深基坑土釘墻支護(hù)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

裴洪軍

(深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)院 廣東深圳 518008)

1 引言

深基坑支護(hù)技術(shù)是伴隨著城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和建設(shè)而發(fā)展起來的。由于城市建設(shè)用地的限制,建筑發(fā)展模式由平面型向地下或空間發(fā)展為一大趨勢(shì)。基坑的開挖深度也越來越深,同時(shí)周邊環(huán)境越來越復(fù)雜,深基坑開挖的環(huán)境效益問題也日益突出,給深基坑支護(hù)技術(shù)提出了技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用和保護(hù)環(huán)境等更高的要求。土釘墻支護(hù)技術(shù)是近年來發(fā)展起來用于土體開挖和邊坡穩(wěn)定的一種新型擋土結(jié)構(gòu),由于經(jīng)濟(jì)、可靠且施工速度簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn),已得到迅速推廣和應(yīng)用[1],發(fā)揮了良好的經(jīng)濟(jì)效益,已成為基坑支護(hù)的主要手段,并產(chǎn)生了許多創(chuàng)新的發(fā)展,開拓了土釘墻的應(yīng)用領(lǐng)域。

2 土釘墻技術(shù)的新發(fā)展

土釘墻一般由被加固土體,放置于原位土體中的土釘及噴射混凝土面層組成,傳統(tǒng)土釘支護(hù)僅適用于有一定膠結(jié)能力和密實(shí)程度的砂土、粉土和礫石土、素填土、堅(jiān)硬或硬塑的黏性土以及風(fēng)化巖層等[2]。為了使土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)能夠在更為廣泛的地層中使用,就必須對(duì)土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)中的部分構(gòu)件進(jìn)行改進(jìn)或在土釘支護(hù)的基礎(chǔ)上添加輔助構(gòu)件,復(fù)合土釘支護(hù)便是這種改進(jìn)的產(chǎn)物。所謂復(fù)合土釘支護(hù)是指基坑支護(hù)中,除采用土釘作為主要加固體外,還采用其他地基處理技術(shù)作為輔助手段與之聯(lián)合,并協(xié)同工作[3],主要表現(xiàn)在下列幾個(gè)方面[4～9]。

(1)為了防止地下水位降低,引起建筑物及道路的沉降,出現(xiàn)了一種新型止水型土釘墻,這種土釘墻施工前先做止水帷幕,然后分層開挖施工土釘和噴射混凝土面層。止水帷幕常采用相互搭接的單排或雙排深層攪拌樁、高壓旋噴 (擺)樁和控制壓力注漿技術(shù)。這樣就使土釘墻在不做降水的情況下得到應(yīng)用。

(2)對(duì)于難成孔的砂層和軟土層,開發(fā)了一種打入注漿式土釘,解決了難于成孔這一難題。打入注漿式土釘實(shí)際上是將直徑 48～60mm的鋼管利用專門的設(shè)備直接打入土中,在鋼管上按一定規(guī)律布置直徑 5mm的鉆孔,并焊接小角鋼倒刺予以保護(hù),再將帶有倒刺的鋼管打入土中后高壓注漿,漿液通過鋼管上鉆的小孔滲入管體外土中,從而形成土釘,這種釘?shù)奶攸c(diǎn)是施工速度快,使用范圍廣,尤其是對(duì)于粉細(xì)砂層、松散回填土、軟弱土層難以成孔的土層,更顯示出其優(yōu)越性。

(3)為了限制土釘?shù)奈灰?開發(fā)了土釘墻與預(yù)應(yīng)力錨桿聯(lián)合使用的技術(shù)。對(duì)于變形要求嚴(yán)格的工程,在土釘墻施加初始背拉力,這樣大大減少了土釘墻位移,滿足了不同實(shí)際工程的需要。

(4)對(duì)于開挖土層較差,自穩(wěn)時(shí)間短來不及按常規(guī)步驟進(jìn)行本層支護(hù)時(shí),開發(fā)了多種超前加固技術(shù)。常采用的超前加固技術(shù)有如下幾種。

1)超前微型樁加固,包括鋼管樁和混凝土樹樁,鋼管樁采用直徑 48～150mm的無縫鋼管或焊接鋼管,間距 0.5～1.0m,樁端宜深入基底 1～3m,鋼管樁通過鋼筋網(wǎng)和加強(qiáng)筋與之焊接連成整體。樹根樁即為小直徑鉆孔灌注樁,直徑 100～250mm,間距 0.5～1.0m,樁端深入基底 1～3m,利用加強(qiáng)筋和噴射混凝土連接成整體。

2)超前加固注漿,即沿開挖面豎向鉆孔注漿,利用水泥漿滲透固結(jié)土層,即使開挖工作面具有臨時(shí)自穩(wěn)能力,以便施工土釘墻。

3)超前土釘加固,即沿開挖面施工豎向土釘,其長(zhǎng)度不宜小于該層開挖深度的兩倍,間距宜取 300～500mm,超前土釘?shù)纳喜繎?yīng)與已完成的支護(hù)連成一體。

4)其他超前加固措施,有打入角鋼、槽鋼、螺紋鋼筋、預(yù)制混凝土桿件、木樁、竹樁等,目的均是為了保證開挖坡面的臨時(shí)自穩(wěn)能力,以便于有足夠的時(shí)間做土釘墻。

5)土釘墻用于超深基坑 (深度大于 12m)、高難度基坑 [坑邊緊臨建 (構(gòu))筑物]和軟土基坑 (淤泥質(zhì)土),利用上述新技術(shù)進(jìn)行了有益的嘗試,取得了一定的工程經(jīng)驗(yàn)。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

某污水處理廠二期擴(kuò)建工程基坑場(chǎng)地緊臨一期污水處理廠,基坑平面尺寸為 80m×60m,基坑深12.5m,安全等級(jí)為 1級(jí),基坑北側(cè)距離一期進(jìn)水井 8.0m;南側(cè)距離二期待建構(gòu)筑物約 8.5m,其他兩側(cè)為廠區(qū)道路與圍墻,場(chǎng)地條件受限無放坡空間,基坑須采取可靠的支護(hù)方案。

3.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)勘察報(bào)告,場(chǎng)地地質(zhì)自上而下依次為以下幾種。

(1)人工填土層:以強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖碎石土為主,含少量砂性土,土質(zhì)不均勻,松散 ～稍密狀,層厚 0.6～12.4m。

(2)淤泥質(zhì)土:分布范圍小,呈透鏡體分布,軟塑 ～流塑狀,飽和,層厚 1.0～1.5m。

(3)粉質(zhì)黏土:層厚 0.6～6.7m,可塑 ～堅(jiān)硬狀,濕。

(4)粉細(xì)砂、中粗砂和礫砂:層厚 2.6～10.4m,松散 ～稍密,飽和。

(5)殘積粉質(zhì)黏土:層厚 2.1～6.6m,硬塑狀,濕。

該場(chǎng)地地下水類型以第四系孔隙潛水為主,砂層為主要含水層,北側(cè)為龍崗河,砂層構(gòu)成良好的水力通道,水量豐富,埋深 0.6～3.8m,對(duì)基坑支護(hù)影響較大。

3.3 支護(hù)設(shè)計(jì)方案

通過多方案經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比較,基坑采用止水型土釘墻支護(hù)方案,方案特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)。

(1)為防止地下水位降低引起周邊環(huán)境產(chǎn)生過大的沉陷,采用單排攪拌樁作止水帷幕。攪拌樁直徑 550mm,相互搭接 150mm,樁深度平均12.0m,帷幕穿過砂層進(jìn)入弱透水層不小于 2.0m,形成全封閉的止水帷幕墻。

(2)由于砂層中難以成孔,采用了打入鋼花管注漿式土釘,鋼管采用 D48,δ3.5電焊鋼管,用 3φ16鋼筋邦焊接長(zhǎng),土釘長(zhǎng)度 6.0～8.0m,高壓注漿時(shí)控制注漿壓量,確保土釘抗拔錨固力。

(3)為限制土體位移,在土釘中設(shè)置 3排預(yù)應(yīng)力錨桿,第一排錨桿也打入鋼花管注漿形成錨桿,鋼管采用 D60,δ3.5無縫鋼管制作,長(zhǎng)度16.0m,采用 3φ20鋼筋雙面邦焊接長(zhǎng)。預(yù)應(yīng)力錨桿設(shè)計(jì)抗拔力 300kN,施加預(yù)應(yīng)力 250kN。

(4)該方案施工速度快,節(jié)省工程造價(jià),且工序相對(duì)簡(jiǎn)單。

3.4 施工方法

該支護(hù)工程施工工藝為:先施工攪拌樁止水帷幕,然后分層開挖施工土釘墻,由于基坑場(chǎng)地作業(yè)面積大,遵守分區(qū)、分層、分段、對(duì)稱、均衡、適時(shí)的原則。上層土釘噴射混凝土完成后,并具有一定強(qiáng)度,方允許開挖下一層土方。第一、第二排土釘采用洛陽鏟成孔,下部的土釘和預(yù)應(yīng)力錨桿均采用自制設(shè)備打入鋼花管后,高壓注漿,防止水土流失。整個(gè)基坑工程于 2008年 8月竣工,施工工期150d。

3.5 監(jiān)測(cè)成果分析

基坑施工前,在基坑四周布置了水平和沉降位移監(jiān)測(cè)點(diǎn),監(jiān)測(cè)結(jié)果表明:①基坑最大位移發(fā)生在東側(cè)中部,最大位移 15mm,其他三側(cè)位移最大11mm;②沉降位移最大 25mm,位于東坡中部;③邊坡的位移和沉降是隨著開挖深度的增加而逐步增大的,位移曲線呈鋸齒狀;④測(cè)斜和沉降位移較少,分析是錨桿的預(yù)加應(yīng)力起了很大的作用。

4 結(jié)論

經(jīng)過多年的理論研究和大量的實(shí)際工程實(shí)踐,促進(jìn)了土釘墻支護(hù)技術(shù)的發(fā)展,突破了原來的使用禁區(qū),極大地拓展了土釘墻技術(shù)的應(yīng)用范圍,為深基坑土釘墻支護(hù)技術(shù)的設(shè)計(jì)和施工提供指導(dǎo)。土釘墻技術(shù)成為深基坑支護(hù)中很有競(jìng)爭(zhēng)力的手段,并大大地提高了其安全性,節(jié)省了工程造價(jià)和施工工期,取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

1 陳肇元,崔京浩.土釘支護(hù)在基坑工程中的應(yīng)用 (第二版)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2000.

2 清華大學(xué)土木工程系,總參工程兵科技三所 .基坑土釘支護(hù)技術(shù)規(guī)程 [M].北京:中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì),1997.

3 孫鐵成,張明聚,徐從平,等.復(fù)合土釘支護(hù)技術(shù)[J].工程力學(xué),2002,19(增Ⅱ):59-62.

4 楊志銀,張俊.深圳地區(qū)深基坑支護(hù)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用 [J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2006,25(增Ⅱ):3377-3380.

5 孫鐵成,張明聚,楊茜.深基坑復(fù)合土釘支護(hù)模型試驗(yàn)研究 [J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2004,23(15):2585-2592.

6 馬軍,郄偉叢.軟土地基基坑攪拌樁加土釘墻支護(hù)技術(shù) [J].建筑技術(shù),2002,33(2):123-124.

7 唐軍,曹欽.復(fù)合土釘墻在超大型深基坑中的應(yīng)用[J].建筑施工,2001,23(6):394-395.

8 劉雷,薛守良.土釘與預(yù)應(yīng)力錨索復(fù)合支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用 [J].鐵道建筑,1998,(9):29-31.

9 湯鳳林,林希強(qiáng).復(fù)合土釘支護(hù)技術(shù)在基坑支護(hù)工程中的應(yīng)用—以廣州地區(qū)為例 [J].現(xiàn)代地質(zhì),2000,14(1):100-104.

10 深圳市標(biāo)準(zhǔn).SJG 05—96深圳地區(qū)建筑深基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范,1996.