軟土地區擊入土釘基坑支護設計與施工處理

申錦華 陶西貴

南京市河西地區某建筑群,由4棟高層住宅樓及地下車庫組成,總建筑面積12萬m2。整個地下場地為1層車庫,局部2層車庫。基坑開挖面積16 000 m2,實際開挖深度2 m～8 m。

1 工程地質情況

該場地靠近長江邊,屬長江漫灘地貌。地基土軟弱厚大、力學強度低。地下水位埋深僅0.50 m～1.00 m,賦存于填土層和淺部土層中,富水性較弱。主要接受大氣降水及地表水補給,地下水位受季節影響明顯。基坑周邊臨近市政干道和小區道路。

基坑開挖深度范圍內的土質較為軟弱。土層分布自上而下為:雜填土、素填土、淤泥質與粉質黏土,具體見表1。影響,從而影響土釘的設計計算[3]。

1)擊入成孔的影響。擊入式土釘的釘材植入時,擠壓周圍土體,除正常受土壓力外,還受到徑向的擠壓應力,使得擊入式土釘大于鉆孔土釘錨體的徑向應力,由物理學知識和式(2)不難得到,擊入土釘的釘土粘結強度比一般土釘要大。

2)不注漿的影響。注漿時,漿體可滲入土的孔隙與巖體裂隙,從而提高粘結范圍。漿體不能滲入滲透系數小于10-3cm/s的粉細砂內,但在壓力注漿下能使其密實,也改善粘結性能,提高粘結強度。

當采用擊入土釘不進行注漿支護時,僅釘材和其周圍土體產生粘結,雖然由于擠壓作用釘材和其周圍土體接觸緊密,但其釘土的接觸面小,相對注漿土釘來說粘結范圍較小,由式(1)知土釘的抗拉承載力并不理想。所以要提高其支護效果,選擇與土體接觸面積大的釘材,以提高其錨體抗拉承載力。

2.2 土釘設計參數

表1 主要土層物理力學性質

基坑壁、底均存在淤泥質黏土及飽和粉土層。開挖后,除基坑壁易向坑內滑移外,坑底還可能產生土體隆起。坑壁失穩將對市政道路、地下管線造成危害。

2 基坑設計與施工

為節約資金,選取毛竹作為土釘釘材,間距500 mm×500 mm,毛竹長度6 m,坡面面層噴射C20細石混凝土,厚80 mm。其中水泥、石子、砂、水的重量配合比為 1∶2∶2∶0.5,水泥為 42.5級普通硅酸鹽水泥,噴漿分兩次進行,第一次厚30 mm,第二次掛網后再噴50 mm。

基坑開挖支護面積大,受場地、造價、工期等因素限制,確定基坑西北角開挖7.15 m及基坑東側中部開挖7.7 m處采用鉆孔灌注樁加單層內支撐支護,鉆孔灌注樁樁徑800 mm,樁中心距

2.3 土方開挖順序和方法

1 000 mm,樁長 15 mm,嵌固深度 9 m。其余段均采用 1∶0.6放坡加擊入土釘掛網支護,坑內不同高差處放坡開挖。

2.1 擊入土釘特點

對土釘設計,關鍵是如何比較準確的確定土釘的抗拉承載力。抗拉承載力可由下式得到[1,2]:

其中,T為土釘錨體抗拉力,kN/m;Ka為注漿增加系數,經驗值可取1.3～1.5;D為土釘錨體直徑,m;τ為土釘錨體與土體間各層土的粘結強度,kPa。

準確確定土釘的抗拉承載力,關鍵是要準確確定土釘錨固體和其周圍土體的界面粘結強度(τ),從而可以確定其他的設計參數。界面粘結強度可以通過土釘抗拉試驗確定,也可由下式確定[1,2]:

其中,σ為平均深度處垂直應力;c,φ分別為土釘切向密切面處的粘聚力和內摩擦角。

不同的成孔方法及注漿壓力可對界面的粘結性能產生較大

基坑施工確定分層、分段長(每層土體開挖長度不大于20 m,分段間隔開挖和支護)的基坑土方開挖順序和支護施工方法,并考慮基坑開挖時,淤泥質黏土和飽和粉土大量出露的不利因素,為縮短工期在坑壁底預留了反壓臺階結合現場實際和地層條件,使土釘墻支護、灌注樁施工、基坑開挖等有機結合,大大降低了支護風險。

挖土過程中盡量減小擊入毛竹土釘產生的振動和真空吸力,以最大限度減少土體產生的蠕變。

3 施工中的處理措施

3.1 基坑的滑坡處理

在坡面增設3排斜向加強毛竹土釘,毛竹長度6 m,與水平面傾角成 45°,水平間距1 m;坡腳增設坡腳竹筋,土釘支護段如圖1所示。坡腳竹筋的作用是利用置入開挖面以下的嵌固段的抗剪、抗彎能力,提供保持邊坡穩定所需的滑動抵抗力,增大基坑工程的安全系數,使復合支護結構滿足基坑穩定性要求。

及早鋪墊層,特別是地下室底板澆筑、混凝土養護達到一定強度后回填一定厚度的土,特別有利于邊坡穩定,減少地下室施工的風險。

3.2 工程樁傾斜處理

加快運土速度運走堆積于工程樁上方的土,對傾斜的工程樁用千斤頂使其復位,然后在樁周注漿加固。采用整板剛性承臺代替原群樁小承臺。由于剛性整板式承臺有較強的調整不均勻沉降的能力,加強了整體性和抗傾覆能力,設計中可視接樁與原基樁變形協調一致,共同受力,避免了對上部結構的不利影響,有利于承臺底板下的土體發揮承載作用。

本工程結構封頂以來的沉降觀測表明,總沉降和不均勻沉降均滿足設計要求,說明加固處理措施正確,能保證建筑物的安全使用。

4 結語

該基坑支護,雖施工過程中,坑壁局部開裂變形,給施工工期和周圍環境造成了一定的影響。但經分析和處理后,基坑壁穩定,坑周建構(筑)物再沒受到損壞,基本達到了預期的支護目標,為軟弱土地區運用擊入式土釘墻支護施工提供了參考,同時,也為本地區基坑土釘墻支護積累了較多的施工經驗和教訓。

擊入土釘基坑支護中,要重視信息化施工監測工作,堅持信息化管理,建立有效的肉眼巡視和裂縫觀測制度,對施工中出現的問題隨時進行調整,及時有效地采取相應措施,把險情消滅在萌芽狀態。

[1] 陳肇元,崔京浩.土釘支護在基坑工程中的應用[M].北京:中國建筑工業出版社,2000:2-43.

[2] 秦四清,王建黨.土釘支護機理與優化設計[M].北京:地質出版社,1999:9-15.

[3] 金亞兵,趙行立.不同成釘方法的土釘抗拉承載力試驗研究[J].工業建筑,2004(sup):169-171.

[4] 丁金海,趙 翔.直立式土釘墻在軟土中的應用[J].山西建筑,2009,35(2):93-94.