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        土層錨桿在深基坑支護中的應用

        2015-04-29 00:00:00劉錫金

        0.工程概況

        一煉鋼改造工程低位料倉,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,基底標高—12.5m。施工區(qū)域的原自然地面標高0.95m,在基坑東側(cè),一煉鋼的鐵路運輸線距基坑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。

        場地內(nèi)地下水為上部滯水,由大氣降水與生活排水補給,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.基坑設計方案與施工

        1.1支護設計方案的選擇

        該基礎(chǔ)工程的主要特點是:

        (1)施工場地狹小,東側(cè)西側(cè)均有重要鐵路線和大型施工設備運行。

        (2)基坑開挖較深,自地表計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,對各種支護方案進行科學比較,最后選擇上部放坡(1:0.75),下部密排鋼樁,錨桿支護結(jié)構(gòu)。這種方案的特點是:施工周期短,工程造價低。其施工順序是挖土—打樁—挖土—敷設錨桿—挖土。既可以實行平行交叉作業(yè),占地場地小,可在較狹窄的地段順利施工。

        1.2支護設計依據(jù)及計算結(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Φ=150時 β=63.810 查手冊NS=9.40 則:

        H=NSXC/Kr=6.6m大于6.5m 故基坑邊坡穩(wěn)定。

        但這一計算結(jié)果是當坡頂無地面荷載時才穩(wěn)定。而實際上,東側(cè)有鐵路運輸線,西側(cè)有40#塔吊運行,因此必須采取相應的輔助措施加固區(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行,所以在塔吊靠基坑一側(cè)的軌道下面設一排挖孔樁,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樁錨支護計算

        對于粘性土的設計采用值做進一步簡化處理得:

        C=0

        Φ=300

        R=18KN/m3

        土壓力計算考慮以下因素:

        (1)鋼管為欄柵式,可透水,不計水壓力。

        (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)樁按淺埋計算

        ka=tg2(450-300/2)=0.333

        kp=tg2(450+300/2)=3

        eaq=qka=41.88KN/m2

        設鋼樁入土深度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,樁的底端為自由端,對絞支點取距且滿足∑M=0則:

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

        E3=613.36KN/m

        因計算被動土壓力不能全部發(fā)揮作用可取小于2/3即:

        E3/E3p=0.63<2/3 故被動土壓力滿足要求。

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

        F=437.55KN/m

        設三排預應力錨桿,單錨工作拉力為:Rm=F/3=145.86KN/m

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

        理論計算要比實際所產(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工字鋼做為護坡樁則:

        W=692.2KN/m||=200cm3

        則:=0.74Mmax/nw n=2.7≈3根

        無火車、塔吊區(qū)域計算略。

        即設錨桿兩排、單錨拉力Rm=190KN/m

        樁長L=13m Ι32a3根/m

        錨桿設計:

        錨桿長度必須超過滑動破裂面3m?;瑒用媾c水平方向夾角為:

        450+Φ/2=52.50,錨桿入土點到滑動面的水平距離為:a=6/tg52.50=4.6m。即自由段的長度為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,長度為1.5m,鉆桿總長度為16m,與水平夾角130。

        1.3樁錨施工

        1.3.1本工程使用以下機械

        (1)柴油打樁機 2臺

        (2)錨桿鉆機 2臺

        (3)注漿泵 3臺

        (4)水泥漿攪拌機 1臺

        (5)交流電焊機 3臺

        1.3.2打樁

        基坑北側(cè)與東側(cè)的北部用與設計等強度的重軌(60KN/m)每延長米打入5根。其他部位的鋼樁因單樁打入時由于強度不足而彎曲,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。工字鋼焊接到護坡樁上。每一段橫梁之間用12mm厚鋼板等強度焊接成為一體。

        1.3.4應用效果

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

        2.結(jié)束語

        土層樁錨支護系統(tǒng)因為是一項較為成熟的施工技術(shù),但是往往成功率卻在60%以下,因此在具體設計施工過程中要注意以下幾個問題:

        (1)土壓力的計算過程對那些因素考慮,哪些因素不考慮要結(jié)合實際情況。否則,考慮過多會使成本費用成倍增長而變得不經(jīng)濟??紤]過少則會因突發(fā)情況的出現(xiàn)產(chǎn)生重大事故。

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

        (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),因此必須實施高壓注漿的方法才能提高錨固體的強度,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。在開挖前地下水為承壓水,開挖后如采用井點大量排水或由于水力梯度與徑流速度增大,會造成土體強度降低,土顆粒被搬運,從而造成因地面沉降或滑坡而產(chǎn)生被保護對象的損壞,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力狀態(tài)十分復雜,如何計算土體受力后應力變化還待進一步探討。

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