復(fù)合土釘墻支護(hù)在房屋建筑基坑工程中的應(yīng)用

廈門興海灣監(jiān)理咨詢有限公司 姜慧敏

復(fù)合土釘墻支護(hù)在房屋建筑基坑工程中的應(yīng)用

廈門興海灣監(jiān)理咨詢有限公司 姜慧敏

一、復(fù)合土釘墻支護(hù)作用機(jī)理及應(yīng)用

1. 土釘墻的工作機(jī)理。土釘墻由原位土體、設(shè)置在土中的土釘和噴射混凝土面層組成。通過(guò)土釘、墻面與原狀土體的共同作用，形成以主動(dòng)制約機(jī)制為基礎(chǔ)的復(fù)合體，具有明顯提高邊坡土體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和抗變形能力、減小土體側(cè)向變形、增強(qiáng)整體穩(wěn)定性的特點(diǎn)。因此其支護(hù)效果主要由土釘?shù)拈L(zhǎng)度、設(shè)置密度、土釘?shù)目估箯澓涂辜魪?qiáng)度、土釘與土體的黏結(jié)強(qiáng)度、面墻剛度、土釘與面墻結(jié)合程度、原狀土體性狀、坡頂荷載、開(kāi)挖深度等因素綜合決定。

2. 復(fù)合土釘墻適用范圍。復(fù)合土釘墻是將土釘墻與一種或幾種單項(xiàng)支護(hù)技術(shù)或截水技術(shù)有機(jī)組合成的復(fù)合支護(hù)體系，它的構(gòu)成要素主要有土釘、預(yù)應(yīng)力錨桿、截水帷幕、微型樁、掛網(wǎng)噴射混凝土面層、原位土體等。通過(guò)多種組合，形成復(fù)合基坑支護(hù)技術(shù)，大大擴(kuò)展了土釘墻支護(hù)的應(yīng)用范圍。主要適用以下范圍：開(kāi)挖深度不超過(guò)15m的各種基坑，淤泥質(zhì)土、人工填土、砂性土、粉土、黏性土等土層，多個(gè)工程領(lǐng)域的基坑及邊坡工程。

二、復(fù)合土釘墻支護(hù)體系特點(diǎn)

1. 工期短。由于復(fù)合土釘支護(hù)在工藝上采用了邊開(kāi)挖邊支護(hù)的施工方法，不單獨(dú)占用作業(yè)時(shí)間，從而縮短工期。

2. 造價(jià)低。復(fù)合土釘支護(hù)將土體作為支護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分，整個(gè)工程包括的特殊土方的開(kāi)挖量和支護(hù)結(jié)構(gòu)的混凝土量大大減少，因此土釘支護(hù)的造價(jià)遠(yuǎn)低于其他常規(guī)支護(hù)形式。

3. 施工簡(jiǎn)便、快捷。復(fù)合土釘?shù)募庸げ恍枰獜?fù)雜的技術(shù)和大型機(jī)械設(shè)備，施工方法靈活，對(duì)環(huán)境干擾小，尤其在施工場(chǎng)地狹小、無(wú)法使用大型、重型機(jī)械的情況下，更顯示其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。

4. 結(jié)構(gòu)輕巧、柔性大。復(fù)合土釘支護(hù)屬柔性支護(hù)，自重小，不需要專門的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，并具有非常良好的抗震能力。

5. 延性好。復(fù)合土釘支護(hù)即使破壞一般也需要經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)變形、塑性變形、漸進(jìn)性開(kāi)裂變形和破壞四個(gè)階段，而且由于土釘數(shù)量眾多的群體作用，即使個(gè)別土釘出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題或失效對(duì)整體影響不大。

6. 可以動(dòng)態(tài)調(diào)整。復(fù)合土釘施工可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖發(fā)現(xiàn)的土質(zhì)情況和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的土體變形數(shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)整土釘長(zhǎng)度和間距，甚至采取加固措施。

三、工程實(shí)例

1. 工程概況。某建筑工程項(xiàng)目，位于該市大工業(yè)區(qū)，場(chǎng)地平整，交通便利，占地面積53 553.68m2。其中，一擬建建筑物面積約14 000m2，地上8層，地下2層，結(jié)構(gòu)形式為框剪結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式為筏板基礎(chǔ)，基坑深度6.9m。根據(jù)工程地質(zhì)條件及周邊建筑物布置，基坑支護(hù)方案采用鋼筋網(wǎng)噴射混凝土+鋼花管錨桿支護(hù)、鋼筋網(wǎng)噴射混凝土+鋼筋錨桿支護(hù)。

2. 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)。

（1）設(shè)計(jì)原則。根據(jù)基坑周邊建筑物情況、地質(zhì)條件，確定基坑邊坡工程安全等級(jí)為三級(jí)，并嚴(yán)格遵照基坑所處的各個(gè)工況條件，設(shè)計(jì)錨桿的長(zhǎng)度、間距及數(shù)量。嚴(yán)格遵照規(guī)范要求進(jìn)行錨桿體材料及注漿料的設(shè)計(jì)。

（2）支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)場(chǎng)地地質(zhì)條件和周邊建筑布置，基坑不同的位置采取不同的支護(hù)，基坑放坡后，東側(cè)、南側(cè)采用鋼筋網(wǎng)噴射混凝土+鋼筋錨桿進(jìn)行支護(hù)；西側(cè)、北側(cè)采用鋼筋網(wǎng)噴射混凝土+鋼花管錨桿進(jìn)行支護(hù)。

（3）地下水處理。基坑頂部設(shè)置降水井及0.3m×0.3m排水溝，底部設(shè)置0.3m×0.3m排水溝及集水井，基坑頂部設(shè)囂沉淀池，基坑水排入市政管道之前，在沉淀池進(jìn)行三級(jí)沉淀。在坡面的噴射混凝土護(hù)層內(nèi)應(yīng)設(shè)置孔徑80mm的泄水孔，用直徑Φ60PVC管材，長(zhǎng)度lm，間距2m×2m進(jìn)行布置，來(lái)排除坡體內(nèi)地下水。

（4）支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)。鋼筋網(wǎng)噴射混凝土中鋼筋網(wǎng)采用Φ6級(jí)鋼筋，鋼筋網(wǎng)間距為200mm×200mm，支護(hù)厚度為100mm，噴射混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C20。參照規(guī)范及勘察資料，錨桿類型采用全長(zhǎng)黏結(jié)型錨桿中水泥漿錨桿，桿體鋼筋直徑為22mm，與水平面傾角為5°。孔徑為120mm，注漿材料采用P.O.42.5R普通硅酸鹽純水泥漿，水灰比為0.5～0.6，漿體28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不低于25MPa。參照規(guī)范及勘察資料，填土層中采取機(jī)械打人Φ48、63.5鋼花管，灌注純水泥漿，水泥漿水灰比為0.5～0.6，水泥采用P.O.42.5R普通硅酸鹽水泥。

3. 錨桿支護(hù)施工。

（1）鋼筋錨桿施工。鋼筋錨桿的施工工藝:開(kāi)挖作業(yè)面→修邊坡→造錨桿孔→安放錨桿→灌注水泥砂漿→焊接加強(qiáng)鋼筋→噴射細(xì)石混凝土→下層噴錨施工。根據(jù)地質(zhì)情況，采用人工鑿孔或鉆機(jī)鉆孔，對(duì)于坡殘積土層中錨桿，采用洛陽(yáng)鏟作業(yè)成孔與專門錨桿鉆機(jī)機(jī)械作業(yè)成孔配合施工。按設(shè)計(jì)的孔位布置進(jìn)行測(cè)量畫線，標(biāo)出準(zhǔn)確的孔位，后按設(shè)計(jì)要求的孔長(zhǎng)、孔的50°傾角和孔徑進(jìn)行鑿孔。錨桿定位偏差≤30mm，錨孔偏斜度≤5%，成孔深度超過(guò)錨桿設(shè)計(jì)長(zhǎng)度≥0.5m，鋼筋錨桿如圖1所示。錨桿安裝。錨桿采用Φ22螺紋鋼筋，根據(jù)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度切好鋼筋，焊接前鋼筋平直、去除銹斑、油污。為使錨桿處于孔的中心位置，沿錨桿體軸線方向每隔2m設(shè)置一個(gè)對(duì)中支架，對(duì)中支架采用Φ8鋼筋制作，將除銹并保持順直的錨桿體與注漿管、止?jié){袋一起放入孔內(nèi)；對(duì)于鉆孔遇到障礙物無(wú)法鉆進(jìn)時(shí)，改變鉆孔方向；土層為軟土?xí)r，加大傾角；鉆孔鉆進(jìn)達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，不要立即停鉆，要求穩(wěn)鉆1～2min，防止孔底尖滅，達(dá)不到設(shè)計(jì)孔徑。鉆孔結(jié)束后，將孔內(nèi)松土、泥漿等清除干凈后方可送入錨桿。注漿是保證錨桿與周圍土體緊密黏合的關(guān)鍵。嚴(yán)格控制注漿的配合比，以保證漿液充滿孔壁，使錨桿具有較高的抗拔力。注漿材料采用P.O.42.5R普通硅酸鹽純水泥漿。水灰比為0.5～0.6，漿體28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不低于25MPa，壓力不低于0.4MPa，以確保錨桿與孔壁之間注滿水泥漿，水泥漿內(nèi)加膨脹劑及早強(qiáng)減水劑；注漿前應(yīng)先洗孔，直至孔口返出清水為止。水泥漿自孔底向外灌注，在注漿管插入孔內(nèi)距孔底約0.5m處，在孔口綁扎止?jié){面袋，防止?jié){液流出，隨著漿液的灌入，逐步將注漿管向外拔出，直至孔口，拔管過(guò)程中應(yīng)保證管口始終埋在水泥漿內(nèi)，待孔口溢漿，即可停止注漿；發(fā)現(xiàn)孔口有漏漿或不飽滿時(shí)，及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)灌。錨桿孔內(nèi)錨固體強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%以上且不小于3d時(shí)，方可開(kāi)挖下一層土方。

（2）鋼筋網(wǎng)噴射混凝土施工。在錨桿施工完成后，及時(shí)進(jìn)行吹洗坡面，并在邊坡面上布一層Φ6、網(wǎng)格200mm×200mm鋼筋網(wǎng)，用2Φ20鋼筋加強(qiáng)筋與錨桿錨頭銜接起來(lái)，形成整體。在鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)完成后，即可噴射混凝土。鋼筋網(wǎng)技術(shù)要求。按設(shè)計(jì)配筋分層制作面網(wǎng)及加強(qiáng)筋，加強(qiáng)筋的搭接與錨頭用電焊聯(lián)結(jié)；鋼筋使用前應(yīng)調(diào)直，并清除污銹，網(wǎng)筋之間用扎絲扎牢，要求鋼筋網(wǎng)搭接為一個(gè)網(wǎng)格長(zhǎng)度。噴射混凝土技術(shù)要求。水泥采用P.O.42.5R普通硅酸鹽水泥，骨料為中、粗砂、最大礫徑≤25mm的礫石。噴射混凝土的配合比為水泥∶砂∶碎石=1∶2∶2.5，水灰比為0.45；混合料攪拌均勻，攪拌時(shí)間不少于2min，存放時(shí)間不超過(guò)2h，混凝土厚度為100mm，強(qiáng)度為C20。噴射混凝土?xí)r噴槍口與受噴面距離保持在l～1.2m，避免因距離過(guò)大而影響受噴面混凝土的密實(shí)度，距離過(guò)小而造成過(guò)多的混合料反彈損失；噴射混凝土作業(yè)應(yīng)分段分片依次進(jìn)行，同一分段內(nèi)噴射順序應(yīng)自下而上，一次噴射到設(shè)計(jì)厚度。噴射終凝2h后，進(jìn)行噴水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間根據(jù)氣溫環(huán)境，一般為3~7d。

（3）鋼花管錨桿施工。鋼花管錨桿施工工藝。人工修坡→定位、放線→噴射混凝土→擊入鋼花管→高壓注漿→掛網(wǎng)、焊接加強(qiáng)筋及錨固→噴射混凝土。鋼花管錨桿技術(shù)要求。鋼花管錨桿采用Φ48、63.5鋼管，長(zhǎng)度為6～9m，傾角為150°，壓力灌漿水泥采用P.O.42.5R純水泥漿，水灰比為0.5～0.6，水泥用量≥30kg/m；Φ48、63.5鋼管制作成濾管(花管)，加工成樁尖狀，濾水孔對(duì)向間距500mm，孔眼前端(造管尖側(cè))焊接鋼筋或角鋼塊，構(gòu)成孔前倒刺及保護(hù)塊。采用沖擊錘將鋼花管按設(shè)計(jì)角度及位置對(duì)正，擊入土中到設(shè)計(jì)長(zhǎng)度；在打入鋼花管錨桿時(shí)，發(fā)現(xiàn)有管涌或塌孔時(shí)，采用低頻小沖擊力設(shè)備將錨桿打入土層，并且間隔打入，防止產(chǎn)生振動(dòng)影響；錨桿采用底部一次注漿，注漿壓力達(dá)到0.6～0.8MPa，漿注滿后穩(wěn)壓3～5min，在初凝之前用1.2MPa壓力注漿補(bǔ)漿一次，注漿孔附近的混凝土要具有抵抗注漿引起的壓力擴(kuò)散作用，錨桿綜合抗拔力設(shè)計(jì)值不小于8kN/m。坡面為掛鋼筋網(wǎng)噴射混凝土，鋼筋網(wǎng)格為Φ6、200mm×200mm，骨架鋼筋采用2Φ20，沿錨桿位置布置。鋼筋網(wǎng)綁扎要預(yù)留搭接筋，搭接長(zhǎng)度為一個(gè)網(wǎng)格長(zhǎng)度，鋼筋網(wǎng)格誤差≤±20mm，焊接加強(qiáng)筋，并與鋼花管頭焊接。噴射混凝土厚度為100mm，強(qiáng)度等級(jí)為C20，混凝土中必須加入速疑劑，其厚度控制用錨桿頭或插入標(biāo)樁進(jìn)行，噴錨完成后，進(jìn)行噴水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間根據(jù)氣溫環(huán)境，一般為3～7d；上層噴錨完成3d后，進(jìn)行下一層開(kāi)挖噴錨作業(yè)，依次循環(huán)，直至坑底標(biāo)高。

4. 基坑支護(hù)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)。按照動(dòng)態(tài)化設(shè)計(jì)、信息化施工法，及時(shí)掌握基坑支護(hù)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，必須進(jìn)行變形觀測(cè)設(shè)計(jì)。變形觀測(cè)的主要內(nèi)容有基坑頂?shù)奈灰朴^測(cè)、沉降觀測(cè)。

（1）監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置、監(jiān)測(cè)頻率及工期。水平位移及沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)于基坑頂部，各設(shè)24個(gè)。施工前按規(guī)定進(jìn)行初測(cè)，在基坑土方開(kāi)挖階段，每3d監(jiān)測(cè)1次，遇臺(tái)風(fēng)、暴雨等異常情況應(yīng)每天監(jiān)測(cè)不少于1次；基坑土方開(kāi)挖完成之后3個(gè)月內(nèi)每周監(jiān)測(cè)一次，如3個(gè)月內(nèi)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形仍不能趨于穩(wěn)定，繼續(xù)按照每周一次頻率監(jiān)測(cè)直至變形趨于穩(wěn)定，遇臺(tái)風(fēng)、暴雨等異常情況應(yīng)每周監(jiān)測(cè)不少于2次；之后至基坑回填前每半個(gè)月監(jiān)測(cè)1次，遇雨季施工每周不少于1次。監(jiān)測(cè)精度要求不低于二等精度要求。

（2）基坑支護(hù)監(jiān)測(cè)值。預(yù)警值。根據(jù)基坑工程安全等級(jí)，坑頂位移允許值為50mm，預(yù)警值為35mm；坑頂沉降允許值為30mm，預(yù)警值為20mm?；又ёo(hù)監(jiān)測(cè)值。從土方開(kāi)挖到地下室完成的4個(gè)月時(shí)間內(nèi)，從各期監(jiān)測(cè)成果中顯示其水平位移在基坑土方開(kāi)挖和土釘施工期間隨施工日期的延續(xù)增加，其中W8均達(dá)到設(shè)計(jì)位移的預(yù)警值。后期地下室施工完成逐漸趨于穩(wěn)定。測(cè)得最大位移量為39mm，最大的垂直沉降為9mm。（圖2）

四、總結(jié)

綜上所述，通過(guò)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)比較，該基坑支護(hù)采用鋼筋網(wǎng)噴射混凝土+鋼花管錨桿支護(hù)、鋼筋網(wǎng)噴射混凝土+鋼筋錨桿支護(hù)，既安全又經(jīng)濟(jì)合理，符合工程實(shí)際，其特點(diǎn)是工期短、施工方便，可邊控邊施工。