預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘墻支護(hù)深基坑雙排樁施工技術(shù)

摘要：以某高層建筑深基坑工程為例，研究其在完成雙排樁施工后實(shí)施的預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘墻支護(hù)施工技術(shù)。簡述雙排樁結(jié)構(gòu)及其預(yù)應(yīng)力支撐率，深入論述了深基坑開挖、預(yù)應(yīng)力錨桿施工、土釘墻施工等方面施工技術(shù)。測試結(jié)果表明，運(yùn)用本文所述預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘墻支護(hù)施工技術(shù)，能夠顯著提升雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載性能，減少了潛在的安全隱患，提升高層建筑深基坑工程的整體施工效果。

關(guān)鍵詞：高層建筑深基坑；預(yù)應(yīng)力錨桿；土釘墻；復(fù)合支護(hù)體系

0 引言

高層建筑深基坑施工涉及到土體的穩(wěn)定性，需考慮周邊建筑、地下管線和環(huán)境保護(hù)等問題。預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)作為一種集錨桿主動(dòng)加固與土釘被動(dòng)受力于一體的綜合支護(hù)技術(shù)，以其獨(dú)特的優(yōu)勢在高層建筑深基坑施工中得到了應(yīng)用。該技術(shù)通過錨桿深入穩(wěn)定土層提供強(qiáng)大的錨固力，結(jié)合土釘在土體表層的均勻分布，對(duì)深基坑土體形成復(fù)合支護(hù)體系，可顯著提高深基坑的整體穩(wěn)定性。

深入研究錨桿復(fù)合土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)，對(duì)確保高層建筑深基坑的施工安全具有重要作用[1]。本文以某高層建筑深基坑施工為例，在其完成雙排樁施工后實(shí)施的預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘墻支護(hù)施工技術(shù)，為在復(fù)雜地質(zhì)條件下進(jìn)行深基坑施工提供了解決方案[2]。

1 工程概況

某高層建筑工程深基坑地面標(biāo)高為35m，開挖面積為1530m2，開挖深度為15m。該建筑工程西側(cè)為開闊空地，地質(zhì)條件頗為復(fù)雜。經(jīng)現(xiàn)場地質(zhì)水文勘察確認(rèn)，該施工區(qū)域上層為塑性指數(shù)大、穩(wěn)定性差的粉質(zhì)黏土及淤泥層，厚度在5～8m之間；下層為富含砂粒的砂巖，平均厚度約6m，且發(fā)現(xiàn)該砂巖層結(jié)構(gòu)受損嚴(yán)重，部分殘余砂層最大厚度可達(dá)2.5m；地下水平位平均高度約為5.2m，主要為地下孔隙水。由于該施工區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，深基坑開挖過程中可能遇到土體承載力不足的問題。根據(jù)該深基坑的復(fù)雜地質(zhì)情況，決定在雙排樁支護(hù)的基礎(chǔ)上，采用預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘墻的支護(hù)結(jié)構(gòu)。

2 預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘墻支護(hù)施工技術(shù)

2.1 雙排樁結(jié)構(gòu)及其預(yù)應(yīng)力支撐率

本文重點(diǎn)研究預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘墻的支護(hù)施工技術(shù)，只對(duì)雙排樁結(jié)構(gòu)及其預(yù)應(yīng)力支撐率進(jìn)行簡要介紹，其施工過程不予闡述。

2.1.1 雙排樁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

雙排樁是基坑工程中常用的支護(hù)方式，本文所述深基坑工程由前、后兩排互相平行的鋼筋混凝土樁以及冠梁、前后排樁的樁頂連梁組成?；趶椥钥沽Ψǖ碾p排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，作用在前、后排樁上的土壓力以及前、后排樁土抗力的作用深度和范圍均不相同。

2.1.2 雙排樁的預(yù)應(yīng)力支撐率

在深基坑完成雙排樁施工后、預(yù)應(yīng)力錨桿和土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)體系施工之前，需要保證雙排樁的預(yù)應(yīng)力支撐率，以確保深基坑施工全過程的安全性。雙排樁采用預(yù)應(yīng)力錨桿進(jìn)行加固支護(hù)[3]，在這種支護(hù)模式下，雙排樁的承載力分散到眾多錨桿上，從而顯著提升深基坑整體支護(hù)能力[4]。雙排樁預(yù)應(yīng)力支撐率的計(jì)算公式如下：

（1）

公式中：P為雙排樁的預(yù)應(yīng)力支撐率，k為墻體總面積，e為支撐系數(shù)，a為慣性因子。

2.2 深基坑開挖

根據(jù)該深基坑地質(zhì)情況和土方開挖技術(shù)要求，需進(jìn)行分層逐步開挖作業(yè)，其每層開挖深度需進(jìn)行精確控制，以保證深基坑土體的穩(wěn)定性。開挖至淤泥層時(shí)，需進(jìn)一步縮短開挖長度至5m以下，且必須采用溝槽開挖方法，以避免坑壁失穩(wěn)[5]。

為增強(qiáng)深基坑坑壁的穩(wěn)固，應(yīng)適當(dāng)減少各層開挖的高度和長度。在土方開挖過程中，需要人工清除松散土體，以增加坑壁的平整度。若開挖面滲水嚴(yán)重，應(yīng)及時(shí)設(shè)置臨時(shí)疏通孔。對(duì)于土質(zhì)較差的地段，可先進(jìn)行小部分的混凝土初噴。

2.3 預(yù)應(yīng)力錨桿施工

2.3.1 預(yù)應(yīng)力錨桿施工流程

預(yù)應(yīng)力錨桿的施工流程如下：錨桿制作→放線定位→鉆進(jìn)成孔→安放拉筋→壓力注漿→養(yǎng)護(hù)并達(dá)到設(shè)定強(qiáng)度→張拉鎖定。

2.3.2 預(yù)應(yīng)力錨桿與水泥漿液配制

預(yù)應(yīng)力錨桿由鋼質(zhì)錨頭、套管、預(yù)應(yīng)力筋、止?jié){塞、墊板、螺母等組成。其套管由具有足夠強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性的塑料管制成，用于壓力注漿。預(yù)應(yīng)力筋采用高強(qiáng)精軋螺紋鋼制成，用于預(yù)應(yīng)力張拉和鎖定。

預(yù)應(yīng)力錨桿注漿所用水泥漿普通硅酸鹽水泥、粒徑小于2mm的中細(xì)砂與符合技術(shù)要求的水，按2：2：1配合比攪拌而成。水泥漿液必須在初凝前、經(jīng)過充分?jǐn)嚢韬蠓娇墒褂谩?/p>

2.3.3 預(yù)應(yīng)力錨桿安裝

在完成深基坑雙排樁施工后，為了保證深基坑支護(hù)樁的穩(wěn)固性，隨著深基坑土方分層開挖，需要同步分層進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨桿施工。預(yù)應(yīng)力錨桿鉆孔時(shí)，在雙排樁的軸心或其縱向連系梁中心位置鉆設(shè)預(yù)應(yīng)力錨桿孔，然后深入土體。

在預(yù)應(yīng)力錨桿施工前，必須根據(jù)施工圖紙準(zhǔn)確標(biāo)記預(yù)應(yīng)力錨桿的位置并編號(hào)。在預(yù)應(yīng)力錨桿放線定位后，使用錨桿鉆機(jī)進(jìn)行無水干鉆。鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，使用高壓空氣將孔內(nèi)清理出來。錨桿孔檢驗(yàn)合格后，將組裝好的預(yù)應(yīng)力錨桿的錨頭端朝向錨桿孔并安放到錨桿孔底部。

預(yù)應(yīng)力錨桿安放完畢后，在預(yù)應(yīng)力錨桿的外端向錨桿孔中進(jìn)行壓力注漿。為提高預(yù)應(yīng)力錨桿的抗拔能力，可在第一次注漿初凝2h后進(jìn)行第二次壓力注漿，并保壓5min。預(yù)應(yīng)力錨桿二次加壓注漿的壓力必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求。注入的水泥漿完全凝固后，錨桿的錨固端、土體和雙排樁即可穩(wěn)固地連接在一起。

2.3.4 預(yù)應(yīng)力錨桿張拉

完成預(yù)應(yīng)力錨桿注漿且經(jīng)過規(guī)定時(shí)間養(yǎng)護(hù)后，對(duì)錨桿進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉。當(dāng)錨桿的拉力值上升至設(shè)計(jì)拉力值的1.1倍左右時(shí)，保持10min，進(jìn)行錨桿鎖定作業(yè)。通過預(yù)應(yīng)力錨桿施工，能夠提升雙排樁的穩(wěn)定性，進(jìn)而確保深基坑的施工安全。

2.4 土釘墻施工

2.4.1 土釘墻施工流程

在深基坑開挖過程中，為了防止坑壁坍塌，隨著土方開挖、坑壁的分階段形成和預(yù)應(yīng)力錨桿施工的逐步完成，必須及時(shí)進(jìn)行土釘墻施工。土釘墻的施工流程如下：初噴底層混凝土→放線定位→鉆設(shè)土釘孔→安裝土釘→土釘孔注漿→掛鋼筋網(wǎng)并與土釘端部焊接→復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。

2.4.2 土釘及其支護(hù)結(jié)構(gòu)

深基坑開挖面垂直于地面，通常將土釘?shù)陌惭b角度設(shè)定為10～16°。該深基坑上層為粉質(zhì)黏土等難以鉆孔成型的軟土地質(zhì)，因此采用一級(jí)鋼管作為土釘，鋼管直徑設(shè)定為35mm，壁厚在2.5～2.9mm之間。采用人工鉆孔方法，將孔徑控制在85～89mm之間。在成孔過程中應(yīng)避開地下建筑物，按照設(shè)計(jì)要求保證土釘?shù)慕嵌?、孔徑和深度?/p>

在土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，需要嚴(yán)格控制土釘長度與基坑深度的比例關(guān)系，以使土釘具有足夠的支護(hù)強(qiáng)度，確保深基坑的整體穩(wěn)定性與安全性。對(duì)于不飽和黏土，該比例應(yīng)為0.3～0.4；對(duì)于軟塑性粘性土，該比例不應(yīng)小于1；在流塑性飽和土中，該比值可達(dá)5。土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.4.3 土釘安裝與注漿

在深基坑的坑壁進(jìn)行清理、平整后，在其表層初噴一層底層混凝土，然后放線定位，鉆設(shè)土釘孔并安裝土釘，然后進(jìn)入注漿操作階段。底層混凝土的配合比按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行配置。

注漿前，需將注漿袋綁在管口處，同時(shí)打開其底部注漿管。注漿時(shí)，土釘孔的注漿壓力應(yīng)保持在0.5MPa，根據(jù)土質(zhì)情況可調(diào)整為0.4～0.6MPa。注漿操作時(shí)間保持在8～10min，直至土釘孔內(nèi)充滿水泥漿。

2.4.4 掛設(shè)鋼筋網(wǎng)與噴射護(hù)壁混凝土

土釘完成安裝與注漿且達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，在坑壁上掛設(shè)鋼筋網(wǎng)。將鋼筋網(wǎng)主筋與外漏的土釘端部焊接成一體，以便將鋼筋網(wǎng)牢固地掛設(shè)在坑壁上，從而保證在混凝土噴射過程中不發(fā)生振動(dòng)或位移。

在完成鋼筋網(wǎng)掛設(shè)后，進(jìn)行護(hù)壁混凝土復(fù)噴操作，以使坑壁形成穩(wěn)定的混凝土結(jié)構(gòu)層。復(fù)噴混凝土的配合比與初噴時(shí)相同，噴射混凝土對(duì)鋼筋網(wǎng)的保護(hù)層厚度至少應(yīng)達(dá)到25mm，且需滿足設(shè)計(jì)厚度。

噴涂作業(yè)應(yīng)按照自下而上的順序進(jìn)行，噴嘴與坑壁的距離應(yīng)保持在1m左右，噴涂方向應(yīng)與坑壁面保持垂直[6]。遇到鋼筋時(shí)，應(yīng)先噴涂鋼筋背面，再噴涂其正面，防止鋼筋后面形成空洞。完成噴涂且混凝土終凝后開始進(jìn)行噴水養(yǎng)護(hù)，促進(jìn)護(hù)壁混凝土達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度。

3 測試與分析

3.1 測試方法

設(shè)置3個(gè)測試小組，在彈性法求解的框架內(nèi)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)研究與數(shù)值計(jì)算時(shí)，選用ABAQUS（工程模擬有限元軟件）來構(gòu)建分析模型。針對(duì)預(yù)應(yīng)力錨桿對(duì)雙排樁支護(hù)的穩(wěn)定性效果進(jìn)行測試，分析該支護(hù)體系中各個(gè)組成部件的具體作用。

3.2 測試數(shù)據(jù)與分析

為實(shí)現(xiàn)這一測試目標(biāo)，首先在有限元軟件中輸入該高層建筑深基坑工程的地質(zhì)數(shù)據(jù)參數(shù)，然后通過軟件模擬，分析在采用預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)條件下雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的壓力變化動(dòng)態(tài)，從而清晰地展示出預(yù)應(yīng)力錨桿對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響效果。前排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)彎矩變化情況如圖2所示，后排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)彎矩變化情況如圖3所示。

3.3 測試數(shù)據(jù)分析

從圖2和圖3可知，隨著樁體深入土層的深度增加，3個(gè)小組在雙排樁結(jié)構(gòu)的彎矩變化趨于一致。在雙排樁的支護(hù)結(jié)構(gòu)中，后排樁出現(xiàn)顯著的彎矩峰值。

由于后排樁的一部分為懸臂段，使得后排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)在此區(qū)域產(chǎn)生了較大彎矩。但是隨著樁體埋深的增加，彎矩逐漸減小。分析認(rèn)為，這是因?yàn)榍昂髽扼w之間存在高度差，能夠有效分擔(dān)并卸除部分土體壓力，改善了樁體受力狀況。

測試數(shù)據(jù)說明，3個(gè)小組的彎矩變化程度均在0kN·m以上，達(dá)到了預(yù)期效果。運(yùn)用本文所述復(fù)合預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)，能夠顯著提升雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載性能，有效分散了土體壓力、控制了樁體位移量，減少了潛在的安全隱患，從而提升了該高層建筑工程的施工質(zhì)量。

綜上所述，通過運(yùn)用本文所述預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘墻支護(hù)施工技術(shù)，有效提升了該建筑工程深基坑支護(hù)體系的整體穩(wěn)定性和承載能力，減少了潛在的安全隱患，達(dá)到了預(yù)期效果，具有較好的應(yīng)用前景。

4 結(jié)束語

通過工程實(shí)例，對(duì)預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘墻支護(hù)高層建筑深基坑雙排樁的施工技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)和創(chuàng)新，結(jié)合地質(zhì)條件優(yōu)化預(yù)應(yīng)力錨桿布置與土釘墻施工方法，以最小的環(huán)境擾動(dòng)實(shí)現(xiàn)了最大化支護(hù)效能，促進(jìn)了工程質(zhì)量的提高，保障了深基坑施工安全。但該設(shè)計(jì)還存在不足之處，如高性能復(fù)合材料替代傳統(tǒng)材料等。

今后在施工和研究過程中，應(yīng)對(duì)邊坡的變形程度等進(jìn)行監(jiān)測，如發(fā)現(xiàn)施工中存在處理不到位的情況，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)救處理，嚴(yán)格把控施工材料的質(zhì)量和施工設(shè)備的正常運(yùn)行，確保深基坑支護(hù)的穩(wěn)固與安全。

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