浅谈深基坑土钉墙支护的稳定性

2015-09-11 193 0

   【摘要】利用土钉墙的施工方法对已挖深基坑进行支护,以限制土体变形的发展,增强边坡土体自身的稳定性。简要介绍了实际工程中用土钉墙支护深基坑的施工方法。
 
  1.深基坑土钉墙概述
 
  土钉墙是由天然土体通过土钉就地加固并与喷射混凝土面板相结合,形成一个类似重力挡墙以此来抵抗墙后的土压力,从而保持开挖面的稳定,这个土挡墙称为土钉墙,地下连续墙是在泥浆护壁的条件下分槽段构筑的钢筋混凝土墙体,随着技术的发展和施工方法及机械的改进,地下连续墙发展到既是基坑施工时的挡土围护结构,又是拟建主体结构的侧墙,如支撑得当,且配合正确的施工方法和措施,可较好地控制软土地层的变形,土钉墙是一种边坡稳定的支护。适用于地下水位以上或经人工降水后的人工填土、粘性土和弱胶结砂土。常用在单层地下室、且淤泥层较薄、地下水较少的基坑。土钉墙施工工艺流程可以总结为:测量放样——第一层边坡开挖——人工修整——初喷射砼——钻孔——打设土钉——高压注浆——布钢筋网——复喷射砼——第二层边坡开挖,所谓土钉墙工作原理,就是土钉、面墙与原状土三者共同作用。通过土钉、面墙与原状土的共同作用,形成以主动制约机制为基础的复合体,具有明显提高边坡土体的结构强度和抗变形能力,减少土体侧向变形,增强整体稳定的特点。因此其性状主要由土钉与面墙接合程度、原状土体性状、坡顶荷载、开挖深度等因素综合确定,其中土钉的工作性状起决定性的作用,根据工程地质报告,厂区附近地表水系发育,河渠纵横交错。厂区内地势平坦,地表为回填粘性土、碎石及块石,地面标高为2.57~3.86m,场地高程为+4.00m(1985年国家基准高程)。地基上层夹有层厚0.6~6.1m的淤泥质粉质粘土,该土层的层顶标高为2.71~-0.31m,层底高程为2.36~-4.16m。由此可知,该淤泥土层均位于基坑开挖的范围内,对开挖基坑的稳定性起控制作用。在基坑支护结构设计时,取该土层厚度为3.5m,各土层的物理力学性能指标如表1所列。土的物理力学性能指标取工程地质报告中的标准值或平均值,强度指标取固结快剪强度指标。土钉墙支护是在基坑开挖过程中将较密的细长杆件钉置于原位土体中,并在坡面上喷射钢筋网混凝土面层。通过土钉、土体和喷射混凝土面层的共同工作,形成复合土体。利用复合土体的自稳达到支护目的。土钉墙支护必须自始至终做到施工及现场监测相结合,根据施工中出现的情况和监测数据,及时反馈修改设计,并指导下一步施工。常用于开挖深度不大、周围相邻建筑或地下管线对沉降与位移要求不高的基坑支护,具有施工快捷简便、经济可靠的特点,得到广泛的应用。

  2.深基坑支护的稳定性
 
  钢板桩由带锁口或钳口的热轧型钢制成,把这种钢板桩互相连接就形成钢板桩墙,被广泛应用于挡土和截水。目前钢板桩常用的截面形式有U形、Z形和直腹板型。钢板桩由于施工简单而应用较广,排桩支护是指柱列式间隔布置钢筋混凝土挖孔、钻(冲)孔灌注桩作为主要挡土结构的一种支护形式。柱列式间隔布置包括桩与桩之间有一定净距的疏排布置形式和桩与桩相切的密排布置形式,随着经济的发展和城市化进程的加快,我国的高层建筑如雨后春笋,拔地而起。为了节约土地,大量兴建高层建筑和充分利用城市地下空间势成必然,随之而来的深基坑工程越来越多。因此,如何保证深基坑工程既安全可靠又经济合理、既能提高工程质量又能降低工程造价,已成为当前城市建设中的一项重要课题。土钉是在20世纪50年代的土层锚杆技术和60年代的加筋土技术基础上发展起来的。与其他支护结构相比,土钉支护具有施工简便、造价低、工期短、对场地周围建筑物影响小等优点,是目前应用广泛的一种支护技术。在基坑开挖的边坡中应用土钉,形成复合墙体,不仅有效地提高土体的整体刚度,又弥补了土体抗拉、抗剪的不足,通过相互作用,土体自身结构强度潜力得到充分发挥,显著提高了整体稳定性。
 
  3.深基坑支护的设计方法
 
  由于在软土地层应用土钉墙技术往往使得土钉设置的又密又长,造成支护方案不经济,并且由于软土地层徐变与流变的影响,软土地层一般不宜采用土钉墙技术支护。随着软土加固技术的发展,采用多向土钉支护及土钉墙与土体加固组合技术已使土钉墙技术成功应用于软土地层,目前国内基坑支护深度已达10米以上。采用止水与土钉墙结合技术,使土钉墙技术在非降水的高水位地层得到成功应用,从而拓宽了土钉墙技术的应用范围。但今后若想使土钉墙支护技术在深基坑支护中的水平得到提高和发展,仍需对土钉墙机理作更深入的探讨和研究。因场地东、西两侧比较狭窄,且场地东侧分布着地下管线及高压电缆。因此基坑开挖不允许有较大的放坡,必须采取边坡支护措施。我院根据场地工程地质条件、土层力学计算指标及周围建筑物情况,经多方案支护形式技术经济比较,决定采用以土钉墙支护技术为主的支护结构,土钉墙复合体可提高边坡整体稳定性和承受坡顶超载的能力,所用的施工设备简单,占用施工场地小,而且可随基坑开挖逐次分段实施作业,由于方案可行、安全、经济而中标。
 
  一般基坑开挖常见的支护方式有:
 
  (1)深层搅拌桩支护,是利用水泥、石灰等材料固化土体的原理,其主要适用于各种成因的饱和性粘土,但由于其抗拉强度远优于抗压强度。
 
  (2)排桩支护,包括钢板桩、钢筋混凝土板桩、钻孔灌注桩及人工挖孔桩,根据土质和地下水位的不同其排列方式分为柱列式排桩支护、连续排桩支护和组合式排桩支护。
 
  (3)地下连续墙支护,适用与软土层、开挖深度较大基坑。
 
  (4)土钉墙支护,利用钉置在土体的细长杆件与土体和配套的网喷混凝土共同作用,2.5的普通钢管,土钉钢管在土钉墙面出露处与面层加强钢筋焊接,以增强整体工作效能,加强钢筋一般采用Φ16螺纹钢筋。×10#200的钢筋网一层,根据高地下水位中土钉施工经验,土钉一般均采用钢管击入钉,钢管上每隔800mm设置一个直径约8mm的注浆孔,并在注浆孔外侧焊接角钢支架,一方面可减少土体进入注浆管内,另一方面对土钉起到扩孔作用,能有效地保证土钉锚固体的抗拔力,注浆钢管一般采用48Φ土钉墙护坡支护结构由土钉和喷射混凝土面层两部分组成,设计时,喷射混凝土面层均按构造要求设计,其厚度一般为100mm,(考虑到本工程护坡使用时间较长,为此设计为150mm),混凝土强度等级为C20,内配,本工程自开工至基础施工到±0.000m,基坑边坡一直是保持稳定的,未发生坍塌,建筑物也没有受到影响,邻近的建筑物亦未发生有害裂缝。由此可见,土钉墙加预应力锚杆的复合直壁支护技术在该基坑工程中的应用是非常成功的。

  4.总结
 
  我国基坑工程的设计理论有了很大发展,建立了许多新的计算理论和方法。但在工程具体应用中,仍要坚持理论与实践相结合的原则,根据实际选用合理的支护方法。
 
  

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