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        微型注漿鋼管樁復(fù)合土釘墻在基坑工程中的應(yīng)用

        2013-12-09 09:35:50齊善忠施小明
        關(guān)鍵詞:土釘土層鋼管

        齊善忠,施小明

        (黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南 開封 475004)

        0 引言

        土釘墻作為支護(hù)結(jié)構(gòu),以其造價低、工期短、對環(huán)境影響小、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著等優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于邊坡工程和基坑工程中[1]。 但土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)有其自身的局限性,一般適用于穩(wěn)定性較好的土層,以便土方開挖后,有足夠的時間進(jìn)行土釘墻支護(hù)作業(yè)。 在實際的基坑工程中,常遇到自立穩(wěn)定性較差的地層(如松散的回填土、淤泥、淤泥質(zhì)土、流沙、卵石等)或夾層,且受周圍施工場地的限制,允許的基坑邊坡坡率很小,甚至為零。 在這種情況下,土方開挖后,土體會產(chǎn)生局部坍塌,沒有足夠的時間進(jìn)行土釘墻施工[2]。 針對這種情況,若應(yīng)用微型注漿鋼管樁復(fù)合土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu),并結(jié)合信息化施工,可以確?;拥姆€(wěn)定性,節(jié)省工程造價,提高工效。

        所謂微型注漿鋼管樁復(fù)合土釘墻就是土方開挖前, 先在自立穩(wěn)定性較差的地層中打入鋼管,作為超前支護(hù)措施,以提高土層的自立穩(wěn)定性,然后進(jìn)行土方開挖和土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工。 必要時,也可以把一排鋼管樁用扣件連成整體,以增加支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性[3]。

        1 工程實例

        1.1 工程實例概況

        安徽省合肥市翠微路南新華書店家屬樓2#樓有地下室一層,為筏板基礎(chǔ),基坑面積約1 000 m2,基坑深度為5~6 m。受周圍場地環(huán)境限制,基坑南側(cè)東段沒有放坡空間,進(jìn)行垂直開挖。 受工期的限制,本工程基坑支護(hù)擬采用土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)。 而本工程的難點就是南側(cè)東段的支護(hù)技術(shù)。 綜合多種支護(hù)方案,以經(jīng)濟(jì)、安全為原則,最終決定采用微型注漿鋼管樁復(fù)合土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)。 以下內(nèi)容只分析此段工程的支護(hù)性狀。

        1.2 工程地質(zhì)概況

        擬建場區(qū)位于一多年的池塘邊緣,上部為回填土。 基坑南側(cè)東段土層結(jié)構(gòu)描述如表1 所示。

        表1 擬建場區(qū)南側(cè)東段土層結(jié)構(gòu)描述Table 1 Soil structure of south side and eastern section of proposed field area

        本工程區(qū)地下水為潛水,地下水埋深7~8 m?;游鞫擞猩倭可蠈訙植?,基坑開挖深度范圍內(nèi)無地下水存在。 因此,在支護(hù)結(jié)構(gòu)施工時,可以不考慮地下水的影響。

        1.3 復(fù)合土釘墻設(shè)計

        在本段工程基坑開挖范圍內(nèi),地基土中-4.000 m以下有一層厚0.5~0.7 m 的淤泥質(zhì)黏土, 該土層強度極低(c=16.5kPa,φ=6.5°)。 并且,本段基坑坡度為零。 針對這一情況,本段工程基坑支護(hù)采用微型注漿鋼管樁復(fù)合土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)。 即在基坑開挖前,把規(guī)格為D48×3 的普通鋼管豎直打入地面以下,并進(jìn)行壓密注漿, 從而對松散的回填土進(jìn)行固結(jié)、加固。 鋼管樁地面部分和地面以下-3.000 m 處,分別放置橫向鋼管,以扣件相連,使其形成一個整體,增強其整體性。 豎向注漿鋼管長度為7 m,間距為0.5 m。 在地面以下-1.5 m、-3.3 m 處,分別做斜向錨管(規(guī)格D48×3 普通鋼管), 方向與水平面成15°斜向下,長度6 m,并壓密注漿。 同時,在向坡內(nèi)與坡面成10°處豎向插管(規(guī)格為D48×3 普通鋼管),長度分別為4 m、3 m。 在地面以下-5.1 m 處,使用的是長度為3 m 的注漿錨管。 在基坑表面,掛鋼筋網(wǎng),噴錨支護(hù)。 其具體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1 所示。

        圖1 鋼管樁和復(fù)合錨管土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Steel pipe pile and composite anchor pipe soil nailing wall supporting structure

        1.4 復(fù)合土釘墻施工

        本工程基坑支護(hù)土釘墻按上述設(shè)計進(jìn)行了施工,具體施工步驟如下:

        (1)在基坑開挖前放線,打微型注漿鋼管(間距為0.5m,長度為7m),并進(jìn)行壓密注漿。 注漿標(biāo)準(zhǔn)以地面冒漿為準(zhǔn)。 用扣件與橫向鋼管相連,使其形成一個整體。

        (2)在注漿工程施工完成后第三天,開挖第一層基坑,開挖深度在-2.000 m。 第一層支護(hù)錨桿布置在-1.500 m 處。 施工時,先打6 m 長斜向錨桿,再打4 m 長的豎向鋼管, 錨桿和鋼管型號都是48×3 mm。 然后,進(jìn)行掛網(wǎng),噴射混凝土。 當(dāng)噴射的混凝土達(dá)到一定強度后,進(jìn)行壓密注漿。 注漿后,豎向的鋼管全部形成微型注漿鋼管樁,而斜向錨桿則和基坑遠(yuǎn)處的土體形成一個整體。 這樣可以增加基坑穩(wěn)定性。

        (3)開挖第二層基坑。 開挖深度在-3.800 m,第二層支護(hù)錨桿布置在-3.300 m 處,施工方法與第一層支護(hù)錨桿類似。 在-3.000 m 處,設(shè)置一道微型注漿鋼管樁的橫向連接,連接方式與地面的橫向連接方式相同,以增強微型注漿鋼管樁的整體性和穩(wěn)定性。

        (4)開挖第三層基坑。 開挖深度在-5.800 m,下部預(yù)留20 cm 厚的土層,進(jìn)行人工挖除,以防止基底擾動。 第三層支護(hù)錨桿布置在-5.100 m 處,施工方法同一、二層,但不布置豎向微型注漿鋼管樁,斜向錨桿長度為4 m。

        1.5 基坑水平位移檢測情況

        為了預(yù)測基坑變形情況和進(jìn)行基坑安全評價,在基坑開挖第二層前就進(jìn)行了水平位移檢測[4]。 本工程位移檢測共布置3 個監(jiān)測點:中間一個,兩端距端部10 m 處各一個,由東向西分別為1、2、3 號檢測點。 檢測位移隨工程進(jìn)度變化,累計位移量平均值和檢測天數(shù)的擬合曲線如圖2 所示。

        圖2 累計水平位移隨檢測天數(shù)變化曲線圖Fig.2 Cumulative horizontal displacement change curves of different testing days

        由圖2 可知,隨著基坑開挖深度的增加,水平位移量也在不斷增加,但最終仍然沒有超過設(shè)計30 mm 的警戒值。 這說明,該支護(hù)系統(tǒng)是安全、可靠的。在開挖第三層時,位移增量最大為11 mm,坡頂出現(xiàn)了裂紋。 所以,工程竣工后,又延長了一周的位移觀測,直到基坑變形達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

        2 微型注漿鋼管樁復(fù)合土釘墻應(yīng)用分析

        2.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

        該工程對本段的最初設(shè)計方案為勁性樁復(fù)合土釘墻支護(hù),整個工程造價為150 萬。 方案經(jīng)優(yōu)化后,也有130 萬左右。 為了降低造價,最后決定改變方案,使用微型注漿鋼管樁復(fù)合土釘墻支護(hù),工程造價降到了不足70 萬,降低造價約50%。

        2.2 應(yīng)用技術(shù)分析

        該支護(hù)工程基本的設(shè)計思路是: 通過壓密注漿,加固松散的回填土,使其形成一個整體。 在基坑開挖過程中,通過水平錨管注漿,使各部分加固土體相互交叉,增強其抗滑移、抗剪切能力。 微型注漿鋼管樁本身能夠允許很大的變形,可以隨著基坑的變形而產(chǎn)生變形,使被動或靜止土壓力變?yōu)橹鲃油翂毫Γ@就大大減小了支護(hù)系統(tǒng)的荷載,提高了安全系數(shù)。 微型注漿鋼管樁通過橫向鋼管連成整體,增強了其整體穩(wěn)定性, 避免了基坑局部破壞的可能。

        3 結(jié)語

        (1)微型注漿鋼管樁解決了自立穩(wěn)定性差的土層在土方開挖后的穩(wěn)定性問題,保證了土釘墻施工的時間,從而使土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)能應(yīng)用于自立穩(wěn)定性差的土層中。

        (2)微型注漿鋼管復(fù)合土釘墻的優(yōu)點是:可以有效提高土層的自立穩(wěn)定, 從而有效提高土釘墻邊坡的穩(wěn)定性;施工工藝簡單,不需外加特殊的設(shè)備;工程造價低, 比傳統(tǒng)的復(fù)合土釘墻節(jié)約造價約50%。

        (3)在較深的基坑支護(hù)工程中,微型注漿鋼管樁復(fù)合土釘墻宜與坡面水平向(豎向)加強體聯(lián)合使用,以增強土釘墻面層的強度和整體性,防止因面層強度不足而造成土釘墻面層的外鼓、開裂。

        (4)微型注漿鋼管樁復(fù)合土釘墻屬于柔性支護(hù)系統(tǒng),貫徹“讓”的思想,就是允許支護(hù)系統(tǒng)產(chǎn)生一定的水平位移,“讓”開荷載較大的被動和靜止土壓力,使支護(hù)系統(tǒng)上的荷載基本等于土體的主動土壓力。 這就大大減小了支護(hù)結(jié)構(gòu)抗力,從而可以最大限度地降低工程造價。

        (5)該柔性支護(hù)系統(tǒng)施工時,需對基坑變形進(jìn)行實時檢測,并根據(jù)基坑變形大小和規(guī)律,調(diào)整施工進(jìn)度和施工方法,以做到信息化施工,否則有可能造成安全事故。

        [1] 萬林海,王明龍.基于極限分析上限法的深基坑支護(hù)臨界值的確定[J].華北水利水電學(xué)院學(xué)報,2006(1):91-93.

        [2] 趙撫民,范文彥.分析土釘墻內(nèi)部穩(wěn)定性的簡化方法探討[J].工業(yè)建筑,2004(增刊):122-125.

        [3] 林伶利,李大勇,深基坑穩(wěn)定性驗算與加固設(shè)計[J].福建工程學(xué)院學(xué)報,2004(2):203-206.

        [4] JGJ 120-2012,建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].

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