土钉墙在软土地区基坑支护中的应用__墨水学术,论文发表,发表论文

所属栏目：冶金论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:353

副标题#e#摘要：土钉墙在温州软土地区基坑支护中的应用取得了良好的效果，本文结合解放南路旧城改建区内的工程实例，论述了这项技术的要点，并对应用过程中的经验教训作了一个总结。
　　关键词：基坑支护；土钉墙；软土地区
　　土钉支护因其施工灵活方便、无噪声无污染、工期短、造价低等优势，在温州软土地区自1999年9月开始应用以来，得到了迅速推广，光解放南路旧城改建区内25个工程项目的基坑中就有14个采用了土钉支护方案，有9个采用土钉墙与其它支护形式结合（见表二），代替了原来的排桩加内撑的传统做法。从这个发展势头来看，土钉支护是很有生命力的，但由于发展的太快，市场规范化管理跟不上，设计、施工单位素质参差不齐，再加上土钉支护在软土地区应用技术上还有一些不够成熟的地方，个别工程出现了基坑变形过大、局部塌方、周围建筑物破坏等。本文拟以解放南路旧城改建区内的工程为例，对土钉支护在基坑支护中的应用作一个总结，为土钉支护在软土地区的应用提供一点参考。
　　1、工程概况
　　工程场地位于温州市区内，为人民路以南，马鞍池路以北，东西分别邻近飞霞南路与小南路，是旧城改建成片拆除后的新建小区。工程为9－30层的高层商住楼群，共52幢建筑，建筑面积为96.85万平方米，采用框架结构和框剪结构体系，地下室均为一层。
　　场区地下水埋深在1m左右，基坑开挖涉及土层依次为杂填土；粘土；淤泥。力学指标如表一（据部分工程项目岩土工程勘察报告综合整理）：
　　表一
　　土名    厚度（m）    重度Υ（KN/m3）    粘聚力C（Kpa）    内摩擦角Φ（度）    摩阻力标准值qs（KPA）    天然含水量W（%）    渗透系数Kv（CM/S）
　　杂填土    1.2-3.65    17.5-19.1    5-18    6-15    6-18        
　　粘土    0.6-2.9    18.2-19.2    13-21.9    6.5-11    12-50    31.5-33    1.3E-8~1.18E-4
　　淤泥    10-27    15.6-16.25    6-13    4.0-9.8    8-15    69-77    4.79E-8~6.42E-5
　　值得注意的是作为基坑挖土范围内的主要土质――淤泥土性饱和、流塑，高压缩性，高灵敏度，抗剪强度小，对土钉支护较为不利。
　　2、支护方案设计
　　2.1土钉墙设计
　　以锚管代替土钉墙规程中的土钉来作为主要的受力杆件，一方面解决了淤泥中成孔难的问题，另一方面利用锚管壁上开小孔压力注浆可改善淤泥的性能。
　　共有8家设计单位参与了上述23个基坑支护结构的设计，支护设计软件采用有：《理正深基坑支护结构设计软件》、《理正超级土钉支护设计软件》、《天汉深基坑支护设计软件》、《同济启明星深基坑支护设计软件》等。设计时，先根据工程条件、施工要求以及工程经验，初步确定土钉强度及尺寸、布置，再进行稳定性分析：一是将土钉复合土体挡土墙结构同一般挡土墙一样进行抗滑移、抗倾覆、下卧层地基承载力和深层整体稳定验算；二是土钉复合土体本身的稳定性验算，包括施工阶段土钉复合墙体稳定性验算、土钉强度验算和面板强度验算。为解决基坑底部的隆起，保证支护的稳定性，主要采用压木桩和前#p#副标题#e#置花管进行加固。对挖深在5m以内的一般采用压木桩方法，对挖深大于5m的区域，需要将两种手段结合使用。对基坑变形要求严格的部位，必要时需要与排桩结合形成联合支护结构。
　　2.2基坑排水设计
　　为防止地表水大量侵入基坑内，在边坡顶部地面上1.5m范围内浇筑80-100mm厚的C15细石砼向边坡外排水，并在地表设300×300mm排水沟，对开挖过程中出现的地面开裂等情况应及时封闭。支护阶段基坑内积水利用基坑底设置的300×300mm盲沟（用砂石填充），并每隔15m设集水坑用水泵抽排明排水。另外，视支护面上排水量的大小，在支护面上设置适量的泄水管，当喷射砼面有渗水时，速打泄水管，泄水管长1-2m，将支护壁附近的地下水排出，以减少对支护的压力。
　　2.3挖土方案设计
　　施工经验告诉我们，挖土方案对土钉支护的质量影响很大，支护出问题大部分与挖土有关，因此挖土方案必须和支护方案结合起来做。在方案中应明确土方开挖顺序、退土方向、车辆出入部位、运输通道布置，对超出设计允许荷载部位应采取加固措施。要精心安排施工流程，注意绝对不能超长超深开挖，也绝不能不到强度提前往下开挖。
　　3、基坑支护施工
　　3.1施工工艺流程
　　制锚管→分层开挖基坑边槽→修整边坡→打锚杆→初喷混凝土面→编钢筋网片→复喷混凝土面→养护→锚杆注浆→养护→设置坡顶、坡面、坡脚排水
　　3.2施工工艺及技术措施要点
　　3.2.1开挖分层厚度控制根据土质情况，控制开挖分层厚度，根据地质报告所提供的土层力学性能可计算得到上限的临界高度Ho。
　　Ho=2C/rtan(45+Φ/2)应保证开挖高度H＜Ho
　　在淤泥层中满足不了锚管施工所要求的高度时，现场施工时工作面开挖出来后立即压木桩，并分段开挖，每段长度为6m左右，通过利用土体的时空效应以及木桩的瞬时性来达到开挖出来的工作面满足锚管施工的要求，并及时进行喷锚施工，使坡面暴露时间不超过24小时。
　　3.2.2注浆注浆压力0.3-0.7Mpa，如果锚管附近有管线时应注意防止注浆压力过大破坏管线。注浆量视土层情况而定，实际锚管注浆水泥用量为15-45kg/m不等，杂填土、旧房基础下注浆量较大，淤泥及粘土中注浆量略低。
　　3.2.3坡脚处理对抗深大于5m的坡脚应加固，工程中分别采用过Φ48锚管、Φ100木桩，效果不错。挖土后，立即打锚管作护壁，注浆时渗入早强剂，坑底边挖边填块石，及时施工承台模和垫层，稳定坑底、坡脚。
　　3.2.4应急方案基坑支护是风险性较大的工程，特别是软土地区，施工过程中可能会遇到各种意外情况，需要针对可能出现的意外作好应急准备：
　　（一）若土层因流砂或渗水严重引起局部坍塌，首先查明原因，消除产生坍塌因素，同时进行修补加固，一般可在塌方处口部打垂直锚管并焊接横向网筋，将边坡积土石块填实，再及时喷射快凝混凝土面层，重新打入部分水平锚管。
　　（二）若边坡局部涌水，应迅速用止水材料缩小范围，埋管引流，注浆封堵。
　　（三）若坑底局部管涌、突涌，应立即用粘土或水泥封压，迅速制止突涌的发展。
　　（四）场地内保证有一台挖土机可以随时调用，如开挖后，局部坑壁位移呈增大趋势且不收敛时，立即用挖土机挖土向坡脚反压，直到位移稳定，再采取加固措施（如加长加密锚管或加大注浆量等），而后继续开挖，并严密观察。若无法用挖土机挖土回填反压时，则用砂袋回填反压（平时准备好300-500个编织袋，其中100个预先装好砂）或打竖向锚管。
　　3.2.5特殊情况处理
　　（一）    遇到障碍物的坑壁施工：
　　1、    先用挖土机把边缘土挖空，把障碍物暴露出来；
　　2、    遇到大的石头、钢筋砼板或钢筋砼设备基础破碎后用挖土机挖掉；
　　3、   &n#p#副标题#e#bsp;坑壁水平锚管长度达不到设计要求时，边上采用加密缩短锚管，总长度不变。若遇到短锚管打不进去时，采用潜孔钻（麻花钻）钻成孔后，再放入锚管加大压力注浆。
　　（二）    基坑边遇到泥浆池的处理：
　　1、    先将泥浆清除外运干净；
　　2、    用好的粘土分层压实进行换土；
　　3、    坑壁堆宽1.5m泥包或石头砌堪；
　　4、    坑壁打入6mΦ100@500木桩。
　　4、基坑支护施工环境监测和检测
　　当前基坑支护结构设计处于半理论半经验状态，土压力计算大多采用经典的侧向土压力公式，与现场的实侧值有一定的差异，还没有成熟的方法来计算基坑周围土体的变形情况，因此，必须对基坑开挖实行动态监测，达到信息化施工的目地。一方面可将监测数据与设计时采用值进行比较，必要时对设计方案或施工过程和方法进行修正；另一方面可及时采取补救措施，消除事故隐患。监测内容应包括
　　（1）    邻近市政管线、城市道路垂直水平位移观测
　　（2）    周围建筑物垂直水平位移观测
　　（3）    地下水位观测
　　（4）    基坑深层土体水平位移观测
　　监测方案中还需明确监测范围、观测精度、观测频度和临界状态报警值等。事实证明，在支护施工过程中，监测数据提供的及时可靠，可以起到了指导安全施工的作用。另外，为检验施工质量，验核设计时的计算模型，还应及时在有代表性的典型部位进行锚杆抗拔试验。
　　5、应用情况小结和体会
　　温州市解放南路改建区内土钉支护的应用情况见表二，通过上述工程中土钉支护的应用总结几点：
　　（1）在软土地区中采用喷射混凝土加锚管的土钉支护结构，工程应用实践证明是可行的，基坑的变形也是可以控制在安全范围内的。因其为边开挖边施工，对施工操作及其与挖土工作的配合要求较高，稍有不慎极易导致变形量偏大，因此在较深基坑（大于5米）或周边环境对变形要求严格时要谨慎使用。如何采取合理的技术措施来扩大土钉支护的适用范围，进一步提高其安全性、可靠性，有待于广大技术人员继续探索和总结。
　　（2）搞清楚周边环境对支护的影响是设计和施工的前提，在这里有比较深刻的教训：24号工程出现基坑大面积塌陷的原因之一就是因为没有掌握基坑边缘位于老河道岸这一情况造成的，8号工程因施工第一层锚管打破煤气管险些酿成大祸。
　　表二
　　工程编号    开挖深度    基坑边长m    支护形式    锚管层数    锚管长度m    原位监测位移最大值mm    原位监测位移速率最大值mm    备注
　　1    4.05-5.85    260    土钉墙＋局部钻孔桩    3-5    10-17    123.8    22.6    
　　2    3.6-4.5    150    土钉墙＋局部槽钢桩    3-4    9-12            槽钢桩为变形增大后加固
　　3    4.15-7.15    800    土钉墙＋局部钻孔桩＋水泥搅拌桩    4-6    #p#副标题#e#9-16            基坑尚未完工
　　4    4.25-6.3    254    土钉墙    4-6    6-15    60    12    
　　5    5.6-6.7    310    土钉墙＋局部水泥搅拌桩    3-6    8-12    186.4    15.4    
　　6    4.8-5.7    206    土钉墙    4    9-15    134    2.89    
　　7    5.5-6.8    150    土钉墙＋局部水泥搅拌桩    5-6    9-14    53.1    5.8    
　　8    4-4.8    410    土钉墙    3-4    6-10    68.9    5.95    
　　9    4.9-5.7    190    土钉墙＋局部槽钢桩    4-5    9-15    75    20    
　　10    4.1-5.7    260    土钉墙    3-4    9-15    52.9    3.32    
　　11    3.9-6.75    398    土钉墙    4-6    8-12    （228）    (19.4)    施工期间有18延米塌陷
　　12    3.6-5.2    350    土钉墙    3-5    6-10    105.09    14.6    
　　13    3.62-5.42    260    土钉墙    3-4    6-15    86    15    
　　14    3.9-6.6    340    土钉墙    3-5    6-12    79    7    
　　15    3.6-5.6    280    土钉墙    3-4    6-12            
　　16    3.7-6.1    120    土钉墙   #p#副标题#e# 3-5    6-12    57.6    15    
　　17    3.7-6.1    120    土钉墙＋局部槽钢桩    3-5    6-12    154.2    29.1    槽钢桩为变形增大后加固
　　18    3.75-6.75    210    土钉墙＋局部槽钢桩    3-6    6-18    106.3    10.2    
　　19    3.7-5.65    127    土钉墙    3-5    6-12            
　　20    3.7-5.65    127    土钉墙    3-5    6-12            
　　21    4.9-6.6    220    土钉墙    3-5    9-15    65.2    6.9    
　　22    3.2-5.3    144    土钉墙    3-5    9-15            
　　23    4.5-7.1    320    土钉墙＋局部槽钢桩    3-4    6-12            施工期间有40延米塌陷
　　注1：有的工程未对土体深层位移进行监测；
　　注2：出现基坑塌陷的工程因该处监测点破坏，因此本表中的最大位移数据并非实际“最大”位移值。
　　（3）加强监测，动态设计，信息施工是软土地区土钉支护成功的重要保证。没有监测的支护施工是盲目的，但由于目前对监测单位
　　、监测内容及方法没有实行规范化的管理，存在着盲目减少监测项目、监测不及时甚至敷衍了事的情况，导致了一些本来可以避免的事故。如11号工程因附近地下自来水管加压渗漏，地下水位突然升高而发生塌陷，如果对地下水位进行监测，后果可能不一样。
　　（4）严格加强施工管理，确保土钉支护的工艺质量到位。我们在调查中发现，产生基坑最大变形的部位施工时不同程度存在土钉支护施工或挖土施工违反软土地区土钉施工操作规定，这些工程出的问题实际上不是技术问题，而是管理问题。
　　（5）建议管理部门进一步加强对施工队伍的资质管理，规范土钉支护市场。当前土钉支护市场竞争激烈，有的施工单位匆匆上马，为了接业务拼命压价，而有的建设单位和总包单位安全意识不强，在选择土钉支护施工队伍时首先考虑的是价格，造成了安全隐患。只有从根本上消除这种现象，才能使土钉支护在软土地区的应用得到持续的健康发展。
　　参考文献
　　1、GJ120-1999建筑基坑支护技术规程
　　2、GB50202-2002建筑地基基础工程施工质量验收规范
　　3、GB50086-2001锚杆喷射混凝土支护技术规范
　　4、龚晓南地基处理新技术陕西科学技术出版社