深基坑支护土钉墙技术施工优化

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１、工程概况

      安阳电信综合楼位于红旗路与灯塔路交叉口西北角 ,建筑物平面呈矩形，南北长45.0米，东西宽24.0米。综合楼地面以上22层， 地下2层，高度为99.0米，楼顶设有通讯发射塔。综合楼为钢筋砼框架剪力墙结构, 基础埋深9.0米，基坑东侧3.8米处埋有高压输电电缆及排水暗管； 基坑北段东侧6.0米为市长话楼，该楼南北跨度为15.0米， 高约16.0米；基坑南段西侧9.0米为三层居民住宅楼, 详见电信大楼基坑支护平面位置图。

 

   

 

    ２、基坑工程地质条件       综合楼场地属山前冲积扇地貌单元，在勘察深度范围内，地层分布不太均匀，表层为1.0～2.0米厚的杂填土，以下为素填土，其底板埋深起伏较大。填土以下的地层岩性变化较大，场地南部以粉土夹粉砂为主，而北部则为粉质粘土地层，这两类不同岩性的地层其厚度与层位相差均较明显，一般从埋深9～10米开始，其地层岩性变化较为规律、稳定 。在基坑开挖深度内 , 分布着Q^4-3填土(3.5－5.9米) ,Q^4-2粉质粘土、粉土及粉细砂(6.9－18米) 。 基坑开挖深度内各层土物理力学指标及室内静三轴试验成果 层 号 岩性 W ρ W_L W_p I_p e₀ S_r (%) I_L C (K_pa) Φ (度) ⑴ 素填土 23.2 1.91 28.6 18.7 9.9 0.756 83 0.390 10 8.5 ⑵ 粉质粘土 25.6 1.96 31.0 18.6 12.4 0.745 94 0.481 19 10.0 ⑶ 粉土 19.8 1.95 27.0 18.6 8.4 0.677 81 0.280 10 15.0          场地地下水静止水位在天然地面下20.2米，但场地周围上、下水管道纵横交错，上水管道因房屋拆迁在钻探工作进行时大量漏水，且影响场地土的湿度与状态，并形成上层滞水稳定水位4.6m的假象,另外在场地东侧的中部和南部也有水管年久失修、污水外漏现象。       ３、基坑支护方案       因场地东、西两侧比较狭窄，且场地东侧分布着地下管线及高压电缆。因此基坑开挖不允许有较大的放坡，必须采取边坡支护措施。我院根据场地工程地质条件、土层力学计算指标及周围建筑物情况，经多方案支护形式技术经济比较，决定采用以土钉墙支护技术为主的支护结构，土钉墙复合体可提高边坡整体稳定性和承受坡顶超载的能力,所用的施工设备简单,占用施工场地小,而且可随基坑开挖逐次分段实施作业,由于方案可行、安全、经济而中标。       3.1土钉墙设计       根据已建工程应用实践,按BRIDLE建议的对数螺旋线方法进行土钉墙设计计算。     滑面方程为：      Ｒ=a·e^θ·tanφ             (1)      滑动面与坡脚处水平线的夹角：      β=0.5ф+0.201α·ф      +0.265α+0.087        (2)      极角:      θ₁=ф+ω      θ₂=90°+ф-β            (3)      对粘性土,取ω=3,其它土取ω=0.      土钉钢筋直径:      d_b=(14～25)×0.001·S_x· S_y (4)      S_x、S_y为土钉水平向、垂直向间距。      先按条分法计算不平衡力矩，然后计算土钉承受的剪力和拉力，再求出土钉长度。      设计采用根据上述原理编制的“深基坑支护之星”软件。      计算结果:土钉长4.0～7.0米，横向间距1.5米，垂直向间距1.2～1.5米，土钉下倾角15度，土钉采用φ25、φ22毫米螺纹钢。面层为10厘米厚的C20喷射砼，钢筋网距20×20厘米，采用φ6圆钢，并在每排土钉位置加一水平向加强筋，直径18毫米。为控制土体变形，对土钉施加一定的预应力。       3.2 不良地质条件支护方案的补充       基坑北段东侧(长话楼附近)因长话楼通往化粪池的排水管漏水和地下自来水管漏水,开挖时发现地面下1.5～4.5米为流塑土体，已超出土钉墙的使用范围,需重新选择加固支护方案.经计算钻孔灌注桩和打入桩可满足支护要求,但造价高、工期长不可行；喷粉桩造价低、工期短，但强度达不到要求，经反复比较采用喷粉桩和土钉联合加固土体支护方案，即适度沿线布置喷粉桩，提高土体的结构整体性，再做土钉墙，增加支护强度，两种形式形成互补。喷粉桩布置成两排，单桩直径50厘米， 长7.0米，四根桩为一组，相互搭接，成为95～96厘米的桩群， 桩群中心间距125厘米，桩群间留30厘米的空隙，以成土钉孔,详见喷粉桩平面布置详图。喷粉桩施工两天后，即可开挖并进行土钉支护。       ４、土钉墙施工及变形监测       4.1 施工工艺       土钉墙分层施工，依次循环至基坑底，即基坑开挖一定深度后，进行土钉墙施工，然后进行下一层的开挖。       4.1.1 基坑开挖       基坑开挖分五层进行 ， 第一层挖2.5米，其余四层1.6米，采取挖掘机挖土，汽车运土，辅以人工修整坡面。       4.1.2 土钉孔成形      土钉孔采用洛阳铲成孔 ， 成孔直径15厘米。成孔后把土钉钢筋置于孔中， 为保证土钉位于孔中心，在土钉上每隔2米焊接一个托架。       4.1.3 注浆       在孔口处设置止浆塞 ， 将注浆管插入孔底以上0.5～1.0米处。注浆管连接注浆泵，边注浆向孔口方向拨管，直至注满为止。每孔在注浆后再补浆2～3次。为保证浆体与周围土体紧密结合，在水泥浆中掺入一定量的膨胀剂。       4.1.4 喷射砼面层       在铺设钢筋网后喷射砼面层 ，筛分后的砂、石料以及水泥、速凝剂由人工加入搅拌机料仓搅拌均匀后自动落入和搅拌相配套的喷射机内, 在高压空气的作用下，经输料管送至喷头处，与供水装置送来的水混合后， 喷向受喷面， 一次喷射砼至设计厚度。       4.1.5 土钉施加预应力       在土钉端头焊接高强螺栓端杆，面层砼达到设计强度后，加钢垫板用扭力板手扭紧螺母对土钉施加设计拉力的10%～20%的预应力。 这种人为的预压应力， 将提高土体的抗滑和防裂能力。       4.2 基坑变形监测       基坑开挖前， 在基坑东、西侧边坡分别设置了7个沉降、水平位移观测点，每间隔一天观测一次，经观测最大沉降13毫米，最大水平位移为14毫米，基坑周围建筑物、高压电缆等均完好无恙。       ５、几点施工经验与体会       5.1 空压机并联       现有空压机为VF-715改型空气压缩机，其排气量为6m³/min。根据现场条件，喷射机布置在基坑东侧中间部位，据计算和现场试验喷射基坑西侧砼面层时，风量不够，压力偏低，必须选用大排气量的空压机，因租用容量大的空压机费用高，而采取两台VF-715改型空压机并联的方式供风。具体做法是在喷射机的空气进口处安装一个三通管, 两台空压机的送风管分别接在三通管上。经施工检验，此方法简单易行而费用低。       5.2 土体开挖深度       本基坑设计分五层开挖，采用坑外坡道与坑内坡道相结合的方法运土，在挖坑内坡道时，土方施工单位为赶进度，一次由-4.1米挖至-9米，支护未进行即在-4.0米以下发生局部塌方，塌方上部呈弓形，南北长10.4米，高5.3米，最深处1.5米，方量约25立方米。塌方后采取了加固措施并分析了塌方原因，一致认为超挖是引起塌方的主要因素。据分析每次开挖的最大高度取决于该土体可以稳定而不破坏的能力,砂性土一般不要超过2.0米，粘性土可增大一些。开挖土方和土钉墙施工是个不可分割的整体，必须相互配合，严格按设计分层开挖。       5.3 排水措施       在坡顶和坡脚必须设置排水措施，以免地面积水流入基坑，坑内积水流向坡脚，以确保土钉墙的安全。