1、土钉墙、预应力锚杆、微型桩在深基坑支护的应用作者:刘 涛 - 1 汪立刚 2作者单位:刘 涛( 河南省昊鼎建筑基础工程有限公司 郑州 454008 )汪立刚( 河南省昊鼎建筑基础工程有限公司 郑州 454008 )摘 要:本文结合工程实例和工程地质情况,详细介绍了建筑基坑工程支护施工方案的比选和基坑支护工程设计,并在施工技术方案分析的基础上,对整个基坑施工技术进行了详细阐述,对施工监测进行了评价。 关键词:基坑支护、土钉墙、预应力锚索、微型桩;施工技术、监测 。1工程概况河南中医学院第一附属医院综合楼位于郑州市人民路,建筑面积约31657.4平方米,建筑高度99.6米,地上33层,地下2层,施
2、工场地具备三通一平条件。基坑平面尺寸不规则,开挖长约50米,宽约50米,开挖深度约9米。场地地下水类型为潜水,潜水含水层岩性主要为粉土、中砂和细砂,其补给来源主要为大气降水,排泄方式主要为蒸发及人工开采,勘察其间地下水位埋深7.37.5m(绝对标高为92.1092.00 m),3-5年历史最高水位按5.0m(绝对标高为95.00m)。基坑北侧存在一栋7层住宅楼和一个1层停车场,7层住宅楼距离基坑坡脚线最近10.8米,停车场距离基坑坡脚线最近1.9米。基坑西侧存在一栋7层住宅楼和一栋1层建筑物,7层住宅楼距离基坑坡脚线最近6.7米。1层建筑物距离基坑坡脚线最近约1米。基坑西南侧存在一栋2层建筑物
3、,2层建筑物外墙线部分已紧贴基坑开挖坡脚线,基坑施工前需拆除此建筑物的一部分。基坑东侧为正在使用的高层病房楼,病房楼外墙距离基坑开挖坡脚线约16米。东侧存在一条架空热力管道。本工程周边环境条件较复杂。2 基坑支护方案的选择 本工程基坑大面积挖深8.7米,局部电梯井挖深10.7米。属于深基坑工程。场地周边环境复杂,场地较狭窄,没有足够放坡空间,周边存在多栋建筑物和一条热力管道,基坑设计及施工时必须充分考虑这些因素,保证基坑施工期间周边环境的变形在规范允许范围内。如果基坑变形超出规范要求将对周边环境造成严重危害,边坡支护设计时首先考虑的是护坡桩(灌注桩)+预应力锚索支护方案,这种支护形式虽然安全性
4、能有保证但造价较高。以“安全适用、经济合理”的设计原则,并结合本工程的实际情况和郑州地区类似基坑的施工经验,为降低支护造价,考虑该边坡采用土钉墙支护。局部边坡为加设预应力锚杆和微型桩的复合土钉墙进行支护,土钉墙、预应力锚杆、微型桩共同工作可有效限制变形,可以满足安全性要求。根据基坑各侧实际情况,经分析类比,研究确定本基坑边分5个支护剖面:基坑大面积边坡支护为1-1剖面,局部边坡放坡空间不够的情况支护为1a-1a剖面;基坑北侧电梯井局部较深,并且北侧临有一栋7层住宅楼,此边坡支护为2-2剖面;西侧临有一栋7层住宅楼,此边坡支护为3-3剖面;南侧临有一栋2层楼,此边坡支护为4-4剖面。1-1剖面选
5、型为土钉墙支护方案;1a-1a 、2-2、3-3、4-4剖面为土钉墙+预应力锚杆+微型桩支护方案。2.1基坑支护方案设计 11剖面 采用土钉墙支护结构,土钉墙坡度1:0.3,土钉墙支护设计6排土钉。 1a1a剖面 采用土钉墙+预应力锚杆+微型桩支护结构,土钉墙坡度1:0.1,设计5排土钉、1排预应力锚杆。设置一排微型桩,间距1m,桩长14m,采用DN50钢管,成孔直径100mm。 2-2剖面 采用土钉墙+预应力锚杆+微型桩支护结构,土钉墙坡度1:0.3,采用二级放坡,设计6排土钉、1排预应力锚杆。在-4.05米处设置平台,台宽1米,在平台上设置一排微型桩,间距1m,桩长12m,采用DN50钢管
6、,成孔直径100mm。 3-3剖面 采用土钉墙+预应力锚杆+微型桩支护结构,土钉墙坡度1:0.3,采用二级放坡,设计5排土钉、1排预应力锚杆。在-4.05米处设置平台,台宽0.5米,在平台上设置一排微型桩,间距1m,桩长10m,采用DN50钢管,成孔直径100mm。 4-4剖面 采用土钉墙+预应力锚杆+微型桩支护结构,土钉墙坡度1:0.1,设计4排土钉、2排预应力锚杆。在坡顶设置一排微型桩,间距1m,桩长14m,采用DN50钢管,成孔直径100mm。3.基坑支护的施工方法 3.1土钉墙支护施工 3.1.1土钉墙施工方法土钉墙支护要与基坑开挖紧密配合,各道工序实行平行作业,依次有序地进行:凿孔
7、安装土钉 注浆 挂钢筋网 焊加强筋 喷射砼。 1.凿 孔:采用洛阳铲成孔,按设计的孔位布置进行测量画线,标出准确的孔位,然后按设计要求的孔长、孔的俯角和孔径进行凿孔,严格注意质量,逐孔进行验收记录,不合格者为废孔,重打。 2.土钉安放:按照设计规定的土钉的长度、直径,加工合格的杆体,为使土钉处于孔的中心位置,每隔2m焊结一个居中支架,将土钉体安放在孔内,支架构造应不妨碍注浆时浆液的自由流动。 3.注 浆:在安装土钉钢筋的孔内注入0.45-0.55纯水泥浆,压力不低度于0.4MPa,确保土钉与孔壁之间注满水泥浆,注浆应由里向外注,需将注浆管插入孔内距孔底约0.5-1.0m处,用废编织袋封堵孔口,
8、防止浆液外流。4.挂 网:按要求用钢筋调直机把6.5圆盘钢筋调直,满足使用要求。在修好的边坡坡面上,按各坡面设计要求,铺上一层6.5200200钢筋网,网筋之间用扎丝间隔绑扎,钢筋搭接要牢,网格允许偏差为10mm。钢筋网铺设时每边的搭接长度应不小于200 mm,如为搭焊则焊长不小于网筋直径的10倍。 网片与坡面间隙不小于20 mm。土钉与面层钢筋网的连接可通过垫板、螺帽及土钉端部螺纹杆固定。垫板钢板厚810mm、尺寸为200 mm 200mm300 mm 300mm。垫板下空隙需先用高强水泥砂浆填实,待砂浆达一定强度后方可旋紧螺帽以固定土钉。5.加强筋焊结:等注浆、绑扎网片施工完成后,用12圆
9、钢将土钉头部连接起来,在网片上与土钉钢筋焊接且菱形交叉布置,土钉端头焊接锚头,材料同土钉,双面焊接,各焊接点必须牢固。6.喷砼:在上述工序完成后,即可喷射砼,厚度按设计要求喷100mm,配合比现场取样试验配制,水泥采用P.O32.5水泥,强度达到C20,要求表面基本平整。3.2予应力锚杆施工 3.2.1施工方法1成 孔采用洛阳铲成孔,按图纸设计的孔位标高,进行测量画线,标出准确的孔位,然后按设计要求的孔长、孔的俯角和孔径进行成孔,严格注意质量,逐孔进行验收记录。锚孔水平间距误差应不大于100mm,倾角误差不大于1,孔深误差不得大于设计深度30mm。2锚杆制作安装钢筋应除油污、除锈,排列要均布、
10、平直,沿杆体轴线方向每隔2.0m设置一个隔离架,一次注浆管及二次注浆管应捆扎牢固(一次注浆管在外,二次注浆管居中;二次注浆管锚固段长度内做喷浆孔,间距800mm,并用胶带封好,防止一次注浆浆液流入管中),注浆管均采用高压塑料管。锚杆自由段应涂油并采用塑料护套包裹,与锚固段相交处的塑料管管口应密封并用扎丝绑紧。最后将锚杆固定好平稳送放至孔底。3注 浆一次注浆:钻孔完成后,安放锚杆体,然后注浆。注浆开始或中途停止超过30min时,应用水或稀水泥浆润滑注浆泵及其管路;注浆材料采用纯32.5水泥浆,水灰比为0.8-1.0,压力不低于0.4MPa,为确保锚杆体与孔壁之间注满水泥浆,注浆采用由里向外注,先
11、注锚固段,当水泥浆从孔口溢出后,停止注浆,封堵孔口。二次注浆:一次注浆达到初凝(8-10小时)进行二次劈裂注浆。注浆压力控制在1.2-3.0Mpa,通过高压注浆,将一次注浆锚固体劈开、膨胀,然后形成新的锚固体系。一、二次注浆水泥用量总和不少于60Kg/m。二次注浆管前端用高压塑料管。4端头保护锚杆注浆完成后外露部分要用胶布及防腐材料包缠好,防止钢筋损伤或生锈。5腰梁、垫板安装根据设计要求,采用210#槽钢做腰梁。2根槽钢上下平行放置,用槽钢(或钢板)电焊连接,保证固定垫板与孔向垂直、和孔中心一致。垫板尺寸为20020010钢板。6防 腐防腐:加工好的成品(或半成品)钢筋如存放时间较长,需采用水
12、泥浆封闭防腐,钢筋杆体周围必须有大于20mm厚的保护层。自由段的防腐:自由段内钢筋采用三重防腐措施:首先表面涂润滑油或防腐漆,然后外面包裹塑料布或胶带;最后套上波纹管,波纹管端部必须扎紧,并用胶带封好,形成三层防腐。7锚杆安装、张拉:张拉前应对张拉设备进行检验,并检验锚头丝杆是否有伤残。安装张拉设施时,应保持千斤顶与锚杆体在同一轴线上。张拉程序、加荷等级、均按锚杆施工规范要求严格执行。8锁定、记录:根据注浆浆液强度达到设计强度的75%时进行张拉,加荷采用600kN张拉设备,测读每级荷载下的弹性位移及总位移量。在每级荷载条件下,应停留3-10分钟,测读位移,当位移稳定时,方能进行下一级加载。在加
13、载过程中,如出现压力不稳定、钢筋伸长量急剧增加时,或某一级伸长量高于前一级伸长量的2倍时,应及时锁定。3.3微型桩施工 施工工序:测量放线定桩位钻机就位整平钻孔下注浆管填碎石注浆。3.3.1测量放线定出微型桩桩位,桩位偏差小于50mm。3.3.2采用专用的小钻机或洛阳铲在放好的桩位上钻孔,3.3.3注浆管采用DN50钢管,钢管下部3米范围内为花管,钢管上花管部分打5-10mm灌浆孔,间距200mm,沿管表面螺旋状布置,钢管下端的孔眼焊堵严密。成孔后将钢管距孔中下入桩孔中,钢管下端下至孔底,上端略高于地面,为了防止钢管被异物堵塞,钢管上端用棉纱堵塞。3.3.4注浆管安放好后,投入粒径5mm-15
14、mm碎石,填实桩孔侧壁。3.3.5用压浆泵通过钢管向桩孔内压注水泥浆,注浆浆液采用水泥浆,水灰比采用0.8-1.0,注浆压力值0.4-1.0MPa,压浆时浆液从孔底的钢管灌浆孔中压出,压入钢管周围细石及土体的空隙中并自下而上向上升,当浆液升至地面时停止注浆,静置30min后进行二次补灌。4 基坑施工监测41监测内容根据本工程基坑开挖深度、环境特点、地基土层物理力学性质指标和围护设计方案要求,监测内容如下: 支护施工中的边坡位移监测 降水施工中的沉降监测 土方开挖、降水施工中的水位监测 基坑工程施工中对周边管线的监测 对周边建筑物的监测42监测工期频率及警戒值根据基坑开挖、降水、支护的进度计划,
15、基坑监测分3个阶段,根据不同施工阶段诱发基坑形变程度的不同,确定相应的观测频率:第一阶段:边坡支护施工、土方开挖期间,每天观测1次。第二阶段:降水井完成并开始抽水,每天观测1次。第三阶段: 土方开挖、支护完成、降水井维持抽水,每2天观测1次(支护完成后15天内如未出现大的异常变化,观测即可停止)。在遇到变形、沉降或其他观测值变化速率加快,或者遇到自然灾害如暴雨、地震等情况,将加大监测密度。监控报警值序号监测内容安全性判别判别标准预警值报警值1支护坡顶水平位移水平位移速率、位移量连续三日2mm/d或累计2030 mm30 mm2周围建筑物沉降差异沉降量、沉降速率累计0.0015L0.002L(L为相邻测点的中心距离(mm)或连续三日2mm/d0.002L3周围建筑物倾斜倾斜量、倾斜速率24或连续三日0.0001H/d(H为建筑物承重结构高度)44管线变形累计沉降量
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