土釘支護技術(shù)在工程中的應(yīng)用

張逢磊

20世紀(jì)90年代以來,隨著城鎮(zhèn)建設(shè)中高層、超高層建筑的大量涌現(xiàn),深基坑工程愈來愈多,基坑周圍密集的建筑物、復(fù)雜的地下設(shè)施使得基坑放坡開挖這一傳統(tǒng)技術(shù)不再能滿足現(xiàn)代城鎮(zhèn)建設(shè)的需要。土釘支護技術(shù)在國內(nèi)許多基坑工程中得到了應(yīng)用推廣。

1 土釘支護的作用機理

土體的抗剪強度低,幾乎沒有抗拉強度,但土體具有一定的結(jié)構(gòu)整體性。在基坑開挖的邊坡工程中,在土體內(nèi)放置一定長度和分布密集的土釘,與土體共同作用,形成復(fù)合體,可彌補土體強度不足并發(fā)揮土釘作用,不僅有效地提高土體的整體剛度,又彌補了土體抗拉、抗剪的不足,通過相互作用,土體結(jié)構(gòu)強度潛力得到充分發(fā)揮,改變了邊坡變形和破壞狀態(tài),顯著提高了整體穩(wěn)定性[1]。

1.1 土釘對復(fù)合體起骨架約束作用

由于土釘本身的剛度和強度,以及它在土體內(nèi)分布的空間組成復(fù)合體的骨架,使復(fù)合土體構(gòu)成一個整體,骨架有約束土體變形的作用。

1.2 土釘對復(fù)合體起分擔(dān)作用

在復(fù)合體內(nèi),土釘與土體共同承擔(dān)外荷載和自重應(yīng)力,土釘起著分擔(dān)作用。

1.3 土釘起著應(yīng)力傳遞與擴散作用

基坑開挖過程中,當(dāng)荷載增至一定程度,邊坡表面和內(nèi)部裂縫已發(fā)展到一定寬度,此時坡腳應(yīng)力最大。這時下層土釘伸入到滑裂域外穩(wěn)定土體中的部分仍能提供較大的抗拉力。土釘通過其應(yīng)力傳遞作用,將滑裂域內(nèi)部應(yīng)力傳到后邊穩(wěn)定土體中,并分散在較大范圍的土體內(nèi),降低應(yīng)力集中程度。

1.4 對坡面變形的約束作用

在坡面上設(shè)置與土釘連在一起的鋼筋網(wǎng)噴混凝土面板,是發(fā)揮土釘有效作用的重要組成部分。噴混凝土面板起到坡面變形的約束作用,面板約束力取決于土釘表面與土體的摩阻力,當(dāng)復(fù)合土體開裂面區(qū)域擴大并連成片時,摩阻力主要來自開裂區(qū)域后的穩(wěn)定復(fù)合體。

2 工程實例應(yīng)用

2.1 工程概況

杭州市某大廈位于某住宅區(qū)附近,主樓為18層,高度為56 m,裙樓為7層,剪力墻結(jié)構(gòu)(1層～3層為框架結(jié)構(gòu)),總建筑面積42 000 m2,主樓地下2層,裙樓地下1層,筏板基礎(chǔ)。基礎(chǔ)最大開挖深度為8.9 m。該工程南側(cè)圍墻以外12 m為城市交通道路,西側(cè)緊鄰12層住宅樓,基坑距建筑外圍墻最遠為2 m,最近為1.2 m,且該住宅樓北側(cè)有一平房距基坑僅為0.4 m。

2.2 工程地質(zhì)條件

該場地地層自上而下依次為:①人工填土層,包括素填土和雜填土,成分為粉質(zhì)黏土、灰渣及碎磚、瓦片等,結(jié)構(gòu)松散;②淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土:灰黑色,軟塑～流塑,飽和;③黏土:棕紅～褐色,可塑～硬塑,含少量姜石;④殘積土:灰綠色,可塑～硬塑,中密,很濕,為閃長巖風(fēng)化。地下水位埋深為1.4 m。

2.3 基坑支護方案的擬定

分析該工程的地質(zhì)勘察報告和周圍環(huán)境條件,基坑具有以下特點:1)土質(zhì)條件差,在整個開挖深度范圍內(nèi)均為雜填土及淤泥質(zhì)土,其中雜填土結(jié)構(gòu)松散,淤泥質(zhì)土強度低且靈敏度高。2)地下水位高:地下水位距天然地坪僅為1.4 m。3)施工面狹小:基坑西側(cè)距原建筑物最近處僅為0.4 m,采用一般常用的支護方法沒有施工空間,施作較為困難。

根據(jù)基坑的特點,考慮到施工場地的條件限制,經(jīng)過反復(fù)論證,決定采用土釘對該基坑進行支護,且根據(jù)基坑四周環(huán)境及開挖深度,采用不同的剖面形式。

2.3.1 東、北側(cè)邊坡的支護

采用 1∶0.2放坡,普通水泥砂漿土釘,土釘直徑為100 mm,內(nèi)配一根B25 mm鋼筋。土釘長度及豎向間距如圖1所示,水平間距為1.7 m,梅花形布置。面層厚100 m,內(nèi)配A8 mm@200 mm×200 mm鋼筋網(wǎng)。

2.3.2 西側(cè)邊坡的支護

因場地條件限制,只能采用直立邊坡。住宅樓部分邊坡土釘長度及豎向間距如圖2所示,水平間距為1.2 m,梅花形布置。土釘直徑為100 mm,內(nèi)配一根B28 mm鋼筋。面層厚150 mm,內(nèi)配A14 mm@200 mm×200 mm雙層鋼筋網(wǎng)。在淤泥質(zhì)土中采用土釘支護,其最主要的問題是基坑邊坡的水平位移及坡頂沉降的控制。據(jù)有關(guān)資料,對淤泥質(zhì)土邊坡其坡頂位移一般為坡高的0.5%～0.7%,由于建筑物距基坑太近,為防止邊坡位移過大造成臨近建筑物產(chǎn)生裂縫,該部分土釘長度加長且為非全錨固型,即將面層以內(nèi)1.5 m～2 m范圍內(nèi)的鋼筋做成非錨固段。鋼筋端頭焊螺栓,待面層強度達到設(shè)計強度的70%后,對土釘進行張拉,張拉力為土釘極限抗拉力的25%。

2.4 土釘支護施工工藝

1)基坑開挖前首先進行深井井點降水,待水位穩(wěn)定后再進行基坑開挖。土釘施工工藝為:挖土→修坡→成孔→安放鋼筋→注漿→綁扎面層鋼筋→噴射混凝土→養(yǎng)護→張拉→鎖緊。

2)工藝要點。a.按照設(shè)計的要求開挖工作面,分層開挖。因土質(zhì)條件差,每層開挖深度為西側(cè)1.2 m,東、北側(cè)為1.3 m。必要時采用鋸齒形開挖方式,以減少淤泥質(zhì)土的側(cè)向擠出。b.挖完一層后應(yīng)及時進行土釘施工,按照梅花形布置土釘,避免土坡暴露時間過長,保證挖完一層支護一層。成孔采用機械及人工相結(jié)合的方法進行。鋼筋端部1.5 m～2 m部分涂抹潤滑劑后外套塑料管,做成非錨固段。注漿采用壓力注水泥砂漿,內(nèi)摻三乙醇胺高效減水劑,對較長土釘首先采用孔底注漿,注滿后再封口采用壓力注漿,注漿壓力為0.2 MPa～0.3 MPa。c.面層鋪設(shè)網(wǎng)格尺寸為200 mm×200 mm的鋼筋網(wǎng),東、北側(cè)邊坡鋼筋網(wǎng)鋼筋直徑為8 mm,西側(cè)邊坡鋼筋網(wǎng)鋼筋直徑為14 mm,并在釘頭處縱橫各加一根直徑為18 mm的加強筋,與土釘焊接牢固。d.依照設(shè)計要求噴射混凝土面層,面層混凝土采用C20,混凝土配合比為水泥∶砂∶石=1∶2∶2,內(nèi)摻速凝劑及早強劑,混凝土噴射完成后立即將土釘周圍表面抹平并安裝鋼板,鋼板厚12 mm,面積為300 mm×300 mm。注意做到一次到位,一次成功,使之成為整體,穩(wěn)定邊坡。e.噴射混凝土終凝2 h后作噴水養(yǎng)護,24 h后方可進行下一層開挖。

2.5 基坑變形監(jiān)測

為保證基坑支護結(jié)構(gòu)在開挖及基礎(chǔ)施工期間的安全與穩(wěn)定,確保西側(cè)建筑物的安全。根據(jù)本工程的實際情況,對本工程擬進行以下項目的監(jiān)測:支護系統(tǒng)周圍地表沉降監(jiān)控,基坑周圍臨近建筑物的變形、沉降監(jiān)控,具體工作是在建筑物兩側(cè)設(shè)點觀測建筑物的傾斜和沉降;支護體系本身的變形、位移監(jiān)測,具體工作是在基坑邊坡坡頂設(shè)置了水平及沉降觀測點,在每層開挖及支護完成后進行觀測,同時注意基坑四周的裂縫觀察。在本工程中的監(jiān)測數(shù)據(jù)表明,在基坑開挖和使用期內(nèi),監(jiān)測到的位移值和地表沉降值均小于預(yù)警值,未對基坑周圍建筑物造成任何影響。

3 結(jié)語

1)土釘支護技術(shù)是通過原位土體加固、充分利用原位土體的自穩(wěn)能力,因而能大幅度降低支護造價,一般比樁墻支護結(jié)構(gòu)節(jié)約很多費用,具有顯著的經(jīng)濟效益;2)施工方法和設(shè)備簡單,土釘?shù)闹谱髋c成孔不需復(fù)雜的技術(shù)和大型機具,土釘施工的作業(yè)對場地占用少,使得基坑施工時有一個安全可靠的施工環(huán)境,能確保工程質(zhì)量;3)因施工工藝簡單,施工與基坑土方工程同步進行,基坑底交叉作業(yè)。根據(jù)土釘設(shè)置的層數(shù),挖一層土,施工一層土釘,施工工期一般較短,對周圍環(huán)境的影響小。

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