復(fù)合土釘墻在深基坑支護(hù)中的應(yīng)用

(太原理工大學(xué)，山西太原 030024)

1 工程概況

山西大學(xué)附屬中學(xué)文體中心，位于太原市塢城路，東臨塢城路，北面為教師高層住宅，南面為富中商廈，西面為教學(xué)樓，基坑整體尺寸東西長76 m，南北寬52 m，基坑開挖深度7.50 m，周長256 m。

2 地質(zhì)情況

根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告顯示，工程場地土自上而下分為5層:第①層雜填土:黃褐色，層底埋深1.5 m～6 m，平均厚度2.54 m，承載力80 kPa。第②層濕陷性黃土:褐黃色，層底埋深7.5 m～9.5 m，平均厚度8.28 m，承載力120 kPa。第③層粉土:黃褐色，層底埋深12.9 m ～14.9 m，平均厚度為 13.82 m，承載力 150 kPa。第④層粉土:褐黃色，層底埋深15.8 m ～17.6 m，平均厚度為16.4 m，承載力120 kPa。第⑤層粉質(zhì)粘土:黃褐色，未揭穿，承載力200 kPa。根據(jù)地質(zhì)勘察狀況，本工程開挖不擾動地下水，穩(wěn)定地下水位介于 －11.70 m～ －12.80 m，固不考慮地下水影響。

3 支護(hù)方案的選擇

本工程的主要難點(diǎn)在于基坑?xùn)|側(cè)1 m處為一條煤氣管道，煤氣管道以東6 m為塢城路;基坑南側(cè)3.5 m處為富中商廈，地上5層，該基礎(chǔ)埋深4 m;基坑西側(cè)3 m處為一排樹木;基坑北側(cè)西部2.7 m處為鍋爐房，該基礎(chǔ)埋深1.35 m;基坑北側(cè)東部2 m處為地下車庫，該基礎(chǔ)埋深6.41 m。場地狹小，施工對周圍建筑物的影響大，施工安全要求高。

結(jié)合上述難點(diǎn)，通過對支護(hù)形式的綜合比較，最終選用土釘墻加擋土灌注樁方案:基坑①～⑥/G土釘長度為12 m;A～G/①土釘長度為12 m;①～⑥/A土釘長度設(shè)計(jì)為9 m;A～G/⑩土釘設(shè)計(jì)長度為12 m，共600個(gè)土釘。噴射C20混凝土，上翻1500 mm;⑥～⑩/G，⑥～⑩/A局部采用混凝土灌注樁+冠梁，灌注樁有效樁長13000 mm，共40根。冠梁為900 mm×500 mm，采用C30混凝土。

4 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

4.1 支護(hù)鋼筋混凝土灌注樁及冠梁

1)支護(hù)樁采用鋼筋混凝土灌注樁，機(jī)械成孔，樁長13.5 m，樁徑800 mm，樁間距為1.5 m，樁身混凝土強(qiáng)度等級C30，主筋保護(hù)層厚度50 mm。

2)冠梁截面尺寸900 mm×500 mm，混凝土等級C30，主筋保護(hù)層厚度35 mm。

3)灌注樁間打入1000 mm長直徑14的鋼筋，水平向、豎向間距各為2000 mm，并掛鋼絲網(wǎng)片，鋼絲網(wǎng)網(wǎng)格尺寸為50 mm×50 mm，噴射C20混凝土。

4.2 土釘墻

1)土釘。

土釘采用機(jī)械和人工洛陽鏟成孔，成孔孔徑不小于100 mm，土釘入射角度15°，鋼筋每隔2000 mm設(shè)置一個(gè)對中支架，土釘采用φ22鋼筋。土釘漿體采用純水泥漿，水泥采用32.5礦渣水泥，水灰比0.5～0.6，注漿水泥量嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求不得小于每米20 kg，注漿壓力 0.4 MPa ～0.6 MPa。

2)鋼筋混凝土面層。

鋼筋網(wǎng)為雙向Φ6.5@200，外壓Φ14鋼筋。保護(hù)層厚度不小于30 mm，Φ14鋼筋應(yīng)與土釘焊接。噴射作業(yè)應(yīng)分段進(jìn)行，一次噴射厚度不小于40 mm，噴射混凝土強(qiáng)度等級為C20，厚度為80 mm。

3)所用鋼筋接頭都要按受力鋼筋焊接，網(wǎng)片點(diǎn)焊或綁扎成形。

鋼筋采用HPB235及HRB335。

5 施工方案

施工程序:施工準(zhǔn)備→定位放線→降水→基坑土方開挖→基坑支護(hù)工程→基坑驗(yàn)收。

5.1 土釘墻支護(hù)施工

1)施工順序。

由東向西，分層施工，基坑開挖以每個(gè)斷面土釘間距為厚度進(jìn)行，逐層向下開挖，每開挖一層相應(yīng)完成鋼筋土釘?shù)氖┕ず兔鎸踊炷恋膰娚涔ぷ?，直至土釘墻施工完成。根?jù)現(xiàn)場土質(zhì)，采用先噴后錨。

2)土釘墻施工工藝流程見圖1。

圖1 土釘墻的施工工藝流程圖

3)土釘制作、成孔。

成孔作業(yè)前，按設(shè)計(jì)位置確定孔位?？孜怀?5°俯角，孔徑不小于100，成孔深度符合設(shè)計(jì)要求。土釘均采用HRB335Ф22螺紋鋼筋，在施工現(xiàn)場按設(shè)計(jì)長度截?cái)嗷蚝附?。土釘每? m焊接一組Φ6.5鋼筋制作的對中支架，土釘鋼筋端部做L形土釘帽與鋼筋網(wǎng)片及混凝土面層連接。在基坑開挖至要求深度后設(shè)置土釘，土釘間距為1.5 m。土釘安裝完成后，再固定好鋼筋網(wǎng)片。

4)土釘注漿。

注漿采用BW150型注漿機(jī)進(jìn)行。注漿壓力控制在0.4 MPa，使?jié){液充滿孔內(nèi)并適度擴(kuò)散到周圍土體中，注漿材料選用P.O32.5 水泥，水灰比為0.4 ～0.5，漿液應(yīng)攪拌均勻，注漿充盈系數(shù)不小于1.1，隨拌隨用。漿液在初凝前用完。注漿過程中邊注漿邊拔注漿管，并要求始終將注漿管頭置于水泥漿液中。

5)噴射混凝土。

本工程采用干噴法。采用12 m3的空壓機(jī)噴射裝置用干澆工藝進(jìn)行噴射。噴射混凝土的配合比為水泥∶砂∶碎石=1∶2∶2，水泥采用P.O32.5級水泥，噴射作業(yè)前，做好基層清理。在進(jìn)行噴混凝土作業(yè)時(shí)，空壓機(jī)風(fēng)量應(yīng)大于9 m3/min，氣壓控制在0.3 MPa左右，噴頭水壓大于0.15 MPa，噴射間距控制在1 m左右，并和墻面盡量保持垂直，以保證噴射強(qiáng)度。開噴前先通風(fēng)再給料給水，終凝前先停水停料，再停風(fēng)。噴射混凝土從開挖層底部逐漸向上進(jìn)行，接縫部分做成45°角。噴射第二層混凝土前，應(yīng)去除第一層混凝土松散、松動的部分。面層噴射混凝土終凝2 h后噴水養(yǎng)護(hù)不少于3 d。噴射混凝土強(qiáng)度按GB 50204-2002混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范中對混凝土強(qiáng)度檢查的規(guī)定，并根據(jù)噴射混凝土的特點(diǎn)，取同材料、同配合比、同噴射工藝的混凝土作為一個(gè)驗(yàn)收批，并要求每一個(gè)工作班內(nèi)，每50 m3或小于50 m3工程量制取一組強(qiáng)度檢驗(yàn)試塊，每組試塊不得少于3塊。

6)在施工時(shí)設(shè)置非工作釘進(jìn)行抗拔試驗(yàn)，面層混凝土按規(guī)范要求進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

5.2 灌注樁施工

工藝流程:鉆機(jī)就位→鉆孔→注泥漿→排渣→清孔→吊放鋼筋籠→二次清底→插入混凝土導(dǎo)管→澆筑混凝土→拔出導(dǎo)管。

1)支護(hù)樁定位放線。

在鉆孔灌注樁開始施工前，根據(jù)設(shè)計(jì)提供的坐標(biāo)及高程控制點(diǎn)對樁定位放樣，并在不受施工影響的位置設(shè)置臨時(shí)控制點(diǎn)，放線完成后提供完整的測量資料。復(fù)核無誤后開鉆施工。同時(shí)，應(yīng)對樁位點(diǎn)采取保護(hù)措施。

2)鉆機(jī)就位。

鉆機(jī)就位時(shí)，必須保持平穩(wěn)，不發(fā)生傾斜、位移，保證鉆頭中心與樁位中心相重合，偏差不超過20 mm。

3)鉆進(jìn)成孔。

鉆機(jī)的鉆桿上標(biāo)有尺寸，來控制鉆孔深度。鉆桿上設(shè)有扶正器。鉆完后用測繩復(fù)測實(shí)際孔深。

4)鋼筋籠制作安放。

對鋼筋的焊接及檢驗(yàn)由專人負(fù)責(zé)。鋼筋籠安放時(shí)，應(yīng)確保籠子順直、牢固、不變形，入孔時(shí)應(yīng)對準(zhǔn)中心徐徐下放，避免碰撞孔壁，若遇阻礙應(yīng)查明原因，酌情處理后，再繼續(xù)下入，下放到位后，安置牢固、穩(wěn)定，籠頂標(biāo)高允許偏差為±100 mm。

5)混凝土灌注。

安放鋼筋籠后，測量沉渣不大于15 cm方可澆筑混凝土?；炷凉嘧r(shí)應(yīng)對混凝土作坍落度抽檢(坍落度要求200 mm±20 mm)，每根作試塊一組。灌注中應(yīng)用測繩對混凝土面進(jìn)行測試，灌注中及時(shí)填寫灌注記錄表。灌注完畢后，對空樁應(yīng)及時(shí)回填，確保樁頭強(qiáng)度和施工安全。

5.3 土釘墻施工技術(shù)措施

土釘墻施工前對周圍建筑物及地下管線等進(jìn)行調(diào)查，事先制訂好防止危及周圍建筑物、道路、地下設(shè)施采取的措施以及應(yīng)急預(yù)案。必要時(shí)采取針對措施，避免事故的發(fā)生。

1)從很多土釘失穩(wěn)的實(shí)例看，無論施工階段還是使用階段，導(dǎo)致失穩(wěn)的自然因素主要是軟弱土層和地表及地下水。為預(yù)防土釘墻受水浸泡失穩(wěn)，所有施工場地地面均做混凝土硬化，并做臨時(shí)雨水系統(tǒng)排入市政管網(wǎng)，防止地表水對土體的浸泡。基坑四周做阻水坡，防止雨水流入基坑內(nèi)。基坑內(nèi)如有積水及時(shí)清除，以免影響土體穩(wěn)定。

2)開挖時(shí)應(yīng)分段分層作業(yè)，嚴(yán)禁超挖，盡量縮短土體暴露時(shí)間，及時(shí)在面層噴射混凝土。

3)土釘采用壓力注漿，注漿時(shí)注滿整個(gè)釘孔，以免減弱土釘?shù)淖饔?，影響土釘墻的穩(wěn)定性。

4)基坑開挖期間禁止在坑邊堆放超過設(shè)計(jì)要求載荷的重物。

6 基坑變形監(jiān)測要求及結(jié)果

本基坑安全等級為二級。為確?；娱_挖過程中的安全，按GB 50497-2009基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范規(guī)定:基坑變形允許值為0.4%，基坑邊坡變形預(yù)警值均定為25 mm，控制值定為35 mm。觀測精度要求水平誤差控制小于1.0 mm，垂直誤差控制小于1.0 mm。采用方向法進(jìn)行觀測，從基坑開挖開始觀測。位移觀測點(diǎn)在第一步護(hù)坡做完后布置，并做好基準(zhǔn)點(diǎn)的維護(hù)。土方開挖期間，要每天觀測一次，其他可每周觀測2次～3次，并做好記錄。如地面變形產(chǎn)生裂縫時(shí)，應(yīng)增設(shè)觀測點(diǎn)，隨時(shí)觀測裂縫的變化?；娱_挖完成兩周后，如邊坡穩(wěn)定不再繼續(xù)變形，可放大觀測周期，回填結(jié)束，觀測停止。在對基坑進(jìn)行變形監(jiān)測的同時(shí)，安排專職安全員對基坑周邊進(jìn)行巡視，觀察地表是否有裂縫、塌陷等，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)作好記錄，觀察變化情況，及時(shí)分析發(fā)生的原因，并根據(jù)對基坑安全的影響程度制定控制措施，確保基坑的安全。

本工程自2011年10月15日開始土方開挖至2012年5月1日地下室施工完成，在此期間對原建筑物進(jìn)行沉降觀測，周邊建筑物的最大沉降為3 mm。支護(hù)最大水平位移18 mm，與基坑開挖深度之比為2.4‰，小于規(guī)范要求允許值4‰的規(guī)定。并且基坑變形基本趨于穩(wěn)定，說明該基坑支護(hù)工程的設(shè)計(jì)和施工是安全的。

7 結(jié)語

該工程根椐場地地質(zhì)情況及周邊環(huán)境，采用了大面積土釘墻加局部灌注樁進(jìn)行基坑支護(hù)。土釘支護(hù)體系成本較低。其次土釘墻施工速度快，機(jī)具簡單，在開挖后短時(shí)間內(nèi)即可封閉土體，基坑邊坡變形能及時(shí)得到約束，安全性有保障，大大縮短了工期;由于該工程場地土質(zhì)為黃土，因此黃土地層基坑支護(hù)選用土釘墻加灌注樁可以保證周邊建筑物的安全，其低成本和安全穩(wěn)定性方面具有明顯的優(yōu)勢，在太原地區(qū)類似工程基坑支護(hù)應(yīng)用中其值得借鑒。