摘要:本文主要結(jié)合該工程的實(shí)例介紹了深基坑應(yīng)用在土釘支護(hù)技術(shù)中是有所突出。通過(guò)分析其設(shè)計(jì)、施工的關(guān)鍵點(diǎn),采取合理可靠的技術(shù)措施并進(jìn)行全過(guò)程控制,可以更好地發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
土釘支護(hù)技術(shù)是目前所發(fā)展最快的一種主動(dòng)支護(hù)技術(shù),適用于邊坡加固和基坑支護(hù)。由于經(jīng)濟(jì)可靠而且施工也快速簡(jiǎn)便,已經(jīng)在深基坑支護(hù)工程中也得到了迅速的發(fā)展與應(yīng)用,在我國(guó)的深基坑支護(hù)工程中,土釘與內(nèi)支撐、排樁地下連續(xù)墻、錨桿已共同成為深基坑的主要支護(hù)技術(shù)。深基坑應(yīng)用土釘支護(hù)技術(shù)有突出經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)分析其設(shè)計(jì)、施工的關(guān)鍵點(diǎn),采取合理可靠的技術(shù)措施并進(jìn)行全過(guò)程控制,可以更好地發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
1土釘支護(hù)技術(shù)的概念
典型的土釘支護(hù)體系包括:原位土體中的土釘群、護(hù)面的鋼筋網(wǎng)噴射混凝土面層、被加固的原位土體、防排水系統(tǒng)。
規(guī)程規(guī)范概念 概念
CECS96∶97 以土釘為主要受力構(gòu)件的邊坡支護(hù)技術(shù),它由密集的土釘群、被加固的原位土體、噴混凝土面層和必要的防水系統(tǒng)組成
YB9258-97 以較密排列的鋼筋作為基坑土壁補(bǔ)強(qiáng)的手段,通過(guò)插筋錨體與土體以及支護(hù)面的鋼筋網(wǎng)噴射混凝土共同作用,形成的復(fù)合基坑維護(hù)體系
JGJ120-99 采用土釘加固的基坑側(cè)壁土體與護(hù)面等組成的支護(hù)結(jié)構(gòu)
概念雖有文字區(qū)別,但在于土釘支護(hù)組成、特征及原理等方面的定義是一致的。根據(jù)構(gòu)造方法不同,土釘體可分為成孔注漿型、擊入型、氣動(dòng)射入型、注漿擊入型、高壓噴射注漿擊入型等,以成孔注漿型應(yīng)用最廣泛。
2土釘支護(hù)技術(shù)原理
土釘?shù)脑碓谟诶猛玲斚鄬?duì)較強(qiáng)的抗拉、抗剪和抗彎強(qiáng)度(主要通過(guò)抗拉作用)彌補(bǔ)天然土體自身抗剪強(qiáng)度的不足。土釘對(duì)土體的補(bǔ)強(qiáng)作用通過(guò)土與土釘界面之間的粘結(jié)力和摩阻力(在土與土釘產(chǎn)生相對(duì)變形的情況下)而得以發(fā)揮。另一方面,密布于土體中的土釘起到了空間骨架的作用,配合以噴混凝土面板,土—土釘—面板相互作用、共同工作而成為一個(gè)整體,使加固后的土體整體剛度大大提高,變形性能也得以改善,成為一種性能良好的主動(dòng)支護(hù)體系。
2.1土釘在復(fù)合土體內(nèi)的作用
土釘對(duì)復(fù)合土體的骨架約束作用。土釘體與土相互作用形成復(fù)合土體,復(fù)合土體則可視為具有一定結(jié)構(gòu)剛度的整體,土釘體作為復(fù)合土體內(nèi)的箍束骨架。土釘體與土比較有很高的抗拉、抗剪強(qiáng)度及土體無(wú)法比擬的抗彎剛度,彌補(bǔ)土體的不足,當(dāng)兩者組合后,土釘體以其直徑,長(zhǎng)度,分布密度和群釘空間結(jié)構(gòu)形式散布在土體內(nèi)部,形成具有一定剛度的空間骨架,增強(qiáng)邊坡土體的整體性,改變了土的整體性狀,在漸進(jìn)性開(kāi)裂階段該作用尤為突出。約束開(kāi)挖后失去平衡狀態(tài)土體的變形,減小側(cè)向應(yīng)變,相應(yīng)增大側(cè)向約束,達(dá)到提高土體抗剪強(qiáng)度的作用。適宜的土釘設(shè)置間距,在坡面處形成土拱效應(yīng),約束土釘之間土體的側(cè)移,發(fā)揮程度還依賴(lài)于土釘體與土的摩阻力。土釘對(duì)復(fù)合土體的應(yīng)力分擔(dān)作用。邊坡承受的載荷包括自重應(yīng)力,開(kāi)挖引起的不平衡力和超載產(chǎn)生的附加應(yīng)力等,在復(fù)合土體內(nèi)由土釘體與土共同分擔(dān),且隨兩者剛度比的增加,土釘體分擔(dān)比例明顯增加,從而減少作用于土體上的應(yīng)力,改善土中應(yīng)力分布,削弱和延遲應(yīng)力在土體中的集中,這種分擔(dān)作用由線(xiàn)性階段向后愈加顯著。單個(gè)土釘分擔(dān)的應(yīng)力是不均勻的,而且通常為彎拉和拉剪組合受力。根據(jù)實(shí)測(cè),對(duì)土釘支護(hù)邊坡,在線(xiàn)性變形階段,土釘分擔(dān)作用不明顯,主要反映在改善土體性狀,隨著土體逐漸進(jìn)入塑性狀態(tài),由于土釘體剛度遠(yuǎn)大于土,應(yīng)力將逐漸由土向土釘體轉(zhuǎn)移,在開(kāi)裂變形階段土釘變得更為重要,從而有效地制約了坡頂沉降及坡面位移。除此之外,由于土釘體具有土無(wú)法比擬的抗彎剛度和抗剪強(qiáng)度,土釘體還承受由于土不均勻變形產(chǎn)生的彎矩和剪力。具有適宜剛度的土釘體對(duì)提高復(fù)合土體的整體剛度和改善其受力狀態(tài)是有益的,但并不能因此盲目增大土釘剛度,因?yàn)楫?dāng)土釘?shù)膭偠冗^(guò)大時(shí),易造成土與土釘之間變形不協(xié)調(diào),使土與土釘過(guò)早的出現(xiàn)相對(duì)位移,無(wú)法協(xié)同工作,這對(duì)邊坡的整體性不利。
土釘對(duì)復(fù)合土體的應(yīng)力傳遞與擴(kuò)散作用。應(yīng)力傳遞作用主要表現(xiàn)在通過(guò)土釘將阻抗力傳遞給坡面板以承受部分引起側(cè)移的土壓力;在滑裂帶逐漸形成過(guò)程中,滑裂帶處土釘與土作用的阻抗力逐步發(fā)揮作用,成為主要傳遞外力和制約變形及強(qiáng)度破壞的作用;將應(yīng)力集中域通過(guò)土與土釘作用擴(kuò)大至擴(kuò)散從而減少應(yīng)力集中,通過(guò)土釘與土界面力的作用傳遞到穩(wěn)定土體內(nèi);土釘體自身分擔(dān)力通過(guò)土釘體向復(fù)合土體深部傳遞。土釘對(duì)復(fù)合土體的抗滑裂作用。當(dāng)邊坡逐漸開(kāi)裂并擴(kuò)大形成滑裂面時(shí),該處土體強(qiáng)度喪失,盡管滑裂區(qū)內(nèi)土體由于箍束作用和分擔(dān)作用仍可維持整體穩(wěn)定性,隨著滑裂區(qū)域的發(fā)展無(wú)土釘補(bǔ)強(qiáng)土體此時(shí)將發(fā)生整體塌滑,但土釘支護(hù)土體仍可通過(guò)自身的抗彎,抗剪強(qiáng)度和在滑裂區(qū)外的錨固作用穩(wěn)定土體,有效阻止下滑,從而導(dǎo)致開(kāi)裂變形階段的延長(zhǎng),避免突發(fā)性塌滑。土釘對(duì)復(fù)合土體的坡面變形有制約作用。在實(shí)際工程中,混凝土面板在一定程度上對(duì)制約坡面變形有重要作用,尤其對(duì)側(cè)向鼓脹發(fā)展較為嚴(yán)重的開(kāi)裂變形階段,但其分擔(dān)作用受錨定板尺寸、強(qiáng)度、錨距和構(gòu)造的影響,通常是有限的,不能期望其承受全部土壓力,面板不僅有效地防止坡面局部破壞,更重要的是與補(bǔ)強(qiáng)材共同形成一個(gè)有機(jī)的整體,增強(qiáng)上述四種作用的有效發(fā)揮。
2.2復(fù)合土體內(nèi)土釘體與土之間的相互作用
這種作用主要是通過(guò)土釘體界面的粘結(jié)力及土釘群密度、剛度比、強(qiáng)度比等構(gòu)造實(shí)現(xiàn),從宏觀上集中體現(xiàn)為土釘對(duì)土體加固作用;另一方面還在于提高復(fù)合土體的整體穩(wěn)定性,主要通過(guò)土釘體在滑裂面外的長(zhǎng)度,從宏觀上集中體現(xiàn)為土釘?shù)腻^固作用。土釘對(duì)復(fù)合土體的約束作用以側(cè)向?yàn)橹?,?duì)豎向位移約束作用低于側(cè)向約束。這不僅與土釘密度,剛度有關(guān),而且與土釘?shù)膬A角直接相關(guān),若需要增加豎向變形的約束,宜考慮采用豎向與側(cè)向的組合土釘群支護(hù)技術(shù)。噴射混凝土護(hù)面層(包括錨板及加強(qiáng)帶)是復(fù)合土體重要組成部分,一般情況下作為坡面防護(hù)的主體,當(dāng)土體進(jìn)入塑性和開(kāi)裂變形階段,其與土釘共同發(fā)揮制約作用,減緩坡面鼓脹和張拉破壞以及剪切破壞在坡腳處的發(fā)展速度。
2.3土釘支護(hù)技術(shù)的適用性
土釘適用于地下水位在最終開(kāi)挖面以下或經(jīng)過(guò)降水能夠達(dá)到這一要求的具有一定臨時(shí)自穩(wěn)能力的土體。包括有一定粘結(jié)性的人工填土、可塑堅(jiān)硬的粘性土和膠結(jié)或弱膠結(jié)(包括毛細(xì)水粘結(jié))的粉土、砂土和砂礫層。松散砂土、夾雜流塑軟塑粘土層及其他抗剪強(qiáng)度較差的土體,在采用表面噴混凝土層、淺層注漿或水泥土攪拌樁加固、微型樁等措施后,也可以采用土釘支護(hù)技術(shù)。土釘不宜用于含水豐富的粉細(xì)砂層、砂卵石層和淤泥質(zhì)土層中,不能應(yīng)用于沒(méi)有臨時(shí)自穩(wěn)能力的淤泥飽和粘土、填土,當(dāng)土釘設(shè)置在具有侵蝕性的土層中作為永久性支擋結(jié)構(gòu)中,應(yīng)考慮防腐措施。對(duì)于N<10或相對(duì)密度低于0.3的砂土邊坡,采用土釘一般是不經(jīng)濟(jì)的;在不均勻系數(shù)小于2的級(jí)配不良的砂土中,不可應(yīng)用土釘;Ip<20的粘性土,必須認(rèn)真評(píng)價(jià)其蠕變特征后,方可將土釘擋墻作永久性支擋結(jié)構(gòu);在軟土邊坡中土釘?shù)拈L(zhǎng)度和設(shè)置密度都很大,而且成孔時(shí)保持孔壁的穩(wěn)定性也比較困難,應(yīng)用土釘一般不太經(jīng)濟(jì)。
3深基坑土釘支護(hù)工程實(shí)例
3.1工程概況
某高層住宅樓,位于某居民區(qū)為臨街工程。占地面積1258.6m2,北側(cè)為24m寬道路,東西南臨住宅樓,長(zhǎng)91.2m,寬13.8m,地上17層,地下2層?;娱_(kāi)挖按1∶0.3放坡,因施工現(xiàn)場(chǎng)狹窄,為保證周邊住宅、道路及地下管網(wǎng)的安全和基礎(chǔ)施工的順利進(jìn)行,須對(duì)基坑進(jìn)行有效支護(hù),遵循安全可靠、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、節(jié)約工期的原則,該工程土方開(kāi)挖時(shí),擬采用土釘墻支護(hù)技術(shù)對(duì)基坑邊坡進(jìn)行支護(hù)加固處理。根據(jù)工程勘察報(bào)告,本工程場(chǎng)地基土的構(gòu)成及巖性特征,自上而下分為6層:①雜填土:層底埋深0.8m~2.1m,平均厚1.45m褐、褐黃,以粉土為主。②粉土:層底埋深2.9m~5.8m,分布厚度1.8m~4.5m,平均厚度3.15m,場(chǎng)地在該層底為一厚0.9m~1.7m的粉質(zhì)粘土層,場(chǎng)地西面在埋深1.9m~3.2m處為一層1.6m左右粉質(zhì)粘土,向南變薄,直至為零,在埋深3.5m~5.3m內(nèi)含細(xì)砂。③細(xì)砂、中砂:層底埋深6.9m~8.0m,分布厚度1.2m~4.2m,平均厚度2.7m,場(chǎng)地東為細(xì)砂、中砂互層,以細(xì)砂為主,含有粉質(zhì)粘土和中砂,場(chǎng)地西以中砂為主,夾有粉砂、粗砂。④粉土:層底埋深10.0m~11.5m,分布厚度2.0m~3.6m,平均厚度為1.9m。⑤粉質(zhì)粘土:層底埋深12.5m~14.0m,分布厚度1.4m~4.0m,平均厚度2.7m。⑥粉土:本次勘察未穿透該層,該層頂部為一厚1.3m左右的細(xì)砂層。
3.2工藝流程及施工方法
3.2.1工藝流程
工藝流程為:開(kāi)挖基坑→修整邊坡→錨桿制作→鉆土釘孔→安裝錨桿→注水泥漿→編鋼筋網(wǎng)→噴射混凝土。
3.2.2主要技術(shù)參數(shù)
1)土釘孔徑100mm,孔內(nèi)注漿體強(qiáng)度等級(jí)M15;2)鉆孔深度(自上而下分兩排):第一排:7m;第二排:8m;3)鉆孔間距:水平間距1.2m,豎向間距1.5m;4)土釘錨桿:HRB335級(jí)熱軋帶肋鋼筋?20;5)土釘布置形式:三角形;6)網(wǎng)片鋼筋:CRB550?5,間距200mm;7)噴射混凝土強(qiáng)度等級(jí):C20;8)噴射混凝土厚度:80mm~100mm;9)坡頂混凝土:外延1.0m,作好護(hù)坡頂排水。
3.2.3施工方法
1)材料:礦渣硅的酸鹽32.5級(jí)水泥,5mm碎石,中砂,CRB550級(jí)?5冷軋帶肋鋼筋。2)施工:a.挖土應(yīng)按土釘垂直間距挖土并修坡面。機(jī)械挖土?xí)r應(yīng)預(yù)留0.1m,之后人工修整,根據(jù)邊坡土質(zhì)情況,可采取全面或分段挖土支護(hù)。b.土釘定位成孔:按設(shè)計(jì)孔深,人工或機(jī)械成孔。c.注漿:按配比制漿,注漿采用底部注漿法,注漿管應(yīng)插入距孔底250mm~500mm處,隨漿液的注入緩慢勻速拔出,為保證注漿飽滿(mǎn),孔口宜設(shè)止?jié){塞或止?jié){袋。d.鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片:網(wǎng)片筋應(yīng)順直,按設(shè)計(jì)間距綁扎牢固。在每步工作面上的網(wǎng)片筋應(yīng)預(yù)留與下一步工作面網(wǎng)筋搭接長(zhǎng)度。鋼筋網(wǎng)應(yīng)與土釘連接牢固。埋設(shè)控制噴層混凝土厚度的標(biāo)志。e.噴射混凝土:按配合比要求拌制混凝土干料。為使回彈率減少到最低限度,噴頭與受?chē)娒鎽?yīng)保持垂直,噴頭與作業(yè)面間距宜為0.6m~1.0m。噴射順序應(yīng)自下而上,噴射時(shí)應(yīng)控制用水量,使噴射面層無(wú)干斑或移流現(xiàn)象。噴射混凝土終凝2h后,應(yīng)噴水養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)時(shí)間根據(jù)氣溫確定,宜為3d~7d。以此類(lèi)推,下一步工作面重復(fù)1~6工序循環(huán),直至支護(hù)到基坑底標(biāo)高。注:基礎(chǔ)施工前應(yīng)設(shè)置坡頂和坡腳排水設(shè)施。
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