土钉支护替代地下墙模板技术及应用.pdf

2 0 0 2年 2月 第 3 1卷第 1 期 有 色 矿 山 Non f e r r o u s M i ne s Fe b． ， 2 0 0 2 Vo1 ． 3 1 No． 1 土钉支护替代地下墙模板技术及应用 张 同 民 洛阳有色金属加工设计研究院， 河南 洛阳 4 7 1 0 3 9 [ 关键词】土钉支护 ；喷射混凝土； 模板 ；变形 [ 摘要】 通过工程实例简要介绍了深基坑土钉支护新工艺， 及用喷射混凝土面层替代基础外模板的设计施工 方法 及边壁 变形控制措 施。 [ 中图分类号】TU 5 2 8 ． 5 9 [ 文献标识码 】 B [ 文章编号】1 0 0 2 8 9 5 1 2 0 0 2 0 1 0 0 4 4 - 0 3 Te c hn i qu e a nd a p pl i c a t i o n o f r e p l a c i n g u n de r g r o u nd wa l l s hu t t e r i ng wi t h e a r t h r o d a nc ho r e d s u p po r t ZHANG To n g m i n L u o y a n g E n g i n e e r i n g R e s e a r c h I n s t i t u t e f o r No n f e r r o u s Me t a l s P r o c e s s i n g ，Lu o y a n g 4 7 1 0 3 9 ，C h i n a Ke y wo r ds e a r t h r od a nc h or e d s up p o r t ；s h o t c r e t e；s hu t t e r i n g；d e f or m a t i on Abs t r a c t Ba s e d o n e n gi ne e r i n g i l l us t r a t i o n， t he d e e p f ou n da t i o n t r e nc h e a r t h r o d a nc h or e d s up p o r t t e c hn o l o gy， d e s i g n a n d c o n s t r u c t i o n me t h o d o f r e p l a c i n g f o u n d a t i o n e x t e r n a l s h u t t e r wi t h s h o t c r e t e b e d d i n g s u r f a c e ，a n d c o n t r ol me a s ur e o f s i de wa l l d e f orm a t i o n a r e i n t r od u c e d． 1 引言 在高层建筑地下室或大型设备基础和地下室施 工 中， 一般要支模浇筑地下室基础和连续墙， 并在外 墙与基坑 间作 回填处理。如能将基坑边壁作为外模 板 ， 不仅可大量减少开挖量， 而且可省去 回填土工序 和支外模时间， 其经济效果将十分优 越。采用土钉 墙支护技术即可实现这一设 想。 土钉支护代替外模板 技术是指直接用土钉支护 结构的面层作为地下室或设备基础外模板的施工方 法 。在土钉面层施工过程 中， 应严格控制基 坑边壁 变形和平正度， 使之满足外模板 的精 度要求。该 项 技术在国内某粮食交易中心地下室施工 中得到了较 好的应用， 本文结合该工 程对边坡支护和 边坡变形 控制作一简要介绍。 2 工 程地 质概 况 粮食 交易中心是国 内商品、 期货 交易的大型重 要场所 ， 该工程占地 3 ． 1 5公 顷， 由四星级大酒店、 高 级写字楼 地上二十四层 、 高层豪华公寓 地上十八 层 组成， 地下室一层为三楼连体大空间停车场 。总 建筑面积 1 3万 m2 ， 最高建筑 1 0 4 m， 基础埋深 1 2 m。 基坑深度范 围内共涉及 四个 土层， 分别 为 耕 植土、 粉质粘土 、 粉细砂土及粉砂， 地 下水位距地 表 3 m左 右。各土层主要力学性 质见表 1 。 表 1 各土 层主要 力学性质 [ 收稿日期】2 0 0 1 ． 1 2 1 1 [ 作 者简 介】 张同 1 9 6 0 一 ， 男 ， 陕 西大荔人 ， 高级工 3 土钉 支护参 数设计 程师， 从事建筑设计和监理工作。 根据场区工程与地质条件及地下水分布情况 ， 维普资讯 第 1期 张同民 土钉支护替代地下墙模板技术及应用 4 5 考虑土体变形特点， 要用 圆弧条分法对边 壁可能滑 移体进行力矩极限平衡分析 ， 并在此基础 上进行基 坑支护设计与计算， 最终得到的土钉 支护设计参数 见 图 1 。 萋 I萋 2 5 L 1 0 0 0 0 1 5 0 0 2 5 L 1 2 0 00 1 5 0 0 2 5 L 1 2 0 0 O 1 5 0 0 2 5 L 1 1 0 0 0 1 5 0 0 2 5 L 1 0 0 0 01 5 0 0 25 L 9 0 0 0 1 5 0 0 丝圭三 22 L 5 0 0 0 1 5 0 0 图 1 基坑 边壁土 钉支护断面 图 4 土钉支护边坡稳定性分析 支钉支护 内部稳定性分析通常是指边坡土体中 可能出现的破坏面发生在土钉支护 内部， 并穿过 全 部或部分土钉。假定土体破坏取 圆弧破 坏模式。 则 单位长度 内， 土钉支护 内部 稳定 性的安全 系数按 下 式计算 一 f 』 』 』 1 一 ∑ [ 0 1 i ． a f ] 1 式 中 Ⅳ 、 Q 为作用于土条 i的 自重 和地面 、 地 下 荷载 ； n 为土条 i圆弧破坏面切线与水平面的 夹角； △ 为土条 i 的宽度 ； 为土条 i圆弧破坏面所处第 层土 的内摩擦 角 ； c i为土条 i圆弧破 坏面 所处 第 层土的粘聚力； 为第 矗排 土钉轴线与该处破坏面 切线之 间的夹角； S “为第 k排土钉 的水平 间距 ； R 为破坏面第k排 土钉 的最大抗力， 一般 由现场拉拨 试验测定。限于条件， 设计取值据下列算式求得 土钉拔出强度条件 R ndo l 口 f 土钉受拉屈服条件 ．， R 1． 1 式中 d o 为土钉孔径 ； d为钉体直径 ； l 。为土钉伸入 被动土体的长 度； r为土钉与土体之 间的界 面粘接 强度 ； 为 钢 筋 抗 拉 强 度 标 准 值， 取 2 9 0 N ／ mm2 。 计算中， 将 上述 两个 强度条 件计 算值的较小值 作为 凡 值。将有关参数代入式 1 中， 求得 ≈ 1 ． 3 6 2 。 满足设计要求。 按有关 设计规定， 每层土钉 在设计荷 载作用下 还须满足土钉支护体 系局部 稳定性 要求， 即满 足下 式成立 ， ≤ 1 ． 1 式 中 ． d 为土钉的局部稳定性安全 系数 ， 取 ． d 1 4 ； N 为 土 钉 设 计内 力 ， N 南 P s ； 0 N - f r 的倾角； 为土钉长度 中点所处深度位置上 的侧压 力 ； S 为土钉 的水平间距 ； S 为土钉的坚直间距。 各层土钉的长度应满足下列条件 L≥ L1 兀 a or 式中 L1 为土 钉轴线与倾 角等于 4 5 。 斜 线的 交点至土钉外端 点的距离。 对于分层土体 ， 在土性差 异不大时， 值根据各层土的 t a n , 值近似地按其层 厚取 加权平均值 ； 在土体性差 异大时， 应考虑弱面效 应， 采取局部加强设计的方法 处理 ； d 。为土钉孔径， 取 d 0 0 ． 1 2 m； r为土钉与土体之间的界面粘 结强 度 。 5 面层取代模板墙的施工要点 面层取代模 板墙 的施工关键有两点 边 壁平面 度控制及边壁位移控制 。 5 ． 1 边壁平面度控制 边壁平面度控制 标准通 常为 1 0 mm。欲满 足 此要求， 须从以下四方面加以控制。 1 放线定位必须准确 。边壁平面度的控制 。 依 据两点定一线， 不 在同一直线上的三个 以上点决 定 一 平面的原理 。施工时通常采用吊线和经纬仪测量 相结合的方法定点放线 。首先用经纬仪测出边壁当 前状况， 然后根据施工要求定 出多个测点。 再 由上层 测点吊线确定当前开挖层测 点距 边壁的距离， 并打 上钢筋头作为标记。 2 修整壁面。此工序分两点进行 第一步为粗 修， 即人工用镐 、 锹 、 五齿扒等将边壁面大致修平 ； 第 二步为细修 ， 以测试线和有关标记 为准， 将壁面按设 计要求削平 。 3 控制喷层厚度 。根据设计 喷层厚 度， 在修好 的坡面上每隔一 定距 离钉上短钢筋 。 使其长 度略小 维普资讯 有色 矿 山 2 0 0 2年 第 3 1卷 于喷层厚度， 然后在设定位置编钢筋网， 并初喷混凝 土。终喷混凝土厚度以复盖钢筋头为限， 喷平为止。 4 喷射混凝土 质量控制。喷射混凝土施工 应 严格遵守有关技术标准， 以确保施工质量。 5 ． 2边壁位移控制 边 壁位移控制是模板墙技术的重要环节之 一。 本工程最初设计要求边壁水平 位移控制在 3 0 mm 以内。由于边坡支护设计较为合理 ， 施工措施得 当， 基坑开挖到底后 壁顶最大 水平位移权 为 1 8 mm， 约 占基坑深度 的 1 ． 4 4 ‰， 支护完 毕后， 整个 基坑边 壁 处于稳定状态， 周围地表未见裂缝， 邻近地面建筑和 地下各种管线均安然 无恙， 并经受 住了几场暴雨 的 考验。 1 基坑支护模板墙工程设计时， 首先根据现场 地质情况， 以及以前 工程的实践经验 确定基坑边壁 的预留位移量， 并据此确定基坑开挖线。 2 在施工过程中应实施信息化施工， 即根据 实 际边壁位移测量结果和地 质条 件变化情况 ， 及时进 行反馈设计， 调整施工方 案。当发 现局部地段地层 有异、 变形速率增长较快时， 应及 时进行局部补强支 护 。 3 理论分析及经验表 明， 土钉设置成 水平状， 基坑边壁位移较 小。因此， 设计时 可将 土钉作水平 设置。但 为注浆方便， 常将土钉倾 角控制在 0 。 ～5 。 之 间 。 4 对土钉进行注浆施工前须设排气管 ， 并采用 高压或控压注浆工艺， 以确保注浆质量。 5 如地质条 件较差， 可适 当加长钉头锁 定筋， 并将其做成“ 井” 字形， 以确保面层 刚度及其与土钉 的结构整体性 。 6 通常可以认为土钉密度较大时， 对控制土体 变形较为有效 ； 土钉较长时， 能提供较大 的界面粘接 力， 但考虑到土钉工 作状态 、 受 力变形特性 等， 可将 土钉设计成长短结合形式 ， 这对边坡整 体稳定和控 制变形十分有效。 7 根据基坑周边监测情况， 合理安排基坑的开 挖顺序 、 一次开控深度和长度， 有利于对基坑边壁变 形进行有效控制 。对变形较大部位， 采用跳挖方式， 可减小边壁土体变形。 8 对于稳定性较差的土层， 在开挖前应设置超 前支护土钉， 或超前竖直高压注浆锚管， 以减小开挖 引起 的边壁变形。 9 对 已开挖部位应快修坡快 支护， 以尽量缩短 边壁裸露时间。 1 0 对坑壁变形控制要 求较为严格 的场 合， 当 每排土钉注浆 3 6小时后 ， 边壁水平位移速率仍大于 0 ． 1 mm／ d时， 即需补打土钉， 否则开挖 下层土时， 基 坑边壁将产生较大位移。 6 小结 土钉支护模板墙技术既要保证面层平整度满足 设计要求 ， 又要将边壁水平 位移控制在允许 范围之 内。两者误差的绝对值之和 即是最大设计预 留量 。 前者要求施工精细， 后 者要求设计合理， 并与勘 察， 施工质量 等诸多因素相关。本文仅提供了一些初步 经验， 尚须作进 一步探讨 。土钉支护模板 墙技术融 支护与外模板 为一体， 确有经济、 快速 、 安全、 灵 活、 无污染、 无噪音等特点， 并有较广阔的发展空间。 [ 参考文献 ] [ 1 ] GB J 8 6 8 5 ． 锚 杆喷射 混凝 土支 护技 术 规范 [ S ] ． 北 京 中国建筑工业 出版社 ． [ 2 ] GB J 78 9 ． 建筑 地基 基 础设 计 规 范 [ S ] ． 北 京 中 国建 筑工 业出版社， 1 9 9 0 ． [ 3 ] 陈肇 元， 崔京浩 ． 土钉 支护 在基 坑 工 程 中的应 用 [ M] ． 北京 中国建筑工业 出版社 。 1 9 9 7 ． [ 4 ] 曾宪明， 曾荣生， 陈德光等． 岩土深基坑喷锚 网支护法 原理 设 计 施 工 指 南 [ M] ． 上 海 同 济 大 学 出 版 社。 1 99 7． 上 接 第 3 9页 该罐 内阻车器主要有以下特点 ①用途广泛， 既 能阻挡矿车， 也能阻挡井下其它设备 ， 如装岩 机、 电 机车等低底盘车辆 ， 使用方便。②阻车块 启闭迅速， 阻车安全 、 可靠、 运动环节少， 打开、 关 闭阻 力小， 灵 活可靠。③整个装置都安 装罐笼底板下， 露出很小， 便于放置器材乘人。④适用于多水平各方向进车提 升， 易于实现井 口及中段作业 自动化。⑤结构简单 ， 维修方便， 加工制作成本 低。⑥ 与摇 台开 闭器 配合 使用可在矿 山中广泛使用。 [ 参考文献 ] [ 1 ] 金属矿 山采矿 设备 设计 [ M] ． 北 京 冶金 工业 出版社 。 1 97 7． [ 2 ] 机械设 计手册 [ M] ． 北京 化学 工业 出版 社， 1 9 4 4 ． [ 3 ] 材料力 学[ M] ． 北京 高等教育 出版社 ， 1 9 9 1 ． 维普资讯