蘭州城市規(guī)劃展覽館土釘墻支護(hù)應(yīng)用技術(shù)

張福龍， 賈　良， 梁瀟文, 郭亞宇

(陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 陜西渭南 741000)

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蘭州城市規(guī)劃展覽館土釘墻支護(hù)應(yīng)用技術(shù)

張福龍， 賈良， 梁瀟文, 郭亞宇

(陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 陜西渭南 741000)

【摘要】通過(guò)對(duì)蘭州城市規(guī)劃展覽館基坑土釘墻支護(hù)工程的設(shè)計(jì)施工、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)及分析研究，總結(jié)在基坑支護(hù)設(shè)計(jì)及施工時(shí)，基坑地表裂縫、土釘墻坡頂位移及墻體頂部變形的規(guī)律，為蘭州地區(qū)類似基坑支護(hù)工程積累一定工程經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】土釘墻支護(hù)；面層位移；坡頂位移

土釘墻支護(hù)技術(shù)因施工速度快、經(jīng)濟(jì)合理、噪音及環(huán)境污染小、抗震性能好、移動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn)，使其已逐漸成為我國(guó)主要的基坑支護(hù)技術(shù)。雖然土釘墻支護(hù)技術(shù)在我國(guó)起步較晚，但具有的諸多優(yōu)點(diǎn)，使其在基坑支護(hù)，尤其是黃土地區(qū)的基坑支護(hù)具有廣闊的應(yīng)用前景。國(guó)內(nèi)初次在基坑支護(hù)工程中使用土釘墻的是山西柳灣煤礦的基坑支護(hù)工程，該基坑通過(guò)采用土釘墻支護(hù)技術(shù)，基本達(dá)到了預(yù)期的支護(hù)效果。隨后在深圳金安大廈和發(fā)展銀行大廈的基坑支護(hù)工程中，胡建林等人設(shè)計(jì)采用土釘墻支護(hù)并獲得成功。隨著工程案例的不斷增多，土釘墻的應(yīng)用也更為普遍。雖然國(guó)內(nèi)土釘墻支護(hù)技術(shù)起步較晚，但由于諸多在工程上成功使用的案例，使我國(guó)土釘墻支護(hù)設(shè)計(jì)施工技術(shù)位于世界的領(lǐng)先水平。

蘭州城市規(guī)劃展覽館在基坑支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)采用土釘墻，本文針對(duì)基坑施工時(shí)及后續(xù)監(jiān)測(cè)時(shí)地表裂縫、坡頂位移及墻體頂部的變形規(guī)律進(jìn)行研究與歸納，總結(jié)其規(guī)律，為蘭州地區(qū)采用類似的支護(hù)工程提供一些經(jīng)驗(yàn)。

1工程及工程地質(zhì)概況

蘭州市城市規(guī)劃展覽館場(chǎng)地位于蘭州市城關(guān)區(qū)北濱河路南側(cè)，東臨蘭州市自然能源研究所，南臨黃河。擬建設(shè)用地1.13ha(17畝)，總建筑面積約15 000m2，基坑總面積約4 900m2。

據(jù)相關(guān)方介紹及現(xiàn)場(chǎng)勘查，該基坑南側(cè)緊鄰黃河，在河堤人行道下方有一道天然氣管線，埋深約1.5m，該管線在基坑開(kāi)挖前將移至本次開(kāi)挖基坑北側(cè)，新管線距基坑上口線約3.3m，埋深約1.5m；基坑周邊還有部分雨水及天然氣管線緊靠北側(cè)地下車庫(kù)；基坑西側(cè)無(wú)管道，場(chǎng)地較簡(jiǎn)單，無(wú)建筑物及構(gòu)筑物。基坑各土層力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1　土層物理力學(xué)指標(biāo)

2總體設(shè)計(jì)原則與設(shè)計(jì)方案

在保證基坑邊壁穩(wěn)定、基坑周邊道路及地下管線不受損害的前提下，做到技術(shù)先進(jìn)、施工簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)合理是該基坑設(shè)計(jì)必須遵循的原則。

結(jié)合工程的基坑面積、開(kāi)挖深度、周邊環(huán)境的實(shí)際情況以及工期和造價(jià)等綜合因素的考慮，確定本基坑工程采用土釘墻支護(hù)。支護(hù)斷面為3個(gè)，分別為：

(1)南側(cè)?；娱_(kāi)挖深度為4.0m，開(kāi)挖的坡率為1∶0.3(圖1)。

(2)東側(cè)、西側(cè)。周邊無(wú)建筑物、構(gòu)筑物及地下管網(wǎng)，土釘墻支護(hù)設(shè)計(jì)方案按原方案進(jìn)行。此處基坑開(kāi)挖深度為5.6m，開(kāi)挖的坡率為1∶0.3(圖2)。

(3)北側(cè)。北臨新遷移天然氣管道，在支護(hù)中考慮土釘長(zhǎng)度及入射角度，設(shè)計(jì)土釘從天然氣管道下方穿過(guò)。此處基坑的開(kāi)挖深度為5.6m，坡率為1∶0.3(圖3)。

圖2　剖面圖2

圖3　剖面圖3

3基坑設(shè)計(jì)及施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1工程降排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1.1降水井與管井設(shè)計(jì)

(1)根據(jù)計(jì)算結(jié)果，降水井設(shè)置16口，距離基坑上口線開(kāi)挖線1.0m左右。根據(jù)基坑周邊情況，在臨黃河一側(cè)(即基坑南側(cè))適當(dāng)加密降水井?dāng)?shù)量，間距18m左右，其他三個(gè)方向降水井間距可設(shè)為20m左右。

(2)降水井成孔設(shè)計(jì)采用清水或泥漿護(hù)壁沖擊鉆進(jìn)，井管下沉后洗井，保持濾網(wǎng)暢通，孔徑設(shè)計(jì)為600mm，管井直徑設(shè)計(jì)為300mm。

(3)降水井下部設(shè)置一根沉砂管(長(zhǎng)度2.5m)，降水井管過(guò)濾器長(zhǎng)度與含水層厚度相適應(yīng)，采用長(zhǎng)度不小于5m的過(guò)濾器。

(4)井管外濾料厚度不小于120mm，濾料采用磨圓度較好的3～15mm礫石，從井底填至井口下2.5m左右，上部用黏土封口，井管管底必須封閉，保證密封質(zhì)量。

(5)在基坑開(kāi)挖前期及施工期間的降水過(guò)程中，定期抽取水樣，進(jìn)行含砂量的測(cè)定試驗(yàn)，確保水樣中的含砂量小于0.5 ‰。

3.1.2排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(1)沿基坑周邊設(shè)置直徑不小于200mm的鋼管主排水管，經(jīng)沉淀池沉淀后排入城市下水管網(wǎng)。

(2)三級(jí)沉淀池設(shè)置不少于2個(gè)，可用鋼板制作，也可為37磚墻，長(zhǎng)3m，寬1.5m，高1.2m。

(3)在臨近基坑頂部約2m范圍內(nèi)的地表采取適當(dāng)?shù)奶钔良痈叽胧?，保證雨期造成的地表徑流得到有效的疏散，避免坑頂積水對(duì)邊坡造成危害。

3.1.3應(yīng)急預(yù)案

因該基坑緊臨黃河，豐水期黃河補(bǔ)給地下水，必須要考慮黃河水大量補(bǔ)給基坑導(dǎo)致基坑積水的問(wèn)題。因此一旦出現(xiàn)基坑坑底大量積水、涌水等問(wèn)題，在積水、涌水等較嚴(yán)重位置的基坑底部設(shè)置集水井，及時(shí)用水泵將水抽出，防止積水浸泡坡腳。

坑底集水井應(yīng)不透水，集水井深約900mm，直徑約700mm，集水井壁外包30～80目濾網(wǎng)。

3.2土方開(kāi)挖

基坑土方開(kāi)挖依據(jù)從上到下的開(kāi)挖原則，分層分段依次進(jìn)行。圖1剖面每次開(kāi)挖深度不超過(guò)2m；圖2剖面每次開(kāi)挖深度不超過(guò)1.3m；圖3剖面每次開(kāi)挖深度不超過(guò)1.4m。車庫(kù)坡道可作為馬道，坡率為1∶6.67?？紤]到基坑開(kāi)挖正值蘭州的雨季，在土方開(kāi)挖施工完畢后，應(yīng)及時(shí)組織工人對(duì)邊坡進(jìn)行修整，并且預(yù)噴一層素混凝土。

3.3土釘施工的問(wèn)題和應(yīng)對(duì)措施

3.3.1土釘施工的問(wèn)題

根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境實(shí)地勘察和測(cè)量，土釘墻施工需要考慮如下問(wèn)題：

(1)北濱河路為蘭州市交通主干道，交通量大，可利用的施工操作空間狹??；

(2)北濱河路距離開(kāi)挖基坑最近處約為2m，并且靠近基坑一側(cè)有新遷移天然氣管道，施工不便；

(3)基坑開(kāi)挖及支護(hù)時(shí)，正值蘭州雨季并且位于黃河岸邊，基坑地下水位較高，在鉆孔時(shí)常會(huì)引起孔壁坍塌。

3.3.2應(yīng)對(duì)措施

針對(duì)以上問(wèn)題，通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算和研究，采取如下的具體措施：

(1)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)周邊的具體條件及環(huán)境，采用鉆孔注漿型土釘，確保支護(hù)施工對(duì)基坑周邊的管線及建筑物的影響降到最小，并且保證基坑安全。

(2)為確保土釘注漿順利、漿液飽滿及抗水平能力，土釘以15°～20°的傾角打入，并且可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的地質(zhì)情況，適當(dāng)調(diào)整土釘?shù)拇蛉雰A角，以方便土釘打入更好的土層及避開(kāi)周邊障礙物。

(3)為使土釘釘體居中安裝，保證土釘質(zhì)量，螺紋鋼筋每隔2m安裝一個(gè)定位支架，驗(yàn)孔完畢后與螺紋鋼筋共同插入孔內(nèi)。

(4)事先做好降低地下水的工作，確保土釘施工時(shí)位于地下水位之上。

4基坑工程應(yīng)急預(yù)案及措施

4.1應(yīng)急預(yù)案

4.1.1危險(xiǎn)源

蘭州城市規(guī)劃展覽館基坑因位于黃河岸邊，并且開(kāi)挖正值雨季，因土方開(kāi)挖卸載引起了以下工程問(wèn)題：

(1)開(kāi)挖南側(cè)邊坡時(shí)，因未及時(shí)支護(hù)，導(dǎo)致有邊坡有局部的塌方；

(2)基坑北側(cè)因開(kāi)挖施工等原因，導(dǎo)致基坑頂部產(chǎn)生裂縫；

(3)基坑開(kāi)挖到底后，西側(cè)邊坡有部分“踢腳”現(xiàn)象。

4.1.2應(yīng)急預(yù)案

針對(duì)如上開(kāi)挖及施工的問(wèn)題，可采取如下的應(yīng)急預(yù)案：

(1)可在基坑周圍2m以內(nèi)的范圍進(jìn)行打孔，灌注聚氨酯或水泥-水玻璃雙漿液等進(jìn)行加固。

(2)針對(duì)西側(cè)基坑出現(xiàn)部分“踢腳”現(xiàn)象，可采取坡頂卸載、被動(dòng)區(qū)堆載或注漿加固等方案。

(3)開(kāi)挖修整完后坡面后，可根據(jù)情況先噴射一薄層混凝土，或直接構(gòu)筑鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土，待混凝土凝結(jié)后，再鉆孔。

4.2應(yīng)急措施

基坑開(kāi)挖前應(yīng)預(yù)見(jiàn)事故發(fā)生的可能性，施工前準(zhǔn)備一定數(shù)量的應(yīng)急材料，并采取確實(shí)有效的措施，確保施工安全。采取的具體措施如下：

(1)考慮到基坑開(kāi)挖及支護(hù)正值蘭州的雨季，并且基坑最近處離黃河僅為10m，為防止地表徑流及基坑底部突涌對(duì)基坑開(kāi)挖施工造成危害，采取開(kāi)挖明溝及盲溝等措施對(duì)積水進(jìn)行疏導(dǎo)。

(2)如基坑開(kāi)挖遇到卵石層中部部位存在粉細(xì)砂層，粉細(xì)砂層開(kāi)挖后極易滑坡，可根據(jù)粉細(xì)砂層的厚度及分布采取超前微型管樁的支護(hù)方案。

(3)施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)采用供電雙回路，或者在工地現(xiàn)場(chǎng)備用一臺(tái)發(fā)電機(jī)(功率不小于35kW)，備停電時(shí)供降水需要，以防水淹基坑，造成安全隱患。

5結(jié)論

城市規(guī)劃展覽館基坑土釘墻支護(hù)是蘭州地區(qū)十分典型的支護(hù)工程案例，經(jīng)過(guò)對(duì)其在設(shè)計(jì)、施工及監(jiān)測(cè)方面的研究及歸納，總結(jié)如下幾點(diǎn)研究結(jié)論：

(1)土釘墻支護(hù)施工完成后，通過(guò)對(duì)坡頂3個(gè)月的位移監(jiān)測(cè)，其變形值均控制在10mm以內(nèi)，滿足基坑支護(hù)的安全要求。

(2)通過(guò)對(duì)基坑的監(jiān)測(cè)得知,最大的水平位移發(fā)生于土釘墻墻體的頂部，并且隨著開(kāi)挖深度的增加，基坑變形呈現(xiàn)出“探頭”型的變形規(guī)律。

(3)通過(guò)對(duì)邊坡坡頂裂縫的監(jiān)測(cè)，裂縫與地面交點(diǎn)距離邊坡面層約1.6～1.8m，為開(kāi)挖基坑深度的0.35倍左右。

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[作者簡(jiǎn)介]張福龍(1988～)，男，碩士，助教，從事地基與基礎(chǔ)工程的教學(xué)及研究。

【中圖分類號(hào)】TU94+2

【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B

[定稿日期]2016-03-10