建筑工程中深基坑的支护施工技术应用探讨

　　一、工程背景资料

 

　　1、工程概况

 

　　某栋集商贸、写字楼为一体的商业大厦地上18层，地下2层，总高度65m，建筑面积约50000m2。该工程的外形为矩形，尺寸为60.2m×38.4m，占地面积约2200m2。该工程的上部结构采用框架剪力墙结构，基础大部分采用筏板基础，同时配合框架基础和条形基础。基础拟建在天然地基上，根据工程设计，基础开挖至地面以下8.0m。该工程以粉质枯土为天然地基持力层，场地土类型为中软场地土，建筑场地类别为1类，抗震设计类别为丙类，为建筑抗震一般地段。

 

　　2、方案设计

 

　　根据前述计算，本工程基坑作如下设计：

 

　　本次基坑支护方案比选的原则为首先根据地层、开挖深度、周边环境的不同，详细地对基坑支护分段，然后对每一段按由简单到复杂、由低价到高价的先后顺序进行试算、比较，同时兼顾工期及其它工程条件，最后选择最佳的方案。在经过计算、比较分析后，本工程支护结构拟采用土钉墙复合体的支护体系。

 

　　基坑支护有效深度为4.55m；基坑的支护型式设计一种支护断面分三层支护，坡度为1：0.1：第一层20L=6000mm@1200mm、第二层20L=5000mm@1200mm、第三层20L=4000mm@1200mm。混凝土面层设计要求为钢筋网片采用HRB235钢筋，间距200mm，喷射混凝土面层均为l00mm厚C20细石混凝土夹钢筋网片。

 

　　二、土钉墙支护深基坑的作用

 

　　土钉墙是由天然土体通过土钉就地加固之后并且与所喷射得混凝土面板相结合，并形成的一种类似重力挡墙的结构，以此来抵抗墙后所产生的土压力；最终达到保持开挖面稳定的效果，这个土挡墙就被称为土钉墙。土钉墙的做法与矿山加固坑道用的喷锚网加固岩体的做法类似，所以有时也被称为喷锚网加固边坡或喷锚网挡墙装置，《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)正式命名为土钉墙。

 

　　1、应力传递与扩散作用

 

　　当荷载增大到一定程度后，边坡表面和内部裂缝己发展到一定宽度，此时坡脚应力最大。这时下层土钉伸入到滑裂域外稳定土体中的部分仍能提供较大的抗力，土钉通过其应力传递作用，将滑裂面内部应力传递到后部的稳定土体中，并分散在较大范围的土体内，降低应力集中程度。在相同的荷载作用下，经过检验：被土钉锁加固的土体在内部的应变水平比其他素土边坡土体内的应变水平要降低了很多，这种情况带来的优势就是对开裂区域的形成与发展产生了明显的阻碍效果。

 

　　2、箍束骨架作用

 

　　土钉与土共同作用，土钉自身的刚度和强度以及它在土体内的分布空间所决定的，它具有制约土体变形的作用，使得复合土体构成一个整体结构。

 

　　3、坡面变形的约束作用

 

　　在坡面上设置的与土钉连成一体的钢筋混凝土面板是发挥土钉有效作用的重要组成部分。面板提供的约束取决土钉表面与土的摩阻力，当复合土体开裂扩大并连成片时，只有开裂区域后面的稳定复合土体产生摩阻力。

 

　　4、分担作用

 

　　在复合土体内，土钉有较高的抗拉、抗剪强度和抗弯强度，当土体进入塑性状态后，应力逐渐向土钉转移。当土体开裂时，土钉分担作用更为明显。土钉内产生相应的弯剪、拉剪等复合应力，于是就会导致土钉体外裹浆体碎裂、钢筋屈服的结果。

 

　　三、土钉墙施工技术应用

 

　　1、土钉墙施工工艺

 

　　（1）根据相关工程施工经验总结，土钉墙的施工工艺大致为：首先进行土方开挖、修整边壁施工，然后进行测量、放线工序，钻机就位工作随之进行，然后进行安钻杆和校正孔位、调整角度等系列准备工作，钻孔施工工序应特别注意必须钻至设计深度，钻孔施工结束之后进行清孔工作，然后插入土钉，并用压力灌浆的方式处理，最后是相关的养护工作。

 

　　（2）喷射混凝土面层的施工工艺大致为：首先进行立面平整工作，并绑扎钢筋网片，在对混凝土料干配完成后，需要依次打开电、风、水开关，对作业面进行喷射混凝土作业，最后是对混凝土面层进行相应的养护。

 

　　2、施工主要过程

 

　　（1）测量放样

 

　　施工准备阶段首先按图纸尺寸把基坑上口线和下口线在实地做好测量记号及木桩标志，用滑石粉在实地划线。

 

　　（2）基坑开挖

 

　　土方挖运和喷混凝土护壁是一条流水线的不同工序，必须紧密结合，在不运土的情况下，安排挖机进行修边坡，配合好支护工作。

 

　　大面积基坑开挖，由于地表层的滞水和深层的渗水及降雨，会造成基坑大量积水。这些水如不及时排出势必影响施工，所以在坑的四周、坑内每隔30m挖一条积水沟和相应的积水坑。每一层开挖基本上做到积水沟与积水坑连成网络，并及时将积水抽出坑外。

 

　　（3）打土钉孔，孔径l00mm，水平钻机成孔。

 

　　（4）土钉制作、安装

 

　　土钉使用前须除锈，除油、焊牢(搭接焊长不少于10倍的钢筋直径)；为保证土钉插入孔后居孔中央位置，以便在注浆后增大钢筋与砂浆的握紧力，土钉应焊托架，托架为对中支架，相邻两托架间距2m；注浆管同土钉插入锚孔时，对注浆管下端口应采取保护措施，以免堵塞；注浆管必须随土钉下至孔底，若中途注浆管脱落，必须重新安装土钉；注浆的水泥浆液按设计配比进行，水灰比为0.45-0.55，速凝剂用量为水泥用量的3%，控制压力0.2-0.4Mpa；注浆时，要做到边注浆边往外拉动注浆管，不可拉动得太快，以免造成水泥浆脱节而使浆液不够饱满；注浆开始或中途停止超过30min时，就用水清洗注浆机及注浆管，重新注浆；砂浆严格按配合比计量并搅拌均匀，随拌随用，一次拌合的水泥浆应在初凝前用完，并严防石块，杂物混入；注浆过程中观察孔口返浆情况，如孔口返浆用粘土在孔口围僵，确保浆液的密实。

 

　　（5）挂网、泄水管孔布设

 

　　①挂网

 

　　挂Φ6.5@200(双向)钢筋网，挂网时间应在注浆4h后进行。网距壁面30mm，与井字型钢筋架焊接在一起或用22的铁丝扎牢。采用螺纹钢与同层土钉贯穿作为联系肋筋，Φ14肋筋与网面钢筋绑扎或焊接牢靠。支护面沿水平和竖直向预埋长500-1000mm直径50mm外罩滤网的PVC管作为泄水管，管子口部四周用水泥浆封固。

 

　　②喷射混凝土面层

 

　　待钢筋网编制与连接筋焊接完成后，应及时喷射混凝土面层。本基坑采用9m3空压机喷射装置，喷射混凝土配合比严格按实验室配制单，同时加入一定量的外加剂，速凝剂的掺入比为3%，喷射混凝土强度等级≥C20。

 

　　（6）土钉与混凝土面层连接

 

　　土钉弯头四周用一根长度为300mm的Φ14钢筋与联系筋焊接。

 

　　（7）挂网喷混凝土的支护

 

　　基坑先按1：0.75放坡挖土，人工修面，按设计要求人工打入钢筋土钉，挂Φ6.5@200(双向)钢筋网，保护层20mm，喷射C20混凝土厚60mm。

 

　　3、施工监测项目

 

　　土钉墙复合墙体施工时，应进行监测，其监测项目和要求如表所列。

 

　　表1监测项目和要求

 

　　监测项目监测仪器监测要求

 

　　应测项目坡顶水平位移精密经纬仪沿基坑边每5-lOm设一个测点，基坑开挖期间，每天测一次，正常情况下3-10d测一次。

 

　　坡顶沉降精密水准仪沿基坑边每5-10m设一个测点，基坑开挖期间，每天测一次，正常情况下3-10d测一次。

 

　　选测项目土钉应力钢筋计、应变片选有代表性的位置测一次。

 

　　墙体位移测斜仪选有代表性的位置测一次。

 

　　喷层钢筋应力应变计选有代表性的位置测一次。

 

　　土压力压力盒选有代表性的位置测一次。

 

　　结语

 

　　土钉支护是用于土体开挖和边坡稳定的一种新的挡土技术，由于经济、可靠且施上快速简便，已在我国得迅速推广和应用。土钉支护技术是以土钉结构作为主要受力构件的对边坡的支护技术，它主要由密集的土钉群、被加固的原位土体、配筋所喷射得混凝土面层和必要的防水系统一并组成。土钉墙的设计理论还不够成熟，土钉的抗拉拔力较低，为了克服上述缺陷，对土钉墙支护的构造和施工方法问题显得尤为重要。在基坑开挖中，土钉支护现已成为桩，墙、撑、锚支护之后又一项较为成熟的支护术。

 

　　参考文献

 

　　1.孙丽梅，张玉敏，高明涛.鞍山东方大厦深基坑土钉支护技术.探矿工程(岩土钻掘工程).2007(2)

 

　　2.孟凡海.深基坑土钉支护设计及施工方案.山西建筑.2008(18)

 

　　3.聂淼，郑玉元.贵阳某深基坑土钉支护设计研究.山西建筑.2009(3)

 

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