土層錨桿在深基坑支護(hù)中的應(yīng)用

0.工程概況

一煉鋼改造工程低位料倉(cāng)，位于一煉鋼辦公樓東側(cè)中央大道西側(cè)。地下建筑物的建筑外形尺寸為78.9mx20.3mx12.5m，基底標(biāo)高—12.5m。施工區(qū)域的原自然地面標(biāo)高0.95m，在基坑?xùn)|側(cè)，一煉鋼的鐵路運(yùn)輸線距基坑4.5m，西側(cè)四層辦公樓局基坑11m，北側(cè)為火車運(yùn)輸端線，距基坑13m。該工程所處位置的地質(zhì)地層為：見表1。

場(chǎng)地內(nèi)地下水為上部滯水，由大氣降水與生活排水補(bǔ)給，分布于雜填土中。地下水埋深1.1m左右，為承壓水，淤泥質(zhì)粉土為隔水層頂板，粉質(zhì)粘土為弱透水層。

1.基坑設(shè)計(jì)方案與施工

1.1支護(hù)設(shè)計(jì)方案的選擇

該基礎(chǔ)工程的主要特點(diǎn)是：

（1）施工場(chǎng)地狹小，東側(cè)西側(cè)均有重要鐵路線和大型施工設(shè)備運(yùn)行。

（2）基坑開挖較深，自地表計(jì)13.5m。

鑒于以上工程地質(zhì)水文地質(zhì)條件及基坑周邊環(huán)境的考慮，對(duì)各種支護(hù)方案進(jìn)行科學(xué)比較，最后選擇上部放坡（1：0.75），下部密排鋼樁，錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)。這種方案的特點(diǎn)是：施工周期短，工程造價(jià)低。其施工順序是挖土—打樁—挖土—敷設(shè)錨桿—挖土。既可以實(shí)行平行交叉作業(yè)，占地場(chǎng)地小，可在較狹窄的地段順利施工。

1.2支護(hù)設(shè)計(jì)依據(jù)及計(jì)算結(jié)果

1.2.1基坑—6.5m以上采用放坡形式，坡高1：0.75

β=f（Φ、C、r、H）

NS=rH/c

K=1.1～1.5

當(dāng)Φ=150時(shí) β=63.810 查手冊(cè)NS=9.40 則：

H=NSXC/Kr=6.6m大于6.5m 故基坑邊坡穩(wěn)定。

但這一計(jì)算結(jié)果是當(dāng)坡頂無(wú)地面荷載時(shí)才穩(wěn)定。而實(shí)際上，東側(cè)有鐵路運(yùn)輸線，西側(cè)有40#塔吊運(yùn)行，因此必須采取相應(yīng)的輔助措施加固區(qū)域邊坡。具體的方法是：東側(cè)的鐵路線處于基坑南側(cè)的部分距基坑較近4.5m，放坡前將這一段拆除。運(yùn)輸改至相鄰的鐵路線上。放坡后的相鄰鐵路線距基坑外邊線3.5m。其坡面噴上30mm厚的混凝土防止坡面上土流失。西側(cè)的塔吊是在軌道上運(yùn)行，所以在塔吊靠基坑一側(cè)的軌道下面設(shè)一排挖孔樁，將塔吊產(chǎn)生的壓力直接傳至—6.5m以下，從而保證上部邊坡的穩(wěn)定。

1.2.2樁錨支護(hù)計(jì)算

對(duì)于粘性土的設(shè)計(jì)采用值做進(jìn)一步簡(jiǎn)化處理得：

C=0

Φ=300

R=18KN/m3

土壓力計(jì)算考慮以下因素：

（1）鋼管為欄柵式，可透水，不計(jì)水壓力。

（2）不考慮樁體的摩阻力。

（3）火車與塔吊荷載按大面積均布荷載考慮q2=15KN/m2。

（4）作用在樁頂后的土按堆載計(jì)算q1=112KN/m2。

（5）作用在樁頂后的全部荷載為q1+q2=127KN/m2。

（6）樁按淺埋計(jì)算

ka=tg2（450-300/2）=0.333

kp=tg2（450+300/2）=3

eaq=qka=41.88KN/m2

設(shè)鋼樁入土深度6m則：

E1=Rka（H+t）2/2=506.49KN/m

E2=eaq（H+t）=544.44KN/m

E3p=rkpt2/2=972KN/m

以樁上端下1m做為絞支點(diǎn)，樁的底端為自由端，對(duì)絞支點(diǎn)取距且滿足∑M=0則：

E3（2/3*6+4.3）=E2（13/2-2.7）+E1（2/3*13-2.7）

E3=613.36KN/m

因計(jì)算被動(dòng)土壓力不能全部發(fā)揮作用可取小于2/3即：

E3/E3p=0.63<2/3 故被動(dòng)土壓力滿足要求。

在平衡狀態(tài)下同時(shí)滿足∑M=0即：F+E1+E2+E3=0

F=437.55KN/m

設(shè)三排預(yù)應(yīng)力錨桿，單錨工作拉力為：Rm=F/3=145.86KN/m

Mmax=Rm（t+H）-eaqH2/2-rkaH3/6=512.88KN/mm3

理論計(jì)算要比實(shí)際所產(chǎn)生的彎矩大得多，所以乘以折減系數(shù)0.74得：M=0.74Mmax=379.53KN/mm3。選Ι32a工字鋼做為護(hù)坡樁則：

W=692.2KN/m||=200cm3

則：=0.74Mmax/nw n=2.7≈3根

無(wú)火車、塔吊區(qū)域計(jì)算略。

即設(shè)錨桿兩排、單錨拉力Rm=190KN/m

樁長(zhǎng)L=13m Ι32a3根/m

錨桿設(shè)計(jì)：

錨桿長(zhǎng)度必須超過(guò)滑動(dòng)破裂面3m。滑動(dòng)面與水平方向夾角為：

450+Φ/2=52.50，錨桿入土點(diǎn)到滑動(dòng)面的水平距離為：a=6/tg52.50=4.6m。即自由段的長(zhǎng)度為8m。錨桿采用螺旋鉆干鉆不排土，高壓注漿工藝。螺旋鉆直徑為150mm，長(zhǎng)度為1.5m，鉆桿總長(zhǎng)度為16m，與水平夾角130。

1.3樁錨施工

1.3.1本工程使用以下機(jī)械

（1）柴油打樁機(jī) 2臺(tái)

（2）錨桿鉆機(jī) 2臺(tái)

（3）注漿泵 3臺(tái)

（4）水泥漿攪拌機(jī) 1臺(tái)

（5）交流電焊機(jī) 3臺(tái)

1.3.2打樁

基坑北側(cè)與東側(cè)的北部用與設(shè)計(jì)等強(qiáng)度的重軌（60KN/m）每延長(zhǎng)米打入5根。其他部位的鋼樁因單樁打入時(shí)由于強(qiáng)度不足而彎曲，所以制成組合裝打入。

1.3.3錨桿施工

因施工時(shí)間緊迫，所以采用干鉆不排土施工工藝。鉆桿之間用絲扣連接。橫梁用Ι25a工字鋼。工字鋼焊接到護(hù)坡樁上。每一段橫梁之間用12mm厚鋼板等強(qiáng)度焊接成為一體。

1.3.4應(yīng)用效果

本工程自開工到竣工歷時(shí)1個(gè)月時(shí)間，總計(jì)打入鋼樁615根，錨桿295根。經(jīng)過(guò)3個(gè)月的支護(hù)工工程監(jiān)測(cè)，最大變形量為5mm，周邊的所有建筑物均為發(fā)生破壞，支護(hù)工程非常成功。

2.結(jié)束語(yǔ)

土層樁錨支護(hù)系統(tǒng)因?yàn)槭且豁?xiàng)較為成熟的施工技術(shù)，但是往往成功率卻在60%以下，因此在具體設(shè)計(jì)施工過(guò)程中要注意以下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）土壓力的計(jì)算過(guò)程對(duì)那些因素考慮，哪些因素不考慮要結(jié)合實(shí)際情況。否則，考慮過(guò)多會(huì)使成本費(fèi)用成倍增長(zhǎng)而變得不經(jīng)濟(jì)?？紤]過(guò)少則會(huì)因突發(fā)情況的出現(xiàn)產(chǎn)生重大事故。

（2）錨桿的孔深必須超過(guò)土層滑動(dòng)面，并且在穩(wěn)定的土層中達(dá)到足夠的有效長(zhǎng)度。一般有效長(zhǎng)度為5-6m。太短不可靠，太長(zhǎng)錨桿拉力增加不明顯。同時(shí)要求螺旋錨頭必須有一定至于有一定抗剪強(qiáng)度的土層中。

（3）本工程所采用的錨桿因其錨固體是粉土與水泥漿的混合膠結(jié)結(jié)構(gòu)，因此必須實(shí)施高壓注漿的方法才能提高錨固體的強(qiáng)度，注漿壓力不小于0.5MPa。

（4）在深基坑的周圍一般有各種管線和建筑物必須加以保護(hù)。在開挖前地下水為承壓水，開挖后如采用井點(diǎn)大量排水或由于水力梯度與徑流速度增大，會(huì)造成土體強(qiáng)度降低，土顆粒被搬運(yùn)，從而造成因地面沉降或滑坡而產(chǎn)生被保護(hù)對(duì)象的損壞，以致造成重大事故。所以最好做基坑內(nèi)的盲溝集水井，并做好樁間土的封閉。

（5）因施工后的錨固體曾樹根狀，其影響范圍的土體的應(yīng)力狀態(tài)十分復(fù)雜，如何計(jì)算土體受力后應(yīng)力變化還待進(jìn)一步探討。