土钉支护技术在深基坑施工中的应用

土钉支护技术在深基坑施工中的应用

摘要:文章对土钉墙支护技术的设计和施工处理措施进行了详细的阐述,以供大家参考。

关键词:基坑支护;土钉墙;喷射混凝土

随着高层建筑深基坑施工实践的分析增加,人们对深基坑支护技术的发展、更新和探索有了更多的关注。在20世纪七十年代后期,我国开始逐步将该项支护技术应用于深基坑土壁支护中,故又称为土钉墙。最先主要是用于基坑抢险临时支护中,慢慢经过改进探索,该项技术日见成熟,由于同其它支护技术相比较,土钉墙支护有造价低、施工速度快等优点,目前应用越来越广泛。同单纯的锚杆支护比较,土钉墙具有钉土间相互作用,提高原位土体稳定性的特点,土钉起到了骨架作用、承力作用、应力传递和扩散作用,使土钉和土体形成复合体,从而提高了土体的粘聚力,并在相邻土钉间形成承压拱,大大提高了土体自身的整体稳定性。

1土钉墙的设计要求

1.1进行详细准确的地质勘察

①土钉墙设计前,应查明基坑周边的地层结构和土的物理力学性质,勘察报告应提供土的重度、土的内摩擦角、内聚力c及土的变形模量Es。②勘察报告中应基坑周边建筑物、管线、道路与基坑的相互关系,并判断基坑开挖对它们的影响程度。③土钉墙设计前,应查明基坑周边的地下水类型、埋藏条件及渗透性,分析地下水对基坑开挖、基坑隆起和支护结构的影响,判断人工降低地下水的可能性并评价地下水对基坑周边已有建筑物和地面沉降的影响。

1.2正确进行土钉墙的稳定性分析

土钉墙的整体稳定分析分为内部整体稳定分析和外部整体稳定分析。土钉墙内部整体稳定分析是保证土钉墙本身的强度,这时的破坏面全部或部分穿过加固土体的内部。内部稳定分析常采用的是力矩极限平衡分析方法,通常假定滑动破坏面为圆弧线面。土钉墙稳定性分析计算如图1所示。

1.3适当加大顶部土钉的长度

为减少土钉墙变形,控制地面开裂,土钉墙顶部的土钉长度宜适当增加。根据土钉墙整体稳定分析的力矩极限平衡理论,由圆弧滑裂面可知,基坑顶部土钉长度应大于基坑深度,因为,在土钉端部土体易发生变形,产生不易被人发现的裂缝,一旦裂缝产生,地表水容易从裂缝渗入,这不仅增加土体的侧压力,还会降低土钉对土体的约束作用,减少土钉抗拔力,因此加大顶部土钉的长度(约为1.2~1.5倍基坑深)是十分必要的。

1.4不可忽略土钉墙的构造要求

①土钉墙中的土钉长度应由计算确定,一般情况下注浆式土钉的长度为0.5~1.5倍基坑深,打入式土钉的长度约为0.5~1.0倍基坑深;土钉宜均匀布置,间距为1~2m,土钉的倾角一般为5°到20°。②为提高土钉的抗拔力,土钉中的钢筋应采用Ⅱ级变形钢筋,直径一般在14~20 mm之间,钻孔直径常用100 mm;土钉注浆材料常用1:0.5的水泥砂浆。③坡面面板应采用配筋喷射混凝土,混凝土厚度常为100 mm,配筋配φ6~8@200;为保证土钉与喷射混凝土面板的连接和锚固,应设置钢垫板。

1.5土钉墙的变形控制

力矩极限平衡分析方法并不能提供任何变形信息,土钉墙的变形大小可采用有限元分析的方法进行估算,但单纯的有限元分析结果不十分可靠,目前一般结合施工监测,进行信息化施工控制。

2工艺流程

土钉墙的施工一般按以下工艺流程进行:按设计要求开挖工作面、修整坡面及坡面排水;喷射第一层混凝土;安装土钉(钻孔、置筋、注浆垫板等);绑扎钢筋网、喷第二层混凝土;开挖第二层土方,按此循环直至完成。

3开挖工作面及修整边坡

基坑开挖应分段分层进行,分层开挖深度主要取决坡面的直立稳定能力。当要求变形很小时,可根据工地具体情况和经济效益将分层开挖深度降低最低。

考虑到钻孔施工设备,分段开挖至少要6 m宽。最大长度取决于交叉施工间能保持坡面稳定的坡面面积,当要求变形最小时,开挖可按两端长度分先后施工,长度一般为10 m左右。

使用的开挖施工设备必须能挖出光滑规则的斜坡面,最大限度减少被支护土层的扰动。任何松动部分在坡面支护前必须予以清除。对于不良上层,为了防止基坑边坡的裸露土体发生坍塌可考虑采用以下措施:①对修整后的边壁立即喷一层混凝土或砂浆,待凝法后再进行钻孔作业。②在作业面上先构筑喷混凝土面层,而后进行钻孔设置土钉。③在水平方向上间隔开挖。④先将作业深度上的边壁做成斜坡,保持稳定,待钻孔并设置土钉后再清坡。此外还可以在开挖前垂直击入钢花管,用压力注浆方法加固边坡处的土体。

4喷射混凝土作业

根据工程规模、材料和设备性能,可以进行“湿式”或“干式”喷射混凝土。通常采用32.5级硅酸盐水泥、干净碎石或卵石,最大粒径为10~15 mm,水泥跟砂石重

量比为1:4~1:4.5,并掺入适量外加剂加速固结。

喷射混凝土作业时应注意以下几点:作业前要对机械设备,风、水管路和电线进行检查及试运行,清理受喷面,埋好控制喷射混凝土厚度的标志;喷射时,喷头与喷面应垂直,宜保持0.6~1.0 m的距离。喷射作业者应控制好水灰比,保持混凝土表面平整,呈润湿光泽,无干斑或滑移流淌现象;喷射混凝土终凝2h后,要洒水养护,根据气温条件,一般养护3~7d;钢筋网宜在喷射一层混凝土后铺设,钢筋与坡面的间隙宜大于20 mm;喷射混凝土应在每步开挖的底部预留300 mm,以便于下步开始后安装钢筋网;钢筋网宜与下层钢筋网要搭接,长度为25倍钢筋直径;钢筋网与土钉锚固装置要连接牢固,喷射混凝土时钢筋不得晃动;根据土钉类型,施工条件和受力过程的不同,表面可做一层、二层或多层。最后一道建筑装饰工序是在最后一层大约50 mm厚的喷射混凝土上调色。

5排水

土钉墙支护必须考虑地下水的影响,施工期间应做好排水工作,避免过大静水压力作用面板和加固土体处于饱和状态,影响其稳定。应提前沿坡顶设排水沟排除地表水,并在第一步开挖喷射混凝土期间用混凝土做排水沟覆面。

对支档土体有以下三种主要排水方式:

①浅部排水。使用300~400 mm长的管子可将坡后水迅速排除,管子直径通常为100 mm,其间距依地下水条件和冻胀破坏的可能性而定。②深部排水。用开缝管做水管,长度一般比土钉长,管径50 mm,上斜5°或10°。其间距决定土体和地下水条件一般坡面每大于3 m2布置一个。③坡面排水。在喷射混凝土坡面前,贴着坡面按一定的水平间距布置竖向排水设施,其间距决定于地下水条件和冻胀力的作用,一般为1~5 m。排水管在每步开挖的底部设有接口,贯穿于整个开挖面,在最底部由泄水孔排入集水系统。坡面排水可代替浅层排水。

6土钉施工

土钉施工包括定位、成孔、置筋、注浆等工序,一般情况下,可借鉴土层锚杆的施工经验和规范。

6.1成孔

成孔工艺和方法与土层条件、机具装备及施工单位的手段和经验有关。当前国内大多数采用螺旋钻、洛阳铲等干法成孔设备,也可使用如YTN—87型土锚专用钻机成孔。对边坡加固土钉,由于往往要在脚手架上施工且钻孔长度较短,要求使用重量轻,易操作及搬运的钻机。为满足土钉钻孔的要求,可选用KHYD40KBA型岩石电钻,配置75的麻花钻杆,每节钻杆长1.5 m,钻机整机重量40kg,搬运操作非常方便,钻孔速度0.2~0.5 m/min,工效较高,适合于土钉施工。

依据土层锚杆的经验,孔壁“抹光”会降低浆土的粘贴作用,当采用回转或冲击

回转方法成孔时,建议不要采用膨润土或其它悬浮泥浆做钻进护壁。

显然,在用打入法设置土钉时,不需要预先钻孔。在条件适宜时,安装速度是很快的。直接打入土钉的办法对含块石的土是不适宜的,在松散的弱胶结粒状土中应用时要谨慎,以免引起土钉周围土体局部结构破坏而降低土钉与土体间的粘结力。

6.2置筋

在置筋前,最好采用压缩空气将孔内残留及扰动的废土清除干净。放置的钢筋一般采用Ⅱ级螺纹钢筋,为保证钢筋在孔中的位置,在钢筋上每隔2~3 m焊置一个定位架。

6.3注浆

土钉注浆可采用注浆泵或砂浆泵灌注,浆液采用纯水泥浆或水泥砂浆。纯水泥浆可用32.5级普通硅酸盐水泥用搅拌装置按水灰0.45左右搅拌,水泥砂浆采用1:2至1:3的配合比用砂浆机搅拌,再采用注浆泵进行常压或高压注浆。为保证土钉与周围土体紧密结合,在孔口处设置止浆塞并旋紧,使其与孔壁紧密贴合。在止浆塞上将注浆管插入注浆口,深入至孔底0.2~0.5 m处,注浆管连接注浆泵,边注浆边向孔口方向拔管,直至注满为止,放松止浆塞,将注浆管与止浆塞拔出,用粘性土或水泥砂浆充填孔口。为防止水泥砂浆或水泥浆在硬化过程中产生干缩裂缝,提高其防腐性能,保证浆体与周围土壁的紧密结合,可掺入一定的膨胀剂。具体掺入量由试验确定,以满足补偿收缩为准。为提高水泥砂浆或水泥浆的早期强度,加速硬化,可掺入速凝剂或早强剂。

7结语

土钉墙支护工程施工前应熟悉地质资料、设计图纸及周围环境,降水系统应确保正常工作,必须的施工设备如挖掘机、钻机、压浆泵、搅拌机等应能正常运转。

一般情况下,应遵循分段开挖、分段支护的原则,不宜按一次挖就再行支护的方式施工。

施工中应对土钉位置,钻孔直径、深度及角度,插入长度,注浆配比、压力及注浆量,土钉应力等进行检查。

每段支护体施工完后,应检查坡顶或坡面位移,坡顶沉降及周围环境变化,如有异常情况应采取措施,恢复正常后方可继续施工。

参考文献:

[1] CECA96:97,基坑土钉支护技术规程[S].

[2] JGJI20—99,建筑基坑支护技术规程[S].