土钉支护技术在黄土地区深基坑支护中的应用.PDF

文章编号 10042036620030420093205 收稿日期 2003- 01- 06 基金项目甘肃省科技攻关项目JK2982 01 土钉支护技术在黄土地区深基坑 支护中的应用 杨文侠,王松泉,朱彦鹏 兰州理工大学 建筑工程学院,甘肃 兰州 730050 摘 要 结合黄土地区土钉墙支护的工程实例,阐明了土钉支护在复杂黄土地区地 质条件下的适用性和灵活性,提出了相应的施工流程和工艺要求,用角度交会法对基 坑开挖工程中支护结构的变形进行了监测,证明了土钉支护的优秀性 1 关键词 土钉墙支护结构;深基坑;设计;施工;监测 中图分类号 TU 32399 文献标识码 A 黄土地区深基坑支护的设计和施工是近年来我国逐步涉及的技术难题,深基坑护壁不仅 要保证基坑内能正常、 安全作业,而且要防止坑外土体移动,保证基坑附近建筑物、 道路、 管线 等的正常运行 1 土钉墙属于重力式挡土墙支护结构,我国从20世纪80年代开始进行了试验 研究和工程实践,兰州理工大学结合兰州地区的湿陷性黄土的特点,对土钉支护技术在兰州地 区的运用进行了大量研究和工程实践 1 1 工程概述 “中广大厦” 工程位于兰州市城关区张掖路中央广场西南侧,总建筑面积约100 000m 2, 建 筑东西向总长约180m ,总宽2716m ,地下2层,地上5层为裙底大底盘,裙楼以上沿东西分布 一幢高层住宅楼 25 层 , 其中,写字楼建筑总高度约98 m ,住宅高度约80 m1 建筑场地地质 特征如下建筑场地系原张掖路老城区建筑的拆除地段,属黄河南岸二级阶地 1 111 场地地层 第1层杂填土层 1 以人工回填土层为主,地表下1. 5 m厚度范围,多为原建筑基础砖、 石、 混凝土等 1 杂填土层厚度分布不均、 变化较大,基本呈北薄南厚,西薄东厚之势 1 其中较薄 区厚度约为3. 6 m ,较厚区厚度约为5. 6m ,已探明的最厚区位于10号钻孔,厚度达9. 1m ,分 析可能为古墓穴 1 第2层砂卵石层 1 场地揭示地段砂卵石层级配不良,中、 粗砂充填物含量占10～ 39 ,局部含有夹砂层1 砂卵石层埋深约在3. 6～5. 6m ,一般厚度约为2. 90～6. 10m ,砂卵石 层底面埋深为8. 0～10. 6 m1 第3层砂岩层砂岩层面埋深约为8. 0～10. 6m ,棕红色,细粒结构,泥质胶结,成岩性差 1 其上部强风化层厚度4. 3～7. 3 m ,岩质湿软,其下部为中等风化层 1 第15卷 第4期 2003年12月 甘肃 科 学 学 报 Journal of Gansu Sciences Vol . 15 No. 4 Dec. 2003 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 场地地下水位勘探期埋深4. 4～5. 9 m ,主要分布在卵石层面以下,丰水期水位上升幅度 为1. 0 m左右,实测钻孔涌水量Q 0. 62 ls1 112 工程场地条件及基坑方案 本工程超长基坑开挖深度超过9. 50 m ,场地地质土层情况复杂,基坑开挖进入强风化砂 岩层,强风化岩层厚度达4. 3～7. 3 m ,本工程超长对深基坑边坡支护结构体系构成潜在困难 和风险;同时,基坑南侧边坡距解放电影院原有建筑最小处仅约4. 0 m ,长时期的深基坑降水 施工,客观上使深基坑周边原有建筑地基基础和市政地下管线稳定与安全的问题也更趋突 出 1本工程场地狭小,建筑规模高大,基坑深度深,周围建筑密度大 1如果采用传统的桩钢板 桩、 钢筋混凝土桩、 地下连续墙及其与其相结合的锚杆等支护技术 1 它们是依靠桩、 墙的嵌入 深度及其刚度来抵抗侧向土压力并限制其变形发展的 “被动制约机制” 支挡结构 1 这种支挡结 构施工难度大,工期长,需要大型机械设备,工程投资大,对于施工场地狭窄,或有地下障碍物, 大型机械难于进场开展护坡作业时,这种支挡体系是难于施工的 1 为解决这些困难,兰州理工 大学结构工程研究所经过细致的计算,决定采用土钉墙支护 1 土钉墙技术是由加筋土和锚杆 技术发展而来的,它是在土体内放置一定长度和密度的土钉体,使其与土体共同作用,以弥补 土体自身强度的不足,并在坡面上制作与土钉连在一起的钢筋网喷射混凝土面板,以限制土体 变形的发展,维系开裂土体的整体性 1 和桩锚支护体系相比,土钉墙支护体系是以增强边坡土 体自身稳定性为基础的主动制约机制,它不仅有效地提高了土体整体刚度 1 而且弥补了土体 抗拉抗剪强度低的弱点,显著地提高了边坡抗变形和抗破坏的能力;并在可能出现破坏时,土 体不会发生突发性的滑动崩塌,减少了施工中的风险,提高了安全度 1 2 土钉支护设计 本工程基坑南侧均布置单排钢筋混凝土支护桩D8002000中心距加单层锚杆,并在桩 顶设置冠梁,基坑两侧采用单层排桩,边坡土体上部2. 5 m作砖砌挡墙,基坑北侧和东侧采用 土钉墙支护 1 图1 土钉墙剖面 1土钉墙施工工艺流程放线→开挖→修坡→安放锚杆→注浆→编钢筋网片→喷射混 凝→土开挖下一层 2土钉墙工艺要求钢筋土钉采用D25˚ 级钢筋制作,每间距1. 5～1. 8 m设置对中支 49 甘 肃 科 学 学 报 2003年 第4期 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 架,对中支架由3～4D6. 5L2 000～300mm钢筋制作;钢管土钉采用D32315焊接钢管,钢 管制作成花管,小孔直径6～8 mm ,间距300 mm ,头部做成尖头,口部2 m不设置小孔,以利 于封堵和提高注浆压力 1 本工程原则上采用钢筋土钉,不能成孔时采用钢管土钉,钢筋土钉采 用洛阳铲预先成孔,孔径D100 mm ,再放入土钉 1 钢管土钉采用冲击锤打入设计孔深 1 锚杆 土钉注浆时,采用底部注浆法,即用注浆导管将水泥浆送到底部,边注边抽,直至口部流浆后, 浆口部封堵、 加压;锚杆土钉注浆时,根据地质条件,可以在注浆前先用水冲洗锚杆,然后从锚 杆底部注浆,边注浆边拔管,然后进行口部高压注浆 1 注浆压力0. 4～0. 6M Pa,锚杆返浆后即 可停止注浆 1 水灰比控制在0. 45～0. 5范围内 1 按照设计要求编制钢筋网 1 土钉头焊接后用 螺纹钢井字压在钢筋网上 1 混凝土喷射在钢筋网编焊工作完成后进行,喷射厚度100 mm ,石 子粒径5～15 mm ,混凝土等级为C201 添加喷射混凝土专用速凝剂 1 3 施工及监测 完成施工场地平整,进行基坑坡顶开挖放线后,进行土方开挖,为保证基坑安全,基坑周围 1. 5 m左右严禁土方堆放,进行第一层上土钉施工时, 采取措施提高沿口高度,并在沿口外侧 四周挖明沟与排水设置明沟接通,进行暴雨期雨水排放 1 在上一层土钉支护完毕后,再进行下 一层土方开挖,铲头不得撞击网壁和锚头,以免影响土钉支护效果 1 地下水位以下土层开挖 时,先挖排水沟排水,待排水沟内水抽尽后,方可进行该层土方开挖,并同时完成下一层排水沟 布设,尽量延长降水时间,在开挖该层土层时,应尽量避开排水沟,或改变排水沟位置、 形状及 尽早布设下一层排水沟,最后一层土方开挖深度,视基坑底土层情况作适当调整,在尽量不扰 动基坑底原状土的原则下,提高效率 1 坡道在基坑开挖到底后,向出口处退挖,并交叉完成土 钉支护,可视坡道宽度、 土质情况,一次开挖、 支护2～3层 1 本工程采用角度交会法进行了基坑变形观测,根据地形条件,基准点选在基坑西侧距离基 坑较远处,变形监测为位移和沉降两种,位移监测点主要设置在基坑南侧,编号W1,W2,W3, W4,W5,平均间隔20 m ,沉降监测点布设在压顶梁及周边建筑物上,编号为J1,J2,J3,⋯,J10, J11,J12其结果分析如下 图2 观测点布置 311 位移分析 观测点各期x坐标数据变化观测时间为2001年9月26日 ～11月30日 从表1数据可得最后3次观测x坐标相差很小,变形曲线趋于稳定,最大累计位移 59第15卷 杨文侠等土钉支护技术在黄土地区深基坑支护中的应用 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 18 mmW1点 , 最小5 mmW4点 , 最大变化速率0. 25mmd1 表1 位移观测点变化表单位 m 编号 观测点x坐标变化 9月21～26日9月26日 ～10月8日10月8～16日10月16～31日10月31日 ～11月30日 W10. 002- 0. 0020. 0130. 002 0. 003 W20. 003- 0. 0030. 0130. 002 0. 001 W30. 001 0. 0010. 0040. 007 0. 000 W40. 002 0. 0010. 0100. 000- 0. 008 W50. 003 0. 0030. 0030. 002 0. 000 312 沉降观测分析 沉降监测采用三等精度水准,其中J1～J10为基坑边监测点,J11,J12,J13为南侧建筑物上监 测点 , 如图2所示各期监测点数据变化如下 表2 沉降观测点变化表2001年单位 m 点号 高程变化 9月13～21日9月21～26日9月26日 ～10月8日10月8～16日10月16日 ～11月30日 J10. 015 5- 0. 002 5 0. 007 0 0. 004 0- 0. 007 0 J20. 013 5 0. 004 5- 0. 005 0 0. 001 0 0. 000 0 J30. 014 5- 0. 006 0 0. 001 5 0. 002 0- 0. 005 0 J40. 017 5- 0. 009 5- 0. 010 5 0. 003 0- 0. 005 0 J50. 013 0- 0. 008 0 0. 004 0 0. 001 0- 0. 005 0 J60. 011 5- 0. 006 0 0. 001 5 0. 001 0- 0. 004 0 J70. 007 0- 0. 008 0 0. 004 0- 0. 001 0- 0. 003 0 J80. 013 5- 0. 008 5 0. 005 0- 0. 004 0- 0. 003 0 J90. 010 0- 0. 006 0 0. 006 0- 0. 005 0- 0. 004 0 J100. 001 9- 0. 005 0 0. 003 00. 001 0- 0. 008 0 J110. 001 0- 0. 002 5 0. 000 50. 000 0- 0. 003 0 J120. 000 50. 001 4 0. 001 10. 002 0- 0. 003 0 J130. 006 00. 005 5- 0. 000 50. 003 0- 0. 003 0 J12为基坑南侧方房角点,J1,J3,J6为基坑南侧两边及中间点,从表2及沉降曲线看,最大 累计沉降17 mmJ1点 , 最小仅为1 mm ,说明基坑边位移不大,从位移曲线和沉降曲线也可 以看出,基坑变形由最初的较大逐渐趋向稳定 1 4 讨论 1土钉墙是土与土钉共同工作的复合体,它能充分利用土体的自稳能力,借助对土体的 主动加固作用,能显著提高基坑的整体稳定性和承受坑顶超载的能力 1 而且它还具有施工设 备简单、 所占场地小、 噪音小等特点; 2工程实践证明,土钉墙能极大的降低工程造价,经济效益显著,本工程采用了土钉墙 支护以后比原设计节约了200多万人民币 1 对于黄土地区的湿陷性黄土土质松散、 易沉陷的 特点,应该积极推广土钉墙技术 1 3在软土地区建议不要使用土钉墙,因软土摩阻力较小,势必要加大土钉长度,这样会 增加工程造价 1 另外,土钉注浆时一定要加压,让水泥浆液充满土钉孔 1 69 甘 肃 科 学 学 报 2003年 第4期 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 参考文献 [ 1 ] 朱彦鹏,于劲,王秀丽,等.土压力作用下悬臂式支护桩的试验研究[J ].甘肃工业大学学报, 1999, 31 22225. [ 2 ] 杨鹏源,党星海,项长生.角度交会法在超长深基坑边坡支护变形监测中的应用[J ].甘肃工业大学学报, 2001, 51 30234. [ 3 ] 陈肇远,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, 1997. 45269. [ 4 ] 曾宪明.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, 1997. 1002114. [ 5 ] 陈叶青,李保国,苏绍曾.土钉支护在复杂地质条件基坑支护中的应用[J ].施工技术, 1999, 281 12216. APPL ICATI ON OF THE TECHNLQUE OF SO I L-NA I L SUPPORT TO EXCARATLED DEEP FOUNDATI ON PIT IN LOESS AREAS YAN GW en2xia, WAN Song2quan, ZHU Yan2peng College of Civil Eng ineering,L anzhou U niv.of S cience and T echnology,L anzhou730050,China Abstract In connecting w ith a real construction of excavation w ith soil2nails support in loess areas,the applicability and flexibility of soil2nail support under complex geological conditions are discussed along w ith relevant construction flow and crafts requirements, and the advantage of soil2nail support is proved by monitoring the transmutation of construction w ith angle2across. Key words soil2nail support; deep foundation pit; design; construction; monitoring 作者简介 杨文侠, 19782男,甘肃省甘谷县人, 2000年7月毕业于甘肃工业大学土木工程学院结构工程专业,获 得学士学位 1 现任兰州理工大学建筑工程学院教师 1 王松泉, 19772男,甘肃省天水市人, 2000年7月毕业于济南大学建筑工程学院结构工程专业,获得学 士学位 1 现为兰州理工大学建筑工程学院2000级结构工程专业硕士研究生 1 79第15卷 杨文侠等土钉支护技术在黄土地区深基坑支护中的应用 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.