復合土釘支護技術在深基坑中的應用

劉忠忠

(南寧市勘測院,廣西南寧 530001)

復合土釘墻支護技術是20世紀90年代研究開發成功的一項深基坑支護新技術。它是由普通土釘墻與一種或若干種單項輕型支護技術(如預應力錨桿技術,豎向鋼管,微型樁等)或截水技術(深層攪拌樁,旋噴樁)有機合成的支護截水體系[1-2]。其支護能力強,適用范圍廣,可作超前支護,并兼備支護截水性能,是一項施工簡便,經濟合理,綜合性能突出的深基坑支護新技術[3]。本文主要介紹該技術在南寧某隧道深基坑中的應用。

1 工程概況

南寧青山路南湖連接線工程興建于南寧市區青山路與星湖路之間,該工程南起青山路,北止星湖路,分為道路部分和隧道部分:其中隧道部分橫穿南湖,擬設置湖底隧道,隧道長1 256.5km,寬24.5m,隧道底面設計標高為61.37～76.16m;道路部分為隧道的附屬部分,分別位于雙擁路、園湖路、星湖路。隧道擬采用明挖基坑的方式施工。

2 周邊環境概況

隧道所經過的場地依次為青山路、雙擁路、南湖公園、南寧市體育局宿舍、星湖游泳池、公交公司停車場。其中隧道I段所經過的南寧市體育局宿舍樓、公交站辦公樓及南湖公園內的建筑均為1～3層,據訪,以上建筑基礎型式均采用淺基礎。隧道II段為南湖公園范圍,在南湖公園內,隧道線路附近的地貌主要為草地,花圃、南湖等。隧道III段位于南湖,隧道的施工會對南湖湖水的水位、水質會產生一定的影響。由于場地內孔隙承壓水穩定水位大多高于隧道設計底面,開挖時需降水,地下水位的降低有可能引發地面的下沉、塌陷。同時,場地附近比較難找到棄碴場地,施工棄碴如堆放在基坑邊緣,會引起基坑的失穩,引發滑坡,崩塌等危害。

3 工程地質與水文地質條件

3.1 場地地形地貌

南寧市青山路南湖連接線南起青山路,北止星湖路,分為道路部分和隧道部分。隧道沿線為南寧盆地邕江Ⅱ級階地,地形起伏不大。南湖橫貫場地,為內陸湖泊。

據現場踏勘,全段未發現有崩塌、滑坡,落水洞、漏斗和地下河等不良地質作用,現場場地基本穩定。

3.2 地基巖體特征

與基坑有關的各地層特征及分布情況如下:

1)雜填土(Qml):雜色,褐灰色,松散,結構紊亂,土質不均,一般上部主要由磚塊、碎石、瓦塊、砼塊等建筑垃圾與粘性土混雜而成,下部主要由塘泥、灰渣、腐殖物組成,含少量建筑垃圾。該層填筑不足2年,屬高壓縮性土層,場區普遍分布,厚度1.1～5.3 m。

2)淤泥(Q1):灰色,飽和,流塑狀態,局部為淤泥質土,呈軟塑狀態,含較多泥炭及腐殖物,見螺殼,有臭味,場區普遍分布,屬高壓縮性土,厚度3.0～5.1 m。受填筑方式影響。該層與(1)層分界不明顯。

3)粉質粘土(Q4al+p1):黃褐色、灰褐色,呈可塑狀態,含灰白色高嶺土條紋及鐵錳質氧化物浸染,屬中壓縮性,場區普遍分布,層厚1.0～7.2m。

4)粉質粘土(Q4al+p1):灰褐、黃褐色,可塑狀態,局部呈軟塑狀態,可見白云母碎片亮點,含腐殖物及鐵錳質氧化物浸染,該層土變異性較大,層厚2.3～7.0m,屬中壓縮性。

5)粘土(Q4al+p1):黃褐、灰褐色,硬塑狀態,局部可塑,含白色高嶺土及少量鐵錳質氧化物結核,屬中壓縮性,場區普遍分布,層厚差別大為1.5～14.5m,自西向東埋深有漸淺的特征。

3.3 場地水文地質條件

場區(1)層雜填土中賦存有上層滯水,由于雜填土層較厚,含水豐富。地下水主要接受大氣降水和生活用水的補給,以蒸發排泄為主。勘察期間測地下水位埋深0.4～2.3 m。地下水對砼無腐蝕性,但對鋼結構有弱腐蝕性。

3.4 基坑地層概化剖面

根據勘察資料及場地周邊情況,將場地工程地質條件概化為三個剖面,可將基坑分三段進行計算:基坑西面部分為I段,開挖深度按5.8m考慮。基坑南面及北面為Ⅱ段,開挖深度按4.8 m考慮。東面為Ⅲ段,開挖深度按4.8 m考慮。另外考慮距離基坑約5.0m遠、高出場地1.4 m地層。

3.5 基坑支護設計參數

《巖土工程勘察報告》提供了各土層物理力學性質指標,匯總于下表(如表1所示),并給出了有關基坑設計參數建議值。

4 設計思路及方案比選

4.1 基坑特點分析

根據地質勘察報告,(1)層雜填土成份復雜,主要為建筑垃圾與粘性土混雜而成,強度上硬下軟,差異性較大,結構松散。(2)層淤泥呈流塑狀態,自穩能力差。(3)、(5)層強度高,對基坑支護有利。基坑開挖后,(1)、(2)層將完全暴露,(3)、(5)層部分暴露,坑壁不及時處理或處理不當,有可能發生坑壁和坡腳土體失穩,造成地質災害。因此對坑壁采取支護加固措施是尤為必要的。

表1 土層物理力學性質指標Tab.1 Indicators of soil physical and mechanical properties

場地地下水為上層滯水,分布于(1)層雜填土中,主要接受大氣降水及地表生活用水的滲透補給。對上層滯水需采取合適的抽排水措施,防止上層滯水滲入基坑。基坑底部地層為(2)淤泥、(3)粉質粘土和(5)層粘土,均為良好的隔水層,地下水無突涌可能性。

4.2 安全等級

考慮到基坑上述特點,按照廣西地方標準《深基坑工程技術規定》(DB42/159—1998)規定,本基坑劃定為二級。

4.3 支護方案比選

選擇基坑支護方案必須綜合考慮工程本身所處的位置及特點。首先,應滿足地下室施工的要求;其次,在確保施工順利、周邊環境安全的基礎上,盡量做到經濟合理和便于施工[4]。

針對本基坑的特點及南寧地區的工程實踐,可選用的支護方式有如下幾類:放坡、水泥土擋墻、排樁+土層錨桿、噴錨支護等方式。在條件許可的情況下,無支護放坡開挖無疑是最節省的,但本基坑場地不具備自然放坡條件,基坑本身也不安全。水泥土擋墻要求墻體厚度大,因而成本過高,且施工場地有限制。排樁+土層錨桿支護結構受力明了,能有效地控制變形,但費用較高。噴錨支護目前應用十分廣泛,它施工快捷方便,造價低,但在深厚軟土中應用有一定限制[5]。

淤泥層的處理:對本基坑而言,難點是如何處理(2)層淤泥,該層土正處于基坑側壁,基坑西側部分段還處于基坑底部,壓縮性高,強度低。因此,本基坑不僅要解決坑壁穩定性問題,部分段還要解決坑底的抗隆起問題。

擬在基坑西側淤泥較厚的地段,設置兩排粉噴樁,對淤泥進行改性,形成擋土帷幕,起到加固坡腳的目的,同時利用其遮擋作用達到抗隆起的目的。在加打一排豎向超前鋼管,以防止淤泥的流動,破壞坑壁[5]。

地下水的處理:根據場地地質條件及抗突涌計算結果,本工程不會產生地下承壓水頂穿隔水層而發生突涌的現象,故僅需考慮上層潛水和滯水的處理[6-7]。

最終支護方案:基于以上分析以及通過對可能適合本基坑的各種支護方案的技術經濟比較,最終確定了以下支護方案:

I段:頂部放坡+粉噴樁+土層錨桿。

Ⅱ、Ⅲ段:噴錨支護。

5 支護結構設計

5.1 I段支護結構布置

I段基坑沿基坑外側設置2排粉噴樁,樁間距400mm,排間距 400mm,樁頂埋深-3.50m,樁端應進入基坑底部以下2m土層。I—l段有效樁長6.0 m,基坑內排樁內插筋8 mm鋼管,長度6.0m,間距0.8m;I-2段有效樁長5.0m,不插筋。

粉噴樁水泥采用32.5級礦渣水泥,噴灰量為50 kg/m,宜全長復攪。

I-1段基坑上部臺階采用網噴+土釘支護,鋼筋網用兩排1m長土釘(Φ 22螺紋鋼,或Φ 48mm鋼管)固定,臺階以下布設2排錨桿,采用梅花形布置,參數如下:

第一排錨桿:L12 000@1 400(即錨桿長度為12 000mm,水平間距為1 400mm,下文中類似表達意思相同),水平安放角22°,錨頭深度3.6m;

第二排錨桿:L12 000@1 400,水平安放角22°,錨頭深度4.8m。

I-2段基坑上部臺階采用網噴+土釘支護,鋼筋網用兩排1 m長土釘(Φ 22螺紋鋼,或Φ 48 mm鋼管)固定,臺階以下布設2排錨桿,采用梅花形布置,參數如下:

第一排錨桿:L9 000@1 400,水平安放角22°,錨頭深度3.6 m。

第二排錨桿:L6 000@1 400,水平安放角22°,錨頭深度4.8 m。

5.2 lI段支護結構布置

Ⅱ段基坑布置3排錨桿,采用梅花形布置,錨桿參數布置如下:

第一排錨桿:L9 000@1 500,水平安放角15°,錨頭深度1.2 m。

第二排錨桿:L9 000@1 500,水平安放角15°,錨頭深度2.7 m。

第三排錨桿:L6 000@1 500,水平安放角15°,錨頭深度4.2m。

5.3 III段支護結構布置

Ⅲ段基坑布置3排錨桿,采用梅花形布置,錨桿參數布置如下:

第一排錨桿:L10 000@1 500,水平安放角15°,錨頭深度1.2m(不包含1.4m高的臺階)。

第二排錨桿:L6 000@1 500,水平安放角15°,錨頭深度2.7m。

第三排錨桿:L6 000@1 500,水平安放角15°,錨頭深度4.2m。

各段錨桿桿體采用 Φ 22螺紋鋼,或 Φ 48mm鋼管,可機械打人或洛陽鏟預先成孔,然后機械打人,保證施工進度[8-10]。

6 結語

目前,該工程已基本竣工并交付使用,在整個基坑及基礎施工過程中,基坑支護效果非常理想,支護結構體系的監測結果都在可控制范圍內,基坑工程平穩、安全的支護,為地下結構的順利施工創造了良好的條件。深基坑支護結構設計方案的比選安全可靠、經濟合理。

[1]趙佩勝.軟弱地層中復合土釘技術的應用分析[J].工業建筑,2001,31(3):15-l7.

[2]盧培猛.復合土釘支護技術在軟土深基坑中的應用[J].施工技術,2006,35(1):2l-23.

[3]許斌.復合土釘墻在長城盛世家園基坑工程中的應用[J].工業建筑,2002,32(8):82-84.

[4]黃琦偉.談深基坑支護工程的施工設計[J].今日科苑,2008(15):21.

[5]黃強.建筑基坑支護技術規程應用手冊[M].北京:中國建材工業出版社,1999.

[6]楊 麗,楊 覺,華 村.建筑基坑支護設計淺談[J].洛陽大學學報,2003(10):7-11.

[7]林宗元.巖土工程勘察設計手冊[M].沈陽:遼寧科學技術出版社.1996.

[8]葉心武.復合土釘墻在深基坑中的應用[J].施工技術,2002(6):56-58.

[9]曾憲明,黃久松,王作民.土釘支護設計與施工手冊[M].北京:中國建筑出版社,2000.

[10]曾廣群.土釘支護技術在某商業樓基坑工程中的應用[J].建筑技術開發,2005(1):47-49.