張騰祚

中鐵大橋局集團(tuán)第一工程有限公司（450053）

土釘墻支護(hù)在粉砂層地質(zhì)施工中的應(yīng)用

張騰祚

中鐵大橋局集團(tuán)第一工程有限公司（450053）

以鄭州市鄭東新區(qū)前程路大橋?yàn)楸尘?，闡述了粉砂層地質(zhì)深基坑土釘墻支護(hù)的施工經(jīng)驗(yàn)，提出了合理化建議，為土釘墻支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用與研究提供參考。

土釘墻；粉砂層；深基坑

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的加快，高大建筑物的不斷涌現(xiàn)，人們對(duì)地基深基坑施工也提出了更高的要求。土釘墻支護(hù)是近三十年發(fā)展起來的一種用于土體開挖和邊坡穩(wěn)定的新型擋土結(jié)構(gòu)。土釘墻支護(hù)具有造價(jià)低、施工迅速、施工現(xiàn)場(chǎng)文明、機(jī)械設(shè)備輕型化、施工噪聲小等優(yōu)點(diǎn)，在基坑支護(hù)和邊坡加固中得到廣泛應(yīng)用。土釘墻支護(hù)一般適用于土體有一定自穩(wěn)能力的擋土結(jié)構(gòu)，在分層開挖過程中能夠保持邊坡的暫時(shí)穩(wěn)定，使土釘能夠順利設(shè)置。但是臨界坡度較小，使土釘施工在粉砂土層基坑邊坡支護(hù)中受到限制[1]。

1 工程簡(jiǎn)介及背景

鄭州市鄭東新區(qū)前程路大橋是一座設(shè)計(jì)新穎的城市景觀橋，橋梁設(shè)計(jì)為三跨中承式拱橋，橋梁全長(zhǎng)218 m，全寬58 m，跨徑布置為：37.08 m+ 137.78 m+37.13 m=212 m。中跨橋面以上拱肋為鋼結(jié)構(gòu)，對(duì)應(yīng)的主梁段也為鋼結(jié)構(gòu)，V墩及次邊跨箱梁為混凝土結(jié)構(gòu)，邊跨為簡(jiǎn)支混凝土梁結(jié)構(gòu)（如圖1所示）。

圖1 橋梁立面圖

前程路橋橫跨城市河道賈魯河，賈魯河上口寬60 m，河槽底寬約46 m，水深約5 m，防洪標(biāo)準(zhǔn)50年一遇。

橋位處地層以雜填土、粉砂、細(xì)砂為主。

全橋河道兩岸有V型墩（主墩）承臺(tái)4個(gè)，均位于河道兩岸的灘地上，單個(gè)主墩承臺(tái)尺寸32.96 m×21.54 m，高4.5 m，混凝土體積2 960 m3。承臺(tái)基坑平均開挖深度約11 m，左右幅承臺(tái)基坑整體開挖土方量約3.4萬m3,地下水位在原地面下5 m處。

2 土釘墻支護(hù)方案的選定

前程路橋主墩承臺(tái)基坑施工主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：地質(zhì)結(jié)構(gòu)以粉砂和細(xì)砂為主，邊坡防護(hù)存在難度；承臺(tái)埋置較深，承臺(tái)底位于原地面下11 m；承臺(tái)體積大，開挖量大；地下水位較淺，開挖需降水；周邊地理環(huán)境開闊，開挖運(yùn)輸便利。基于以上幾點(diǎn)，通過幾種方案比較，承臺(tái)深基坑施工采用放坡開挖加土釘墻支護(hù)方案，左右幅承臺(tái)基坑一次性開挖。

3 土釘墻支護(hù)方案的實(shí)施

3.1 方案設(shè)計(jì)及計(jì)算

考慮基坑與河道邊線距離、地質(zhì)情況及開挖土方量，結(jié)合規(guī)范要求，前程路橋主墩深基坑采用兩級(jí)放坡開挖，開挖深度11 m，上層開挖高6.0 m，下層開挖高5.0 m，坡度均為1：0.7。上下層間設(shè)中央平臺(tái)，寬2 m，基坑降水采用管井降水。

土釘選用HRB335級(jí)φ16或φ20鋼筋，鉆孔直徑為120 mm，坡面網(wǎng)噴混凝土強(qiáng)度等級(jí)C25，厚度80 mm，坡面掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片采用HPBφ8鋼筋網(wǎng)（如圖2所示）。

邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)按臨時(shí)邊坡、安全等級(jí)一級(jí)取值為1.25。采用理正深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件F-SPW7.0PB1進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)計(jì)算錨桿抗拔承載力、邊坡整體穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求。

3.2 基坑開挖

由于上下游承臺(tái)間隙較小，采取兩個(gè)承臺(tái)基坑連通一次性，分層開挖。

開挖順序?yàn)?從基坑短邊向橋中線方向挖進(jìn)。先挖掘運(yùn)輸通道，再依次開挖第一臺(tái)階、第二臺(tái)階；每個(gè)臺(tái)階在開挖出相應(yīng)的工作面后應(yīng)組織對(duì)坑壁噴錨防護(hù)[2]。

圖2 噴錨支護(hù)布置圖

開挖機(jī)械主要采用挖掘機(jī),基坑底部20 cm處，采用人工開挖并修整到設(shè)計(jì)標(biāo)高。

3.3 土釘墻支護(hù)

1）鉆孔注漿

基坑每一層臺(tái)階開挖出工作面后應(yīng)立即組織土釘墻支護(hù)施工。

土釘錨孔主要采用鉆機(jī)或洛陽(yáng)鏟成孔，鉆孔間距及深度根據(jù)模型計(jì)算設(shè)計(jì)。鉆孔應(yīng)干鉆，以確保土釘施工不影響邊坡土體的工程地質(zhì)條件，保證孔壁的黏結(jié)性能（如圖3所示）。鉆進(jìn)過程中應(yīng)關(guān)注每個(gè)孔的地層變化，如遇到特殊地質(zhì)應(yīng)做好現(xiàn)場(chǎng)施工記錄，并調(diào)整鉆壓、鉆速，防止鉆孔扭曲和變徑，造成意外事故。

圖3 土釘與坡面連接圖

安裝土釘前應(yīng)認(rèn)真核對(duì)孔位編號(hào)，用鋼尺量出孔外露出的鋼桿長(zhǎng)度，計(jì)算孔內(nèi)鋼筋長(zhǎng)度（誤差控制在±50 mm范圍內(nèi)），確保錨固長(zhǎng)度。

土釘安放到位后，用高壓攪拌注漿機(jī)對(duì)土釘孔逐個(gè)灌注水泥漿固化。

2）掛網(wǎng)噴護(hù)

施工步驟：清理開挖工作面→綁扎鋼筋網(wǎng)片→噴射細(xì)石混凝土→養(yǎng)護(hù)→開挖下一層護(hù)坡。

邊坡噴射細(xì)石混凝土前，按圖紙要求做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。預(yù)先埋設(shè)控制噴射厚度的標(biāo)志，坡面上掛設(shè)HPBφ8鋼筋網(wǎng)，并與土釘焊接固定在一起。細(xì)石混凝土應(yīng)摻入適量膨脹劑，噴射前先試噴，以確定合適的配比及施工方法。

噴射作業(yè)應(yīng)分段進(jìn)行，同一分段內(nèi)噴射順序應(yīng)自下而上。鋼筋網(wǎng)噴混凝土面層應(yīng)向上翻過邊坡頂部3.0 m，以形成護(hù)坡頂；向下伸至基坑底以下1.0 m，以形成護(hù)腳（如圖4所示）。大面積噴細(xì)石混凝土，每隔20～25 m設(shè)置一道伸縮縫，縫寬20 mm。

圖4 土釘與鋼筋網(wǎng)片固定

噴射混凝土后應(yīng)及時(shí)噴水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間根據(jù)氣溫確定，夏季以3～7 d為宜。

新噴護(hù)面應(yīng)遠(yuǎn)離開挖斷面。網(wǎng)噴混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)的70%后，方可進(jìn)行下一層面的開挖。

3.4 基坑降、排水措施

降水井的設(shè)置應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況，選擇經(jīng)驗(yàn)滲透系數(shù)進(jìn)行計(jì)算?；娱_挖前應(yīng)先降水，將地下水位降至設(shè)計(jì)承臺(tái)底下方不小于1 m。

為防止雨水對(duì)坡面的沖刷，應(yīng)在基坑四周設(shè)置截水溝，在基坑底設(shè)置匯水井；在坡面噴射混凝土前按照相應(yīng)間距埋設(shè)泄水管，以便排除土體內(nèi)滲水。

3.5 基坑穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)

深基坑監(jiān)測(cè)可以有效判斷基坑穩(wěn)定性，為安全施工提供保障，在基坑開挖過程中至關(guān)重要。監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容有水平位移、豎向位移及地下水位等。監(jiān)測(cè)方法主要有前方交會(huì)法、自由設(shè)站法、極坐標(biāo)、幾何水準(zhǔn)法等?；颖O(jiān)測(cè)應(yīng)繪制詳細(xì)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖，制訂監(jiān)測(cè)方案，確定觀測(cè)頻率及變形報(bào)警值，并及時(shí)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。若發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異?；蜻_(dá)到報(bào)警值，應(yīng)立即停止開挖，分析原因并對(duì)施工方案進(jìn)行必要的調(diào)整優(yōu)化。

4 支護(hù)效果和評(píng)價(jià)

支護(hù)完成后，抽樣選取5根土釘用穿心式千斤頂進(jìn)行抗拔力試驗(yàn)，實(shí)測(cè)力值均滿足方案設(shè)計(jì)。在前程路橋南岸深基坑施工中，遭受多次暴雨襲擊,邊坡都保持穩(wěn)定,各項(xiàng)監(jiān)測(cè)位移數(shù)據(jù)均未超過預(yù)警值。證明該土釘墻支護(hù)方案在前程路大橋粉砂層地質(zhì)深基坑施工中應(yīng)用是成功的。

5 粉砂層地質(zhì)采用土釘墻支護(hù)的幾點(diǎn)建議

粉砂層地質(zhì)采用土釘墻支護(hù)，應(yīng)采取有效的降排水措施，施工中經(jīng)常觀察地下水位變化情況，尤其在汛期、雨期應(yīng)編制詳細(xì)的應(yīng)急預(yù)案。

粉砂層地質(zhì)在采用土釘墻支護(hù)時(shí)應(yīng)通過力學(xué)計(jì)算，確保經(jīng)濟(jì)可行。密度較小的中粗砂、礫砂及卵石層則不適用于土釘墻支護(hù)。

若基坑周邊土地變形范圍內(nèi)有變形敏感的建筑物或地下管網(wǎng)設(shè)施時(shí)，則不宜采用土釘墻支護(hù)。

粉砂層地質(zhì)土釘墻支護(hù)應(yīng)重視基坑監(jiān)測(cè)，編制詳細(xì)的監(jiān)控方案，確定監(jiān)測(cè)頻率和預(yù)警值。地基敏感土層應(yīng)增大監(jiān)測(cè)頻率，施工中如發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常，應(yīng)立即停工，分析原因，防止安全事故。

6 結(jié)語(yǔ)

以上對(duì)土釘墻支護(hù)在粉砂層地質(zhì)施工中的應(yīng)用進(jìn)行了理論和實(shí)踐上的初步探討。目前學(xué)術(shù)界對(duì)土釘墻支護(hù)有多種學(xué)術(shù)理論研究，但對(duì)于粉砂層地質(zhì)土釘墻支護(hù)經(jīng)驗(yàn)尚待完善。本文結(jié)合工程實(shí)例為橋梁粉砂層區(qū)域深基坑土釘墻支護(hù)施工提供了一定的經(jīng)驗(yàn)參考。

[1]陳中頤,等.土力學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社,2003(1).

[2]馮志眾.土釘工作機(jī)理和土釘墻穩(wěn)定性研究[D].西安建筑科技大學(xué),2008(1)：3.