論深基坑預應力錨桿復合土釘墻支護施工技術

袁 興

（成都市勘察測繪研究院，四川 成都 610081）

前言

近年來，隨著國民經濟的快速發展，高層建筑在城市建設中也越來越多，為了能夠滿足建筑的需要，地下室已成為不可缺少的部分之一，因此，基坑支護是基礎工程施工中的重重之重。復合土釘支護是土釘支護在不良地質條件下的應用技術,其優點是支護位移小、適用范圍寬、安全經濟等在基坑支護工程中得到廣泛應用。

1.復合土釘支護常見型式

根據近些年國內外工程實踐,復合土釘支護常見的結構型式如下:

1.1.土釘與樁錨復合支護

常見的土釘與樁錨復合支護有兩種形式:一種形式為上部一定深度采用土釘支護,下部采用樁錨支護形式;另一種形式為沿基坑開挖線以一定間距設置樁錨支護,樁與樁之間再設置土釘。

1.2.土釘與預應力錨桿復合支護

預應力錨桿主要特點是通過施加預應力來約束邊壁變形,采用土釘與錨桿組合式支護技術,可有效地控制基坑變形,大大提高基坑邊坡的穩定性。特別是在基坑比較深、地質條件及周圍環境比較復雜,而對基坑變形又有嚴格要求時,這種聯合支護型式更顯示出它的優點。

1.3.土釘與止水帷幕復合支護

采用止水帷幕結合土釘支護型式,通常在基坑內降水,基坑外不進行降水,避免了土體開挖后土體滲水、土體強度降低,以至不能臨時直立而失穩及基底隆起、管涌等問題。

1.4.土釘與微型樁復合支護

超前微型樁以一定間距間隔布置,主要作用是超前加固開挖面的局部土體,不能止水防滲。對基坑沒有防滲止水要求或地下水位較低,不必要進行防滲處理,可采用該復合支護型式。

1.5 土釘與止水帷幕、預應力錨桿復合支護

當環境條件不允許降水時,基坑圍護需設置止水帷幕,止水后圍護結構的變形一般比較大,在基坑較深、變形要求嚴格的情況下,需要設置預應力錨桿限制基坑變形。一般情況下設置1～2排攪拌樁、1～3排預應力錨桿。

1.6.土釘與止水帷幕、微型樁、預應力錨桿復合支護

在這種支護型式中,一般設置2～3排預應力錨桿,施作攪拌樁或旋噴樁形成止水帷幕,采用型鋼樁或直徑較大的微型樁。

1.7 土釘與止水帷幕、插筋、預應力錨桿復合支護

在攪拌樁或旋噴樁中插筋來加強支護結構的抗彎、抗剪性能,在單排樁中常插入型鋼,在多排攪拌樁時插入多排鋼筋或鋼管,形成配筋的止水帷幕墻,再設置多排預應力錨桿。

2.復合土釘支護結構的設計計算

2.1.復合土釘支護結構整體穩定性分析

2.1.1.普通土釘墻整體穩定性分析采用圓弧滑裂面計算,安全系數Ks為

(1)其中,Ks土釘墻整體穩定安全系數;ci為土體的粘聚力(kPa);φi為土體的內摩擦角(°);Li為土條滑動面弧長(m);Wi為土條質量(kN);TNj為土釘的極限抗拉力(kN);S為土釘的水平間距(m);θi為滑動面某處切線與水平面之間的夾角(°);αi為土釘與水平面之間的夾角(°);ξ為折減系數,根據經驗取0.5。

2.1.2.復合土釘支護結構的整體穩定性分析也采用圓弧滑裂面計算,計算中考慮止水帷幕、

圖1 復合土釘支護結構整體穩定性分析簡圖

微型樁、預應力錨桿等的作用如圖1所示。

其計算公式為

(2)其中,Kp為復合土釘墻整體穩定安全系數;τs為攪拌樁、微型樁的抗剪強度設計值(kPa);As為攪拌樁、微型樁的面積(m2);PNj為預應力錨桿設計承載力(kN);SL為攪拌樁、微型樁的間距(m);Sm為預應力錨桿的水平間距(m);ξ為組合折減系數,取值0.5～1.0;η為折減系數,根據預應力水平在0.5～1.0之間選取,其余符號同前。

圖2 復合土釘支護結構抗拔力驗算簡圖

對于施工階段不同開挖深度和使用階段不同位置分別計算,保證各個階段各個位置的安全系數均滿足設計要求,容許的安全系數可根據工程性質和安全等級在1.2～1.5之間選取。

2.2.復合土釘支護結構的土釘抗拔力驗算

復合土釘支護結構中土釘(錨桿)抗拔力驗算與土釘墻相同,如圖2所示。即

其中,KBj為第j個土釘 (錨桿)抗拔力安全系數,取1.5～2.0,對臨時性土釘墻工程取小值,永久性工程取大值;TXj為第j個土釘(錨桿)破裂面外土體提供的有效抗拉能力標準值(kN),破裂面與水平面之間的夾角取(β+φ)/2;Sx、Sy為土釘(錨桿)水平(垂直)間距(m);eaj為主動土壓力強度(kPa)。

3.工程實例

3.1.工程概況

該基坑周長約500m,平面面積約15500m2,地下1層,地上5層裙樓和6～28層塔樓。基坑開挖深度在6.2～7.2m之間,基坑內局部地方有大承臺,開挖深度8.65m,建筑物采用<600管樁基礎,主要采用靜壓法施工,局部用錘擊法施工。

3.2.地質條件

巖土工程地質特征按地層成因類型和巖土層性質,場區內各地層自上而下分為:

3.2.1.第四系人工填土。素填土:灰黃、灰色,稍濕、松散狀,成分以粘粒為主,含砂,平均厚度2.2m。

3.2.2.第四系沖積層。按其成分的不同分為如下兩層:第一層淤泥:灰黑色,飽和,流軟塑,成分以粘粒為主,富含有機質。層厚2.40～8.50m,平均5.4m,標貫擊數1.5擊,含水量w=56.2%,孔隙比e=1.527,液性指數IL=1.47。第二層粉質粘土:部分鉆孔缺失,灰紅色,濕、可塑,成分以粘粒為主,含砂。厚度1.00～5.10m,平均2.44m,標貫擊數8.7擊,含水量w=32.6%,液性指數IL=0.37。

3.2.3.第四系殘積層。砂質粘性土:灰黃、淺灰色,濕、可塑～硬塑,成分以粘粒為主,含砂。層厚15～50m,平均30m,標貫擊數18.1擊,含水量w=25.6%,液性指數 IL=0.16。

3.3.水文地質條件

場區地下水主要分布于基巖裂隙及淤泥層孔隙中,透水性能較差。

3.4.周圍環境

基坑周圍地面相對平坦,周邊建筑物稀少,四周為道路,場地相對開闊,無重要的地下管線。其中,基坑南道路的另一邊為一條河涌。

3.5.基坑支護結構設計

3.5.1.設計思路

根據該基坑的特點,主要按極限狀態方法設計,考慮到基坑周邊場地空曠,無重要建筑物和管線需保護,適當放松對支護結構變形的控制要求。結合該工程的地質條件、周邊建筑物以及管線的分布和基坑開挖深度、基坑周邊場地使用需要,采用復合土釘作為該基坑的支護結構,進行直立開挖,用雙排攪拌樁作為超前支護。根據地質資料,基坑的地質條件以東北角最好,西南角最差,中間處于過渡狀態,淤泥層最深處有10.5m,比基坑開挖深度大3.5m。考慮到地質條件的差異,基坑各處的開挖深度不同,對支護結構分區分段進行設計。

3.5.2.設計方案

攪拌樁采用雙排<500@300,采用32.5R普通硅酸鹽水泥,水泥摻入量為15%,設計樁長9～11m,要求至少穿過淤泥層1m。錨桿采用<22鋼筋,傾角30°,要求至少穿過淤泥層3m,注漿體強度等級M20。根據計算確定各區段的錨桿參數,分別設置3～6層錨桿,錨桿長度12～24m,水平間距1.10～1.30m。噴射混凝土強度等級為C20,厚度 120mm,鋼筋網采用 <6@200×200,水平加強筋為2<16,處理范圍為坡面和坡頂1.0m范圍內。

3.5.3.計算分析

對支護結構的整體穩定性分析計算,并考慮基坑內大承臺深開挖對整體穩定性的不利影響,不計攪拌樁的作用。設計地面超載在材料堆場處30kPa,其它地方取20kPa。要求整體穩定安全系數不小于1.20,設計錨桿力取95kN。通過對各區段邊坡穩定分析計算結果可知,整體穩定安全系數均不小于1.20,所以滿足要求。

3.5.4.施工結果監測分析

在基坑周邊共布置10個測斜孔,根據測量結果,基坑各邊最大的水平位移為11～65mm。對監測資料進行比較分析,基坑的側向變形具有以下特征:①基坑側壁和基坑外一定距離處土體的側向變形的形態有所不同:基坑側壁處位移是上部和下部小中間大;基坑外10m處土體的位移是上部大下部小。②基坑外10m處土體最大側向位移量與基坑側壁最大側向位移大約相差20%～30%。③在相同開挖深度的情況下,淤泥層厚度越深,基坑的側向變形越大。

結論

復合土釘支護是土釘支護的改進和發展,尤其是在國內發展了土釘支護在不良地質條件下的應用技術,保持了傳統土釘支護的許多優點,又具有支護位移小、適用范圍寬、安全經濟等特點,在基坑支護工程中具有廣闊應用前景。

采用復合土釘支護技術,施工過程中應堅持動態設計、信息化施工的原則,根據對地質情況、支護結構和周邊構筑物的各種觀測、試驗數據,及時反饋設計,發現問題及時采取有效補救措施。

復合土釘支護是將主動支護型式和被動支護型式聯合應用,柔性支護與剛性支護相結合,其作用原理歸納為分擔荷載作用、止水抗滲作用、傳遞荷載作用、局部穩定作用和超前加固作用。

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