fù)合土釘墻在地下工程基坑支護(hù)中的應(yīng)用［J］.四川建材，2008，(2).

Application of Composite Soil-nail Wall in Foundation Pit Retaining in Loess Strata

HAN Kun1，2，LI Jian-wen2(1.China University of Geo-science，Wuhan Hubei 430074，China;2.Xi’an Research Institute of China Coal Technology and Engineering Group Corp，Xi’an Shaanxi 710077，China)

The paper summarized the damage causes of loess foundation pit，and took the example of a retaining project to sum up the geological situation of construction and the retaining methods.Based on the foundation pit damage model，the stability computation was made and designing parameters were adjusted to determine the final scheme.The retaining scheme was introduced including the application of composite soil-nail technology and monitoring on the foundation pit deformation.The construction experience was also presented.

loess stratum;foundation pit retaining;composite soil-nail wall;design calculation;construction technology;deformation monitoring

TU473.2

A

1672－7428(2011)10－0053－03

2011－03－18

韓琨(1977－)，女(漢族)，陜西藍(lán)田人，中煤科工集團(tuán)西安研究院高級(jí)工程師，巖土工程專(zhuān)業(yè)，從事巖土工程設(shè)計(jì)及施工工作，陜西省西安市高新產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)錦業(yè)一路82號(hào)。