復(fù)合土釘墻在軟土地基工程中的應(yīng)用

葉煒鵬

1 土釘支護(hù)概述

土釘墻支護(hù)是在基坑開(kāi)挖過(guò)程中將較密排列的細(xì)長(zhǎng)桿件土釘置于原位土體中,并在坡面上噴射混凝土面層。通過(guò)土釘、土體和噴射混凝土面層的共同作用,形成復(fù)合土體,可彌補(bǔ)土體強(qiáng)度的不足并發(fā)揮土釘?shù)淖饔谩Ｍ玲攭σ云洫?dú)特的性能、簡(jiǎn)便的工藝、快速的施工、經(jīng)濟(jì)的造價(jià),已經(jīng)在全國(guó)深基坑支護(hù)工程中得到了廣泛的應(yīng)用,取得了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。但在軟弱地層中,用單一的土釘墻支護(hù)常常難以達(dá)到支護(hù)要求。

2 工程概況

溫州機(jī)場(chǎng)污水處理站工程,地上機(jī)房建筑面積76.5 m2,結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。地下為污水處理池,面積為415 m2,底面埋深為5.9 m～7.8 m,基坑開(kāi)挖深度為6.2 m～8.1 m。場(chǎng)地東側(cè)有DN300老污水管道與給水管道,西側(cè)臨河道。場(chǎng)地勘察報(bào)告,基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)的地層:第①層素填土,雜色;松散～稍密,中～高壓縮性,層厚0.9 m～1.6 m。第②層黏土,灰黃色;軟塑,中～高壓縮性,層厚0.4 m～1.0 m、層底埋深1.0 m～2.0 m。第③-1層淤泥,青灰色;土性呈流塑、高壓縮性、高靈敏度,層厚1.2 m～1.6 m,層底埋深2.5 m～3.6 m。第③-2層粉砂,夾淤泥,灰色;松散,中～高壓縮性,層厚1.7 m～3.5 m,層底埋深5.3 m～6.3 m。第③-3層淤泥,青灰色;土性呈流塑、高壓縮性、高靈敏度,層厚9.5 m～10.2m,層底埋深15.5 m～16.0 m。第③-4層淤泥,青灰色;土性呈流塑、高壓縮性、高靈敏度;與上層呈過(guò)渡關(guān)系、無(wú)明顯界線,層厚14.7 m～18.7 m,層底埋深30.3 m～34.2 m。

3 基坑設(shè)計(jì)

根據(jù)場(chǎng)地地質(zhì)條件分析,基坑開(kāi)挖土體為人工素填土及處于地下水位以下的黏土、淤泥及粉砂夾淤泥,其邊坡穩(wěn)定性很差?；娱_(kāi)挖過(guò)程中,邊坡易產(chǎn)生側(cè)向位移而導(dǎo)致基坑失穩(wěn);擬建場(chǎng)地西臨的河流易造成突涌、流砂及邊坡失穩(wěn)等不良后果;第③層為高壓縮性土,含水率高,粘聚性低,若采用常規(guī)的土釘支護(hù)技術(shù),必然會(huì)存在以下問(wèn)題:土釘與周圍土體之間的界面粘結(jié)力小,抗拔力低;土釘成孔時(shí)孔壁易坍塌;基坑開(kāi)挖難以自立;地下水位高于基坑底面時(shí)出現(xiàn)滲水現(xiàn)象;土層與混凝土噴射面粘結(jié)強(qiáng)度低,難以施工等;特別是③-2層的粉砂夾淤泥層,滲透、流動(dòng)性強(qiáng),若保護(hù)不當(dāng),極易出現(xiàn)塌陷等現(xiàn)象。

為解決以上問(wèn)題,經(jīng)研究決定采用攪拌樁加土釘墻的復(fù)合土釘墻支護(hù)方式,主要利用攪拌樁體與土釘墻共同作用,產(chǎn)生良好的抗?jié)B性和一定強(qiáng)度,水泥攪拌樁帷幕作為超前支護(hù)結(jié)構(gòu),具有擋水與擋土雙重功能,既解決了基坑開(kāi)挖后存在臨時(shí)無(wú)支撐條件下的自立穩(wěn)定問(wèn)題,又形成了止水帷幕,達(dá)到了防滲要求。同時(shí)采用管狀土釘,直接擊入四周帶孔的鋼管后壓力注漿,避免了成孔時(shí)坍塌的問(wèn)題,注入的水泥漿與周圍土體粘結(jié),固結(jié)為較完整的整體,提高了管狀土體的抗拔力。

深層水泥攪拌樁止水帷幕軸線距基坑底邊線2.7 m～3.2 m,水泥攪拌樁設(shè)計(jì)樁徑500 mm,樁搭接100 mm,攪拌樁長(zhǎng) 10 m～14 m。樁與樁搭接形成連鎖狀止水帷幕,在基坑內(nèi)增設(shè)降水井,并隨基坑開(kāi)挖而逐漸失效。土釘采用Φ 48焊接鋼管,直接打入再行注漿,長(zhǎng)度12 m～15 m不等。罩面板鋼筋網(wǎng)采用Φ 6.5@250 mm×250 mm布置,土釘與鋼筋網(wǎng)的加固采用Φ 14拉接。噴射混凝土罩面板采用C20,面層厚度100 mm。采用二級(jí)放坡開(kāi)挖,放坡坡率為1∶0.25。在場(chǎng)地臨河側(cè)采用木樁加土圍堰。處理好的基坑如圖1所示。

4 基坑圍護(hù)施工

4.1 施工流程

攪拌樁施工→開(kāi)挖第一層土方→整修邊坡→噴射第一層混凝土→制作安放土釘→注漿→掛面層鋼筋網(wǎng)→焊土釘端部加強(qiáng)釘→噴射第二層混凝土→養(yǎng)護(hù)→開(kāi)挖第二層土方→重復(fù)上述流程。

4.2 水泥攪拌樁止水帷幕施工

攪拌樁嚴(yán)格按有關(guān)施工規(guī)范施工。攪拌樁養(yǎng)護(hù)期不少于28 d,因工期要求根據(jù)挖土程序安排施工成樁流程及摻入早強(qiáng)劑,保證開(kāi)挖時(shí)水泥土及混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4.3 土方開(kāi)挖

基坑內(nèi)采用井點(diǎn)降水,保證工作面處于干燥狀態(tài)?；娱_(kāi)挖要充分利用基坑支護(hù)的時(shí)空效應(yīng),嚴(yán)格分層、分塊、對(duì)稱、限時(shí)開(kāi)挖和及時(shí)支護(hù)的科學(xué)程序,開(kāi)挖分級(jí)深度必須嚴(yán)格控制,要結(jié)合土釘墻施工機(jī)械的要求,與土釘布設(shè)排距相一致,最深不超過(guò)2 m,嚴(yán)禁超挖?；娱_(kāi)挖用施工設(shè)備必須能挖出光滑規(guī)則的坡面,最大限度減小支護(hù)土層擾動(dòng),開(kāi)挖時(shí)預(yù)留20 cm～30 cm土層人工進(jìn)行修整,清除坡面表層的任何松動(dòng)部分,確保邊坡面的平整度,同時(shí)避免破壞止水帷幕。

本工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工期間開(kāi)挖:沿基坑6 m范圍,分層分段開(kāi)挖,每層開(kāi)挖高度為錨管下30 cm～50 cm,開(kāi)挖出作業(yè)面后,應(yīng)立即進(jìn)行支護(hù),最后一層錨管施工完,應(yīng)立即施工地下室墊層,并進(jìn)行基坑封底。下層土體應(yīng)在上層土釘注漿3 d后方可開(kāi)挖。

4.4 土釘墻施工

土釘是復(fù)合結(jié)構(gòu)的主要受力體,所以施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求施工,對(duì)土釘?shù)拈L(zhǎng)度、土釘?shù)某煽组g距、土釘成孔傾角、水泥注漿量、水灰比等都應(yīng)嚴(yán)格控制。

開(kāi)挖時(shí)預(yù)留20 cm～30 cm土層進(jìn)行人工修整邊坡;采用48 mm×3.5 mm的鋼管,水平、豎向間距均為1 m進(jìn)行錨桿擊入;注漿采用二次注漿工藝,第一次注漿壓力為0.3 MPa～0.6MPa,待初凝后,進(jìn)行第二次注漿,注漿壓力為 0.6 MPa～1.0 MPa;掛網(wǎng)面層鋼筋網(wǎng)隨開(kāi)挖分層設(shè)置,兩層之間的豎向鋼筋宜采用焊接接頭,土釘端部與加強(qiáng)鋼筋、鋼筋網(wǎng)及井形架相互焊接,焊接后立即進(jìn)行噴射;混凝土面層厚100 mm,強(qiáng)度等級(jí)為C20,其配比為水泥∶砂∶碎石∶水=1∶2∶2∶0.5,碎石粒徑為5 mm～ 10 mm,噴射混凝土的壓力為0.3 MPa～0.4 MPa,采用兩次施噴工藝,第二次施噴在加強(qiáng)筋和錨管焊接完后進(jìn)行。

5 施工監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目有坑外土體水平位移及沉降、深層土體水平位移、錨管拉拔實(shí)驗(yàn)、地下管線的沉降等。基坑變形設(shè)報(bào)警值,當(dāng)變形達(dá)到5 mm/d并連續(xù)3 d不收斂或累計(jì)變形量達(dá)到或超過(guò)H/100(H為開(kāi)挖深度)時(shí)報(bào)警并分析原因以決定及時(shí)采取加固、補(bǔ)強(qiáng)措施?；娱_(kāi)挖期間每天監(jiān)測(cè)一次,支護(hù)結(jié)構(gòu)完成后,每星期觀測(cè)一次,直到回填完成為止。用水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀進(jìn)行垂直沉降和水平位移變形觀測(cè)。經(jīng)實(shí)際監(jiān)測(cè)最大沉降和水平位移均在西側(cè),最大沉降為12 mm,水平位移為15 mm,低于設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求,基坑變形均未小于報(bào)警值;周邊建筑物及馬路水平位移及沉降變形均為零,地面無(wú)下陷、開(kāi)裂等現(xiàn)象。設(shè)計(jì)所采用的界面粘結(jié)力標(biāo)準(zhǔn)值為38 kPa,實(shí)測(cè)各土釘?shù)目拱瘟_(dá)到或大于設(shè)計(jì)要求。

6 基坑施工事故與處理

由于施工原因,水泥攪拌樁止水帷幕局部出現(xiàn)搭接不嚴(yán)、開(kāi)裂的情況,該施工區(qū)域地質(zhì)層中的粉砂層含水量高,因此導(dǎo)致滲水、涌砂現(xiàn)象,現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)后及時(shí)采取在坑壁設(shè)置短排水管方法進(jìn)行處理,采用φ 48錨管,長(zhǎng)度以穿透水泥攪拌樁,錨管一端用砂布包裹,防止流砂、淤泥等堵塞排水管,很好地解決了地質(zhì)粉砂層排水與防止砂土流失的問(wèn)題。

7 經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)

土釘+水泥攪拌樁復(fù)合地基在本工程中很好地解決了地下水豐富的軟土地基的基坑支護(hù),保護(hù)了周圍的地下管線與河道,在該基坑工程中引起的水平位移及沉降變形均較小,是軟土地基可以采用的一種經(jīng)濟(jì)安全的基坑圍護(hù)體系,但在基坑的開(kāi)挖施工過(guò)程中,支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)在理論分析指導(dǎo)下有計(jì)劃的進(jìn)行監(jiān)測(cè),以便對(duì)出現(xiàn)的不利情況及時(shí)解決,確保基坑的施工安全。

當(dāng)基坑開(kāi)挖后,軟土層中的含水層及本地區(qū)的雨水將對(duì)基坑造成較大的威脅,因此應(yīng)對(duì)這些因素高度重視,土層中的水應(yīng)采取疏堵結(jié)合,并防止土層中砂質(zhì)成分的流失而造成的土層松動(dòng)現(xiàn)象,而對(duì)于雨水則應(yīng)備足充分的排水設(shè)施。

基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)體施工過(guò)程中,現(xiàn)場(chǎng)的多道工序均為隱蔽工程,有一定的隨意空間,因此必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求施工、及時(shí)監(jiān)測(cè)、及時(shí)分析,使基坑工程按既定的施工方案執(zhí)行,確保施工中的土釘長(zhǎng)度、注漿量、注漿壓力、噴漿厚度等質(zhì)量要素。

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