打入式土釘墻基坑支護(hù)在浦鋼搬遷中的應(yīng)用

周大力 黃朝軍 代亞民

土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)是一種原位土體加固技術(shù),是由天然土體通過土釘墻就地加固并與噴射混凝土面板相結(jié)合,形成一個類似重力擋墻并以此來抵抗墻后的土壓力,從而保持開挖面的穩(wěn)定,這個土擋墻稱為土釘墻。

在上海世博配套項目——寶鋼股份有限公司浦鋼整體搬遷第二步實施項目氧氣站冷卻塔工程施工中,由于冷卻塔南側(cè)緊靠一期工程運行中的水處理系統(tǒng)電纜溝和消防水泵,需對電纜溝和消防水泵基礎(chǔ)采取支護(hù)措施,由于電纜溝和消防水泵基礎(chǔ)均為無樁設(shè)計,且埋深都較淺。其中冷卻塔冷水池基礎(chǔ)底部與電纜溝底部高差1.7m,與電纜溝上口高差3.4m,兩基礎(chǔ)水平間距僅為0.65m,與消防水泵基礎(chǔ)底部高差3m,水平距離4m。受空間限制,無法采用水泥攪拌樁和鋼板樁等傳統(tǒng)支護(hù)方法,而且由于工作面狹窄,對支護(hù)后基坑的變形控制要求較高。針對本工程的特點和土的物理力學(xué)性質(zhì),結(jié)合地質(zhì)勘察報告,我們提出了打入式土釘薄壁墻支護(hù)方案,即將傳統(tǒng)施工工藝中的鉆孔機(jī)鉆孔安裝土釘錨桿,改變?yōu)椴捎每諌簷C(jī)風(fēng)鎬直接振動打入空心式土釘錨桿。該工藝變更有效地精簡了施工程序,減少了施工設(shè)備用量,降低了工人勞動強(qiáng)度,加快了施工進(jìn)度,減少了費用開支,確保了基坑的穩(wěn)定和運行中電纜電氣設(shè)施及消防水系統(tǒng)的安全,該支護(hù)形式的應(yīng)用在寶鋼股份公司浦鋼搬遷工程中尚屬首次。

1 工程概況

1.1 工程簡況

浦鋼搬遷第二步實施項目冷卻塔為鋼筋混凝土高聳薄壁結(jié)構(gòu),長73m,寬17.2m,頂部標(biāo)高13.400m,底部標(biāo)高-3.200m。冷卻塔南側(cè)緊靠一期工程運行中的水處理系統(tǒng)電纜溝和消防水泵,冷卻塔冷水池基礎(chǔ)底部與電纜溝底部高差1.7m,與電纜溝上口高差3.4m,兩基礎(chǔ)水平間距0.65 m;與消防水泵基礎(chǔ)底部高差3m,水平距離4m。

1.2 基坑施工特點、難點及支護(hù)形式的選擇

1)冷卻塔冷水池基礎(chǔ)底部與電纜溝底部高差1.7m,與電纜溝上口高差3.4m,兩基礎(chǔ)水平間距僅0.65 m;與消防水泵基礎(chǔ)底部高差3m,水平距離4m。為確保在冷卻塔施工過程中電纜溝及運行電纜和消防水系統(tǒng)的安全,必須采取有效的基坑支護(hù)措施,確保電纜溝和消防水泵基礎(chǔ)在冷卻塔施工過程中不發(fā)生位移或?qū)⑽灰浦悼刂圃诎踩秶鷥?nèi)。

2)冷水池基礎(chǔ)底部與電纜溝底部水平間距僅為0.65m,受空間限制,無法采用重力式水泥攪拌樁擋土墻或鉆孔灌注樁支護(hù)。基坑開挖寬度達(dá)18m,且電纜溝一側(cè)臨近一期已施工完畢并正常運行中的加藥間,無法采用對稱式鋼板樁或單側(cè)拉錨式鋼板樁支護(hù)。

3)因處于運行狀態(tài)中的電纜溝和消防水泵對結(jié)構(gòu)變形控制要求較高,因此,冷卻塔基坑支護(hù)必須采取邊開挖邊支護(hù)的形式,而且對支護(hù)施工的速度要求較高,以有效控制基坑邊坡的變形,保證電纜和消防水系統(tǒng)的運行安全。

基于上述原因,針對本工程的特點和土的物理力學(xué)性質(zhì),結(jié)合地質(zhì)勘察報告,我們提出了打入式土釘薄壁墻支護(hù)方案,即將傳統(tǒng)施工工藝中的鉆孔機(jī)鉆孔安裝土釘錨桿,改變?yōu)椴捎每諌簷C(jī)風(fēng)鎬直接振動打入空心式土釘錨桿,以有效提高支護(hù)施工的速度和支護(hù)效果。

2 土釘墻設(shè)計

2.1 方案布置

冷卻塔臨近電纜溝側(cè)基坑實際開挖深度為3.2m,電纜溝基底至冷卻塔基坑底高差為1.7m。經(jīng)折算后,開挖深度按1.7 m考慮,基坑坡角為85°,采用土釘墻作圍護(hù)結(jié)構(gòu),共設(shè)兩道土釘,土釘采用6 m長φ 48×2.75焊接鋼管,水平間距1 m布置,豎向間距1.5 m布置。土釘鋼管端部封閉,管壁開直徑8 mm的注漿孔,注漿孔間距250mm,呈梅花形布置,上覆倒刺。為加快施工進(jìn)度,節(jié)約施工費用,該兩排土釘隨基坑開挖用空壓機(jī)風(fēng)鎬與水平面成10°和15°傾角沿開挖面分別打入。土面采用φ 6.5@200鋼絲網(wǎng)與土釘焊牢,并隨鋪鋼絲網(wǎng)隨噴射早強(qiáng)細(xì)石混凝土。土釘形式如圖1所示。支護(hù)布置形式見圖2。

2.2 土釘墻穩(wěn)定性驗算

2.2.1 驗算指標(biāo)及驗算方法

根據(jù)重力式擋墻的分析方法分別計算簡化擋土墻的抗滑穩(wěn)定性、抗傾覆穩(wěn)定性和土釘?shù)某休d能力。計算時縱向取一個單元,即一個土釘?shù)乃介g距進(jìn)行計算。要求計算的土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)抗滑安全系數(shù)、抗傾覆安全系數(shù)和承載力安全系數(shù)均大于允許值(一般基坑安全系數(shù)允許值取1.2,深基坑取1.3)。

常規(guī)的驗算方法有條分法手工驗算和采取專用計算軟件計算。常用的計算軟件有同濟(jì)啟明星土釘墻專用設(shè)計計算軟件和理正基坑支護(hù)軟件,本工程采用理正基坑支護(hù)軟件進(jìn)行驗算。

2.2.2 驗算方法

1)1—1剖面圍護(hù)結(jié)構(gòu)驗算。經(jīng)過驗算,土釘墻的兩排土釘承載力安全系數(shù)分別為2.37和2.05,土釘墻的整體穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.76,抗滑移安全系數(shù)為3.75,抗傾覆安全系數(shù)為17.13,均大于允許值1.2,符合要求。2)2—2剖面圍護(hù)結(jié)構(gòu)驗算。經(jīng)過驗算,土釘墻的兩排土釘承載力安全系數(shù)分別為1.57和1.35,土釘墻的整體穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.58,土釘墻抗滑移安全系數(shù)為2.53,抗傾覆安全系數(shù)為9.33,均大于允許值1.2,符合要求。

3 土釘墻施工

3.1 工藝流程

放線定位→基坑開挖→設(shè)置第一排土釘并灌漿→設(shè)置鋼絲網(wǎng)片→噴射混凝土面層→基坑開挖→設(shè)置第二排土釘并灌漿→設(shè)置鋼絲網(wǎng)片→噴射混凝土面層→基坑開挖循環(huán)至基坑底。

3.2 施工方法

3.2.1 土釘入土

沿坡面從上往下共設(shè)置兩排土釘,最高處一排離地面1.5m,土釘入土角度與水平線夾角為10°,入土長度最長 6 m;第二排土釘距第一排土釘1.5m,土釘入土角度與水平線夾角為15°,入土長度最長6 m;土釘打入總進(jìn)尺480m。采用空壓機(jī)風(fēng)鎬振動打入的方法,實踐證明,該施工方法進(jìn)度快,工人勞動強(qiáng)度不大,確保了土釘入土長度和位置要求。

入土方法:用6 m長的鋼管制作移動式簡易固定支架,土釘擱置于支架上,風(fēng)鎬頂住土釘尾部,均勻用力振動入土。

3.2.2 鋼管土釘?shù)淖{

注漿采用純水泥漿,水灰比為 1∶0.5,注漿壓力控制在0.2 MPa～0.4 MPa左右,同時應(yīng)小于上覆土壓力的2倍。根據(jù)土層的孔隙率大小,注漿量在0.025 m3/m左右,可根據(jù)實際情況及基坑監(jiān)測變形數(shù)據(jù)適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整,分一次或兩次注漿。

3.2.3 掛網(wǎng)與加強(qiáng)筋

土面采用φ 6.5@200鋼絲網(wǎng),用加強(qiáng)筋壓在鋼絲網(wǎng)和土釘上,與土釘焊牢,并在土釘頭上綁焊井字筋壓住橫向加強(qiáng)筋。

3.2.4 邊坡噴射混凝土

噴射混凝土采用干噴法,使用32.5級普通硅酸鹽水泥,骨料為中粗砂和直徑5 mm～10mm的碎石,強(qiáng)度不低于C20,水灰比1∶0.5。摻速凝劑,摻量為水泥重量的3%?；炷粮闪现辽侔韬腿?。噴射機(jī)開機(jī)順序為:送風(fēng)→送水→送料,關(guān)機(jī)順序反之。

4 應(yīng)用效果

4.1 質(zhì)量效果

在整個基礎(chǔ)工程施工過程中,項目部專職測量人員每天3次對邊坡進(jìn)行變形監(jiān)測,監(jiān)測結(jié)果表明邊坡坡頂累計最大位移值5 mm,無局部塌陷發(fā)生。確保了邊坡的穩(wěn)定,保證了施工過程中水處理系統(tǒng)電纜溝及運行電纜和消防水系統(tǒng)的安全。證明打入式土釘薄壁墻支護(hù)能有效控制坡頂變形,保證邊坡安全穩(wěn)定。

4.2 進(jìn)度效果

采用本支護(hù)方法進(jìn)行邊坡支護(hù),從基坑開挖到支護(hù)施工結(jié)束僅用時7 d,節(jié)約了施工工期,減少了基坑暴露時間,確保了邊坡穩(wěn)定。

4.3 經(jīng)濟(jì)效果

經(jīng)過計算,采用打入式土釘薄壁墻支護(hù)方案,在達(dá)到了支護(hù)效果的同時降低了工程造價,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

4.4 社會效益

打入式土釘薄壁混凝土墻用于擋墻支護(hù)在浦鋼搬遷工程中尚屬首例,是成功的。既安全又省工省時,達(dá)到了常規(guī)施工條件下進(jìn)行施工的目的,同時加快了施工進(jìn)度,降低了工程造價,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

[1]呂洪斌.深層攪拌樁復(fù)合土釘墻的工程應(yīng)用[J].山西建筑,2008,34(1):126-127.