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深基坑施工作為水利施工經(jīng)常遇到的類型,其重要性不言而喻。正確的、合理的選擇支護(hù)類型,是保證深基坑施工質(zhì)量的前提。

1 常見支護(hù)類型

1)懸臂樁支護(hù)。懸臂樁支護(hù)是依靠足夠的入土深度來實現(xiàn)支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2)錨噴支護(hù)。錨桿在砂漿凝固后,在錨桿出露邊坡處進(jìn)行掛網(wǎng),再噴漿,使邊坡的非穩(wěn)定部分與錨噴的錨桿連成一片,并牢固地錨固在穩(wěn)定部分內(nèi)。不僅防止了邊坡失穩(wěn),還能防止邊坡的局部土體剝落、掉塊及崩塌,可以有效地維護(hù)邊坡穩(wěn)定。

3)深層攪拌樁支護(hù)。深層攪拌樁是利用水泥等固化劑,通過深層攪拌機(jī)械與軟土拌和,固化劑會與軟土發(fā)生一系列的物理化學(xué)變化,使二者成為一個整體性好,水穩(wěn)性高,并具有一定強(qiáng)度的樁體。深層攪拌樁是利用自身的重量來抵抗側(cè)向力保持穩(wěn)定,一般來說,內(nèi)部無需支撐,因而具有施工簡單,造價低廉,環(huán)境破壞小等優(yōu)點,具有很強(qiáng)的競爭力。

4)鋼板樁支護(hù)。鋼板樁支護(hù)是利用帶鎖口或鉗口的熱軋型鋼互相銜接形成鋼板樁墻來抵擋側(cè)向力。但施工時噪聲較大,影響周圍環(huán)境,不適用于人口密集區(qū)。而且鋼板的柔性,也是此種支護(hù)類型的薄弱點。

5)高壓噴射墻支護(hù)。其加固原理是將高壓水泥漿噴射入松散的軟弱地層中,通過與軟弱土之間的物理化學(xué)變化,形成高強(qiáng)度的混合物層。尤其適用于承載能力較高的地層下存在軟弱地層的地質(zhì)情況。

6)地下連續(xù)墻支護(hù)。地下連續(xù)墻具有整體剛度大,防滲效果好等優(yōu)點,特別適用于基坑底面以下有深層軟土?xí)r需將墻體插入很深的情況。

7)加筋水泥土墻支護(hù)。加筋水泥土墻是將H型鋼插入水泥混凝土樁中,水泥混凝土具有很好的抗?jié)B性,而H型鋼抵抗側(cè)向荷載能力強(qiáng),二者結(jié)合具有很好的抗?jié)B性和擋土能力。

8)土釘支護(hù)。土釘支護(hù)是利用土體自身的承載能力,通過在土體中按照一定的間距布置土釘,并輔以鋼筋網(wǎng)噴射混凝土面層與土體協(xié)同工作,以提高土體的整體剛度和穩(wěn)定性,確?；拥姆€(wěn)定。

2 土釘支護(hù)機(jī)理分析

土體的抗拉、抗剪能力雖然較差,但在某些情況下,仍然能保持一定的穩(wěn)定性。

一般的支護(hù)結(jié)構(gòu)都是利用自身結(jié)構(gòu)來抵抗其支擋的土體側(cè)壓力,防止土體產(chǎn)生較大變形或整體穩(wěn)定性破壞。而土釘支護(hù)則是在土體內(nèi)設(shè)置一定長度和密度的土釘,土釘與土體共同工作,有效的彌補(bǔ)土體自身抗拉、抗剪能力差的缺點,提高了土體的整體剛度,使土體的自身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度潛力得到充分發(fā)揮,并遏制邊坡變形和破壞形態(tài)的發(fā)生。

按一定的形式布置土釘,在空間上可以起到一定的骨架作用,對整體起到一定的加勁作用。土釘支護(hù)施工時灌注的漿液,通過滲透、擴(kuò)散和填充,特別是壓力灌漿,會較強(qiáng)有效的擠壓周圍的土體,提高了周圍土體的密度和抗剪能力。而對于劈裂灌漿,漿液在鉆孔附近會形成一個網(wǎng)狀。這樣既提高了土體法向應(yīng)力之和,從而提高土體的整體剛度,又能減小最大應(yīng)力與最小應(yīng)力的差值,從而提高土體的穩(wěn)定性。實踐表明,當(dāng)基坑深度超過13 m時,常規(guī)的土釘是很難滿足規(guī)范要求的,采用劈裂灌漿的工藝,則能提高原狀土體的力學(xué)指標(biāo),尤其是 c,φ值的提高,土體直立臨界開挖深度得到提高,使土釘獲得成功。

土釘與土體共同作用,土釘沿長度方向受力并不是線性的。表現(xiàn)在土釘兩端受力小,中間受力大,靠近滑裂面處的土釘受力最大。冶金工業(yè)部建筑研究總院曾對某一大型基坑土釘方案進(jìn)行研究,得到土釘受力的具體數(shù)據(jù)如圖1所示。

德國Karlsruhe大學(xué)對土釘進(jìn)行了大量實驗,試驗結(jié)果表明:土釘支護(hù)開挖的主動土壓力隨開挖深度先是線性增加,到一定深度后線性減小,基地的主動土壓力其實很小。試驗結(jié)果與冶金工業(yè)部建筑研究總院研究結(jié)果不謀而合。后經(jīng)工程現(xiàn)場實測,也證實了土釘在基坑中部受力最大,上部和下部受力均較小(見圖2)。

3 土釘支護(hù)存在的問題

1)在對土釘支護(hù)進(jìn)行設(shè)計時,設(shè)計人員對所用參數(shù)往往直接按照勘察單位給出的資料進(jìn)行取值,不進(jìn)行分析和思考。但是很多資料,尤其是填土資料,很多勘察單位是按照以往的經(jīng)驗進(jìn)行考慮,因而易造成設(shè)計上的偏差。2)對膨脹土基坑的土釘支護(hù)設(shè)計,設(shè)計人員往往沒有特殊考慮,僅僅按照常規(guī)方法進(jìn)行設(shè)計。對于膨脹土深基坑,因長期暴露,易造成土體的膨脹變形,產(chǎn)生基坑病害,最終導(dǎo)致基坑的失穩(wěn)。設(shè)計時對膨脹土穩(wěn)定性分析應(yīng)有別于一般性土。一般來說,宜采用剛?cè)嵯酀?jì)的支護(hù)方法。3)在深基坑開挖及土釘支護(hù)的過程中,應(yīng)做好監(jiān)控工作。一般的施工單位往往忽視對土釘墻壁的變形觀測,待基坑開挖到一定深度時,較大的變形最終導(dǎo)致基坑失穩(wěn)事故的發(fā)生。這就要求施工單位加強(qiáng)信息化管理,隨時監(jiān)控各相關(guān)數(shù)據(jù),利用科學(xué)的管理確保工程的高質(zhì)量。4)水處理是每個工程都必須面對的問題。深基坑支護(hù)的排水尤為重要。優(yōu)勢滑移控制線以內(nèi)及其附近的各種水源或積水均有可能危害到基坑邊壁的穩(wěn)定。

4 工程實例分析

某工程需進(jìn)行深基開挖,坑底標(biāo)高6.3 m,場地地面標(biāo)高13.1 m～18.3 m。地形由西向東,由南向北傾斜。地面高差約為3.7 m,開挖最大深度12 m,東側(cè)開挖深度6.9 m,基坑邊長293 m。

基坑西側(cè)距城市主干道11 m,南側(cè)緊鄰道路開挖,北側(cè)為正在施工的某高架橋一號墩,東側(cè)距4層樓商廈10 m。

場地地質(zhì)勘測報告表明,場地內(nèi)巖層分布為:素填土,第四紀(jì)坡殘積層,第四紀(jì)殘積層以及花崗巖。地下水距地面1.7 m,主要來源于自然降水,地下水對混凝土沒有腐蝕性。

經(jīng)分析比較,決定采用土釘支護(hù)為主的支護(hù)結(jié)構(gòu)。具體布置為北側(cè)采用懸臂樁支護(hù),西、南側(cè)采用預(yù)應(yīng)力錨桿與土釘聯(lián)合支護(hù),東側(cè)采用土釘支護(hù)。東側(cè)具體布置圖如圖3所示。

基坑的開挖與土釘?shù)氖┕そ惶孢M(jìn)行,西、南兩側(cè)的挖土分四層進(jìn)行,挖土深度分別為 4.6 m,2.2 m,2.2 m,2.2 m,東側(cè)挖土也分四層進(jìn)行,分別為2.3 m,2.5 m,1 m,1.5 m。土釘采用普通地質(zhì)鉆機(jī)和洛陽鏟成孔,孔徑不小于12 cm。然后插孔灌漿,水泥用425號硅酸鹽水泥,水灰比為0.45。在正式施工前,先對土釘進(jìn)行抗拔力試驗,所用土釘長9 m,共4根,錨固在第四紀(jì)坡殘積層土中,桿體灌漿與實際工程用的土釘一樣。具體試驗結(jié)果見表1。

表1 土釘抗拔力試驗結(jié)果

由表1可以看出,土釘均處于彈性變形階段,與周圍土體有良好的共同作用的能力。當(dāng)基坑開挖至設(shè)計標(biāo)高時,通過監(jiān)測,坡頂位移為3 cm。開挖各側(cè)沒有發(fā)現(xiàn)不均勻沉降和開裂現(xiàn)象,整個支護(hù)結(jié)構(gòu)處于良好的工作狀態(tài)之中。在基坑施工過程中,曾遭遇多次暴雨襲擊,但并沒有發(fā)現(xiàn)安全隱患,土釘支護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定。

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