土钉墙在深基坑边坡支护中的设计与应用.docx

1、土钉墙在深基坑边坡支护中的设计与应用 摘 要：随着城市建设的快速发展 , 土地的紧缺日益显现出来 , 尤其在建筑集中地段 , 可以说是寸土寸金 ,这就要求建筑向高处和地下发展 , 在安全、经济和工期的要求下 , 各种基坑支护形式集中的体现出来。根据工程实际情况 ,通过合理选择边坡支护形式 , 并密切监视施工动态 ,及时解决施工中出现的问题 , 最后达到了预期的施工效果。 关键词： 土钉墙 边坡支护深基坑 中图分类号： TV551 文献标识码： A文章编号： 1 工程概况 某写字楼基坑南北走向 , 基坑埋深约 10. 8 m, 紧靠 基坑西北侧有一栋既有 13 号住宅楼 , 其基础埋深约 6.

2、7m, 靠近东侧基坑边建有一排 3层的临时活动办公用房 , 并计划在基坑边坡东侧紧靠基坑边立一重约 1 000 kN 的塔吊。在拟建基坑东侧的台湾街路面下为一长年流水的污水河。场地平面形式见图 1。 图 1场地平面形式 2 基坑支护设计 2. 1 工程地质及水文地质情况 根据岩土工程勘察报告表明 , 各层土自上而下分布情况如下所述。 ( 1)人工填土素填土 : 层厚 0. 60 2. 70 m。褐黄色 , 湿 , 稍密 , 以砂质粉土为主 , 含有少量灰渣、砖渣等建筑垃圾。 ( 2)新近沉积层砂质粉土 : 顶板相对高程为 38. 84 40. 50 m。褐黄色 , 湿 , 可塑。粉质黏土、粘质

3、粉土 : 顶板相对高程为 37. 94 39. 15m。湿 , 硬塑 ( 3)第四纪沉积层粘质粉土、粉质黏土 : 顶板相对高程为 37. 01 38. 00m, 湿 , 可塑。有压缩性。细砂、粉砂 : 顶板相对高程为 31. 40 33. 67m,湿 , 密实 , 褐黄色。粉质黏土、粘质粉土 : 顶板相对高程为 28. 92m 30. 21m, 湿 , 可塑 , 中压缩性。 ( 4)以下地层为卵石层土。 拟建场地地下水位埋深较深 , 近 3 5 年最高地下水位相对埋深大于 15 m 考虑。受大气降水和周围环水补给 , 该区历年最高水位接近地表。 2. 2 设计原则 ( 1)技术安全可靠性 :

4、必须确保基坑边坡加固后不产生过大的位移、坍塌 , 西侧楼房不会因基坑开挖出现基础底土体滑移 , 使楼房基础不稳并产生开裂或倾斜 ; ( 2)施工工期 : 业主希望工程项目早日完工 , 早日投入使用 , 所以要求工程设计与施工工期应 控制在 15 d 之内 ; ( 3)工程投资 : 在确保安全的基础上尽量节省投资 ; ( 4)环境保护 : 工程处于闹市区 ,确保施工过程中不扰民、不污染环境。 2. 3 方案选择和设计 因为本工程属于临时性的支护措施 , 等基础土体回填完后 , 也相对的失去了作用。如果采用护坡桩加锚杆对其支护 , 基坑应该比较稳固 , 安全系数也很高 , 但相对投资比较大、工期很

5、长。本基坑虽然开挖深度为 10. 8 m, 属于深基坑 , 但现场的地下水位埋藏比较深 , 地层土质密实性和均匀性都比较好 , 为基坑支护减少了不 少的难度。可以考虑比较经济快捷的土钉墙支护。土钉墙可以一边开挖基坑一边喷锚支护 , 等基坑土方开挖完毕后 , 基坑也支护完成 ,这样工期可大大提前 , 投资也相对桩锚支护节约 30% 40%。但考虑到本工程局部的特殊性 , 可以分段采取以下支护措施。 ( 1)在一般边坡地段 , 因场地相对比较宽松 , 可采用 1： 0. 25 的边坡坡率 , 然后施工普通土钉墙进行坡面支护 , 土钉为注浆土钉 , 孔径 100mm, 与水平面间的夹角为 10 主筋

6、为 级螺纹钢 , 第一、二排为 18, 第三、四、五、六、七排为 20, 土钉上 每隔 23 m 焊一支架 , 使钢筋居中 , 尾部设置弯钩与面层连接。土钉水平间距 1. 5m, 垂直间距 1. 5 m, 呈梅花形布置 , 共 7排 , 第一排长 7. 8 m, 第二排长 8. 8 m,第三排长 10m, 第四排长 10 m, 第五排长 8. 8 m, 第六排长 7. 5m, 第七排长 7. 0m, (土钉设计长度不包括20 cm 弯钩长度 )。土钉采用常压多次灌筑水泥浆 , 水泥为 P. 032. 5 水泥 , 水灰比 0. 45 0. 5。地面设置 5m 长拉锚。一般部位土钉支护剖面见图

7、2。 图 2 一般部位土钉支护 剖面 ( 2)在西北侧既有 13 号住宅楼地段 , 13 号楼基础底和基坑底存在一定的高差 , 并且 13 号楼基础没有进行地基处理措施 , 所以此段的支护结构要慎重 ,确保 13号楼基础稳固。此段基坑边坡可采用加深、加密土钉墙支护 , 边坡坡率再适当放缓到 1： 0. 3。土钉水平间距 1. 3m, 垂直间距 1. 3m, 呈梅花形布置 , 共 8排 , 第一排长 8. 0 m, 第二排长 8. 3m, 第三排长 8. 5 m, 第四排长 8. 8 m, 第五排长 12 m, 第六排长 9. 8m, 第七排长 8. 8m, 第八排长 7. 8 m。第一、二、三

8、、四排土钉实际长度要以施工至既有楼房的外墙面为准。距楼处土钉支护剖面见图 3。本部分的支护范围要求超出既有建筑边缘 2 3 排土钉 ,超出部分土钉长度自上而下依次调整为 9. 8 m,9. 8 m, 11. 8 m, 12. 8 m, 10. 8 m, 9. 8 m, 9. 8 m, 以增加边坡的稳定性 , 地面设置 7m 长拉锚。 图 3 距楼处土钉支护剖面 ( 3)在东侧基坑边立塔吊地段 , 塔吊最大附加荷载约为 1 000 kN。由于土钉墙的作用机理是土钉和土共同作用 , 在基坑边坡土体 产生一定位移的情况下 , 土钉的受力才充分的体现了出来 , 单纯的用土钉墙边坡支护方式 , 将会使此

9、段基坑边坡产生很大的位移 , 使塔吊底座倾斜 , 出现不稳情况 , 必须将塔吊底座下面地基基础加固 , 并且要限制其侧向位移。 因此可以采取以下措施 : 在塔吊底座下面设计 5根 12. 3 m 长的钢筋混凝土灌注桩 , 使其承担塔吊增加的附加荷载 ; 1）在基坑坡面采用一般地段土钉墙方案支护基坑边坡土体 ; 2）在塔吊底座两侧设计 2 根 20m 长的预应力锚杆 , 单锚材料 2根 7 5钢绞线 ( 1860级 ), 锚固段长度 13m, 锚固 力 200 kN, 并用 2根 25B 槽钢同塔吊底座固定在一起 , 限制塔吊底座的侧向位移 , 如图 4所示。 图 4限制塔吊底座侧向位移设计方案

10、 ( 4)土钉墙面层设计 : 坡面挂钢筋网 , 6. 5250 250mm, 用火烧丝绑扎 , 钢筋接头搭接不小于 200mm, 网片与坡面距离大于 20mm。网片处配横竖向与土钉间距相等的 14 加强筋 , 加强筋和土钉端头采用直角弯钩焊接 ; 1） 面层喷射不小于 80 mm 厚的 C20 细石混凝土 , 配合比 1： 2： 2(水泥：砂：石 ) ;2）坡顶设高出地面 6 cm、宽 1 m 反向翻边 ; 3）混凝土面层酌情设置泄水孔和排水孔。 3 基坑施工监测 3. 1 基坑边坡位移监测 基坑南北侧各设置 3 个观测点 , 东西侧各设置 7个观测点 , 使观测点位于方向线上。采用小角度方向

11、线法观测基坑边坡的水平位移 , 测得观测点偏离方向线的夹角 a 数值后 , 用下式求出偏离值 e, 即 式中 : a 观测点与方向线的夹角 , 以 ( ) 表示 ; p 将 a 角换算成弧度的系数 s 测站至测点之间的距离 , mm。 观测频率 : 支护结构施工阶段 , 每天监测 2次 ;基坑开挖完成后、在支护结构稳定的前提下 , 每周监测 1次 ; 地下施工完成时 , 每层监测 1次。监测工作持续到基坑回填、支护结构退出工作为止。全部监测过程中 , 每当雨后均增加观测 1次。 3. 2 基坑西侧既有 13 号住宅楼变形监测 分别在 13 号楼两侧两个互相垂直的方向进行 , 观测距离应 建筑物

12、高度。观测之前 , 首先对 13号楼外墙角进行初始观测 , 记录外墙角的倾斜现状 , 作为依据 , 与以后每次观测结果进行比较对照 , 如果每次观测均与初始观测值吻合 , 说明 13 号楼未发生倾斜 , 如 不吻合 , 说明已出现倾斜。每次观测与初始观测之差 , 即是倾斜度 , 根据倾斜度 , 计算倾斜值 I= a/H。 监测频率 : 每 7天观测一次 , 雨后增加一次。 3. 3 基坑周边路 (地 )面裂缝变形监测 对基坑地面及路面采取目测巡视方法进行监测。施工现场进行目测巡视是一项重要工作 , 许多造成坡顶沉降或基坑侧向位移等不利于支护结构稳定的因素 , 如施工质量、坡顶超载、管道渗漏等

13、, 都可以在日常巡视中及时发现 , 及时处理解决。此外 , 某些工程事故隐患 , 如基坑四周的地面开裂、支护结构的裂缝、邻 近建筑设施的裂缝等 , 也可以通过目测巡视及时发现 , 及时排除可能出现的事故。目测巡视中若发现地面出现裂缝 , 应立即设置标志进行裂缝变化观测。每条裂缝设置两个标志 :一个设置在裂缝最大开口处 , 另一个设置在裂缝末 端 , 并用两块方正的砖或砌块为一个标志 , 两块砖平行置于裂缝两侧 , 使两块砖的距离等于裂缝宽度 , 使其正确反映地面裂缝的延伸和发展情况 , 每天两次用钢尺测量裂缝宽度。裂缝观测标志应用水泥固定并加以保护。 4 施工中遇到的问题 (1)在开挖到基坑中

14、部的时候 , 基坑东侧由于施 工人员随意泼洒平时生活用水 , 致使大量水渗透到基坑边坡内 , 使边坡土体含水量增大 , 钉土磨阻力变小 , 基坑边坡位移相对比较大 , 出现了一定的险情。后来分析具体原因后采取以下措施 : 严格控制了现场随意泼洒生活用水行为 , 并且在基坑边坡坡面上增设了排水管道 , 让水自由的排出 ; 同时加大坡顶翻边宽度 , 使其和临时住房散水相连 , 减少了坡顶地表水向下渗透的速度 ; 在坡顶每隔 3 m 设一道地面拉锚增加坡顶的稳固性。经过以上处理 ,边坡位移得到了有效的控制。 (2)在施工到最下面一排土钉的时候 , 遇到了粉细砂层 , 土体开挖完后 , 由于当时气温比

15、较高 , 边坡支护施工队伍没有及时的施工 , 致使开挖边坡面的表层沙子中水分蒸发掉 , 继而出现了坡角溜塌、流沙现象 , 使土钉孔难以形成。经过紧急技术磋商 , 决定先暂缓开挖基坑 , 集中力量抢修支护坡面。在开挖完的坡面喷射一层细石混凝土 , 使开挖面不裸露于空气中 , 土中水分不再挥发 , 然后以横竖向间隔 1 m的距离打入 18的土钉加固土体 , 之后再按照原有设计土钉方案施工。经过以上技术处理 , 再没有出现坡脚坍塌现象 , 边坡比较稳固。 (3)在塔吊底座部位 , 主体施工队在预应力 锚杆施工后还没有张拉的情况下就急于把塔吊组装 ,由于塔吊重量的急剧加大 , 致使塔吊底座地面出现一定

16、轻微的裂缝 , 基坑边坡也出现了一定的位移。幸亏发现及时 , 后来紧急叫停了塔吊组装施工 , 连夜将锚杆张拉 , 张拉过程中密切监视基坑边坡的变化和锚杆的受力状态 , 当张拉锁定到设计值时 , 锚杆情况良好 , 后来塔吊经过垂直度的调整继续组装 , 边组装边用仪器监视基坑位移和塔吊的垂直度 , 等组装完成后 , 一切正常 , 没有出现任何不良迹象 , 达到了预期的处理效果。 5 结束语 本工程实际施工工期为 12 d, 基本是一边开挖土方一边支护边坡 , 各工种交叉施工作业 , 使工期缩小到了最短。土钉墙施工没有产生噪声 , 减少了对周围环境的影响。在诸多不利条件下影响下 , 基坑边坡依然稳固 , 结果表明采用此种支护方案是成功的。通过本次工程的设计、施工、监测表明 , 在基坑边坡支护中合理地采用多种支护方法 , 能节约大量工程投资 , 缩短施工工期 , 取得良好的效益 , 积累宝贵的经验。 注：文章内所有公式及图表请以 PDF 形式查看。