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摘要:本文结合工程实例,对某工程在设计、支护方案的选择、施工过程中的质量控制、沉降及水平位移的监控等方面进行了探讨，并有效的介绍了复合支护技术在控制基坑周边场地变形中的应用,供同行参考。
关键词: 基坑 复合支护 预应力锚索 张拉应力 土钉墙
Abstract: combining with the project examples, a project in design, support scheme selection, the construction process of quality control, settlement and the monitoring of the horizontal displacement are discussed, and the effective introduced composite support technology in controlling the fielda deformation, the application refers for the colleague.
Key words: composite foundation pit supporting prestressed anchor tension stress the soil nailed wall
中图分类号：TV551.4文献标识码：A 文章编号：
一、工程概况
某工程主体8层,局部10层, ±0.000设计标高相当于黄海高程 16.900,设置一层地下室,地下室垫层底标高为--7.300,基坑开挖净深为 6.8m。场地西侧为6层试验楼和 2层会议室,天然地基浅基础,基础埋深1.5m,上部为砖混结构,对差异沉降非常敏感,建筑物距開挖线约15m。场地南侧为7层办公楼,亦为天然地基浅基础,基础埋深 1.5m,上部为砖混结构,对差异沉降非常敏感,建筑物距开挖线约10～20m。施工过程中控制基坑周边场地的变形,确保邻近建筑物的结构安全,是本工程施工中的关键。
二、场地地质情况
根据工程勘察单位编制的岩土工程勘察报告,本场地原始地貌为丘陵斜坡地带,原始地势较高,场地后经人工整平较平坦,在基坑开挖深度范围内主要土层参数见下表 1:
表 1土层主要参数一览表
本场地内的地下水主要有粉质粘性土③孔隙潜水和强风化岩中的裂隙水,其中孔隙潜水以上游地下水侧向渗流为主要补给来源,水量及水位主要受季节性控制。由于层内粘性土含量较大,自身的透水性、富水性较差均为弱透水层,因此地下水水量不大。
三、支护方案的选择
根据该场地的地质报告、周边管线埋设情况和业主对本工程工期、造价方面的要求,基坑的东面和北侧采用自然放坡;西侧采用土钉和网喷混凝土护坡支护;而对于差异沉降非常敏感,基础紧靠着基坑边的南面,经比较分析后,决定采用土钉墙、注浆微型桩和预应力锚索的复合支护方案。
土钉采用成孔直径为100mm的钢筋土钉,钢筋直径为22mm,水平间距 1200mm;微型桩采用Φ250@600的注浆微型桩,桩长 7.5m;预应力锚索采用 3 ×7Φ5钢绞线;坡面均采用Φ6.5@200×200的钢筋网,并喷射100厚的 C20混凝土。
土钉墙根据施工期间不同开挖深度及基坑底面以下可能滑动面采用圆弧滑动简单条分法进行整体稳定性验算:
其中基坑侧壁重要性系数γ0取1.0,求得整体稳定安全系数最小值 KZmin =1.26。以上整体稳定性技术分析中未考虑微型桩及预应力锚索的正面效应作用,其作用之一是考虑作为整体安全稳定储备,二是作为控制和减少土钉围护结构的整体侧向位移和沉降的保证措施。
该方案有以下几个优点:
1、土钉墙工程造价低,施工简单、施工不需单独占用场地,特别适合有相邻低层建筑,施工场地狭小的基坑围护。
2、有利于根据现场监测的变形数据,及时调整土钉长度和间距,从而避免出现大事故。
3、预应力锚索通过施加预应力,主动约束挡土结构的变位,从而控制土体的移位变形,确保相邻建筑物的结构安全。
基坑的南面和北侧与相邻周边场地关系如图 1所示。
四、支护结构的主要施工方法
南面的复合支护剖面如图 2所示。
a、微型桩和预应力锚索施工质量控制:
1、钻孔:土方开挖至锁口梁底处标高,在预应力锚索设计的位置处,按设计的拉杆方面与倾角进行钻孔,钻孔采用螺旋钻孔干作业法,钻孔时力求准确,为确保锚孔深度,钻孔深度大于设计深度0.2m以上。
2、锚杆安设:孔内装入已制作好的拉杆,并保证装到孔底。拉杆采用 3 ×7Φ5钢绞线,将注浆套管与锚索细铁丝绑扎固定,拉杆在孔口预留 70cm长并作临时固定。
图 1基坑支护结构施工和监测平面图
图 2南面支护剖面图
3、微型桩同样采用螺旋压水钻进成孔法施工,钻孔过程中钻进、出渣、固壁、清孔等工序一次完成,孔成后立即下钢筋笼,注浆施工。
4、注浆:锚杆采用注浆泵配以搅拌机进行注浆,注浆材料为纯水泥浆,水灰比为 0.5,水泥采用 42.5级普通硅酸盐水泥。先将注浆枪插入注浆套管进行一次常压注浆,24小时后进行二次高压注浆,注浆压力值控制在2.0～3.5MPa之间。
5、锁口梁施工:浇筑砼前,锚头套上Φ75PVC管 L =0.4米,同时将锚具中的螺旋钢筋和锚垫板按设计要求固定在锁口梁的钢筋上,方向与锚孔方向一致,摆放平整,浇筑混凝土。
6、张拉锁定:待锚固体与台座砼强度均达到设计强度的80%以上时,对锚索进行张拉锁定。锚固锚索张拉采用超张拉,超张拉力值为设计拉力值的 1.1～1.2倍。锚索张拉力值分两次张拉作业施加,第一次张拉作业力值为设计张位力值的一半,第二次张拉作业直至超张拉力值。每次张拉宜分为5～6级进行,除第一次张拉需要稳定30分钟外,其余每级持荷稳定时间为 5分钟 ,并分别记录每级荷载对应锚索体的伸长量。
7、锚索锁定后,用手提砂轮机切割余露锚索头,用 C25砼封锚处理,以防止锈蚀。
b、土钉施工要点:
1、作业面开挖、修坡:土方开挖用挖掘机施作,挖掘机应离边坡线 0.4m左右,保证土方开挖过程少扰动边坡壁的原状土。一次开挖深度为土钉设计层高加 0.5m,正面宽度不宜超过 12.0m,开挖后的边坡段,用人工及时修整,尽量保持边坡壁面的粗糙,以提高喷射混凝土的粘接度。
2、初喷混凝土:土体修整后,立即喷射 50mm厚 C20混凝土,使暴露土体及时封闭。
3、土钉施工:包括定位—成孔—置筋—注浆等工序,与锚杆施工过程基本相同。注浆液与锚杆采用相同水灰比的纯水泥浆,同时掺入水泥用量10%的膨胀剂和0.05%的三乙醇胺以增加早期强度。
4、编钢筋网,焊接锚杆头。
5、终喷混凝土:按设计要求喷射到所需厚度。
五、施工中应注意事项
1、地下水是影响土钉结构稳定的主要工程问题。因此在土方开挖过程中采取了相应的措施,坡面设置Φ50PVC泄水管,竖向间距2m,水平间距3m;坑内设置排水沟及集水井随时将地下水排出坑外,保证坑内不积水。
2、孔灌浆、间隔张拉锁定的施工顺序,可降低相邻锚杆对承载力的影响。间隔钻孔灌浆可避免相邻锚杆浆液在尚未终凝时相互挤压,造成充盈系数降低,从而降低锚杆承载力;间隔张拉锁定可避免锚杆张拉后土体应力尚未完全扩散前,相邻锚杆张拉时对该锚杆土体施加外部剪切应力,降低土体对锚杆的握裹力,从而降低锚杆承载力。
3、锚索正式张拉之前,应取 0.1～0.2倍设计张拉力值对锚索进行1～2次预张拉,确保锚固体各部分接触密贴,锚索体顺布平直。
六、基坑监测
基坑开挖前针对现场实际作出系统的开挖监测方案,监测方案包括了监控目的、监测方法、监测点的布置、监测周期和记录制度以及信息反馈系统等。土方开挖及支护结构施工期间,坡顶水平位移及沉降观测按每3天1次;基坑开挖支护后地下室施工期间,坡顶水平位移及沉降观测按14天1次。当变形超过预警指标时,加密观测次数,并立即采取相应的加固措施 (包括加长加密土钉、坑底坡脚堆砂袋反压、设置木桩等)。
从土方开挖到地下室完成的三个月时间内,测得基坑面最大水平位移为 10mm,最大的垂直沉降为 5mm。(见下图 )
七、结束语
使用变形情况:基坑土方开挖后,在整个地下室施工期间,邻近的建筑物未因边坡沉降或位移而发生裂缝和倾斜,达到设计预期效果,保证基坑围护及建筑物的结构安全。
实践表明:本工程基坑采用土钉墙、注浆微型桩和预应力锚索的复合支护型式,是一种安全合理、经济可行的方案。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词: 基坑 复合支护 预应力锚索 张拉应力 土钉墙
Abstract: combining with the project examples, a project in design, support scheme selection, the construction process of quality control, settlement and the monitoring of the horizontal displacement are discussed, and the effective introduced composite support technology in controlling the fielda deformation, the application refers for the colleague.
Key words: composite foundation pit supporting prestressed anchor tension stress the soil nailed wall
中图分类号：TV551.4文献标识码：A 文章编号：
一、工程概况
某工程主体8层,局部10层, ±0.000设计标高相当于黄海高程 16.900,设置一层地下室,地下室垫层底标高为--7.300,基坑开挖净深为 6.8m。场地西侧为6层试验楼和 2层会议室,天然地基浅基础,基础埋深1.5m,上部为砖混结构,对差异沉降非常敏感,建筑物距開挖线约15m。场地南侧为7层办公楼,亦为天然地基浅基础,基础埋深 1.5m,上部为砖混结构,对差异沉降非常敏感,建筑物距开挖线约10～20m。施工过程中控制基坑周边场地的变形,确保邻近建筑物的结构安全,是本工程施工中的关键。
二、场地地质情况
根据工程勘察单位编制的岩土工程勘察报告,本场地原始地貌为丘陵斜坡地带,原始地势较高,场地后经人工整平较平坦,在基坑开挖深度范围内主要土层参数见下表 1:
表 1土层主要参数一览表
本场地内的地下水主要有粉质粘性土③孔隙潜水和强风化岩中的裂隙水,其中孔隙潜水以上游地下水侧向渗流为主要补给来源,水量及水位主要受季节性控制。由于层内粘性土含量较大,自身的透水性、富水性较差均为弱透水层,因此地下水水量不大。
三、支护方案的选择
根据该场地的地质报告、周边管线埋设情况和业主对本工程工期、造价方面的要求,基坑的东面和北侧采用自然放坡;西侧采用土钉和网喷混凝土护坡支护;而对于差异沉降非常敏感,基础紧靠着基坑边的南面,经比较分析后,决定采用土钉墙、注浆微型桩和预应力锚索的复合支护方案。
土钉采用成孔直径为100mm的钢筋土钉,钢筋直径为22mm,水平间距 1200mm;微型桩采用Φ250@600的注浆微型桩,桩长 7.5m;预应力锚索采用 3 ×7Φ5钢绞线;坡面均采用Φ6.5@200×200的钢筋网,并喷射100厚的 C20混凝土。
土钉墙根据施工期间不同开挖深度及基坑底面以下可能滑动面采用圆弧滑动简单条分法进行整体稳定性验算:
其中基坑侧壁重要性系数γ0取1.0,求得整体稳定安全系数最小值 KZmin =1.26。以上整体稳定性技术分析中未考虑微型桩及预应力锚索的正面效应作用,其作用之一是考虑作为整体安全稳定储备,二是作为控制和减少土钉围护结构的整体侧向位移和沉降的保证措施。
该方案有以下几个优点:
1、土钉墙工程造价低,施工简单、施工不需单独占用场地,特别适合有相邻低层建筑,施工场地狭小的基坑围护。
2、有利于根据现场监测的变形数据,及时调整土钉长度和间距,从而避免出现大事故。
3、预应力锚索通过施加预应力,主动约束挡土结构的变位,从而控制土体的移位变形,确保相邻建筑物的结构安全。
基坑的南面和北侧与相邻周边场地关系如图 1所示。
四、支护结构的主要施工方法
南面的复合支护剖面如图 2所示。
a、微型桩和预应力锚索施工质量控制:
1、钻孔:土方开挖至锁口梁底处标高,在预应力锚索设计的位置处,按设计的拉杆方面与倾角进行钻孔,钻孔采用螺旋钻孔干作业法,钻孔时力求准确,为确保锚孔深度,钻孔深度大于设计深度0.2m以上。
2、锚杆安设:孔内装入已制作好的拉杆,并保证装到孔底。拉杆采用 3 ×7Φ5钢绞线,将注浆套管与锚索细铁丝绑扎固定,拉杆在孔口预留 70cm长并作临时固定。
图 1基坑支护结构施工和监测平面图
图 2南面支护剖面图
3、微型桩同样采用螺旋压水钻进成孔法施工,钻孔过程中钻进、出渣、固壁、清孔等工序一次完成,孔成后立即下钢筋笼,注浆施工。
4、注浆:锚杆采用注浆泵配以搅拌机进行注浆,注浆材料为纯水泥浆,水灰比为 0.5,水泥采用 42.5级普通硅酸盐水泥。先将注浆枪插入注浆套管进行一次常压注浆,24小时后进行二次高压注浆,注浆压力值控制在2.0～3.5MPa之间。
5、锁口梁施工:浇筑砼前,锚头套上Φ75PVC管 L =0.4米,同时将锚具中的螺旋钢筋和锚垫板按设计要求固定在锁口梁的钢筋上,方向与锚孔方向一致,摆放平整,浇筑混凝土。
6、张拉锁定:待锚固体与台座砼强度均达到设计强度的80%以上时,对锚索进行张拉锁定。锚固锚索张拉采用超张拉,超张拉力值为设计拉力值的 1.1～1.2倍。锚索张拉力值分两次张拉作业施加,第一次张拉作业力值为设计张位力值的一半,第二次张拉作业直至超张拉力值。每次张拉宜分为5～6级进行,除第一次张拉需要稳定30分钟外,其余每级持荷稳定时间为 5分钟 ,并分别记录每级荷载对应锚索体的伸长量。
7、锚索锁定后,用手提砂轮机切割余露锚索头,用 C25砼封锚处理,以防止锈蚀。
b、土钉施工要点:
1、作业面开挖、修坡:土方开挖用挖掘机施作,挖掘机应离边坡线 0.4m左右,保证土方开挖过程少扰动边坡壁的原状土。一次开挖深度为土钉设计层高加 0.5m,正面宽度不宜超过 12.0m,开挖后的边坡段,用人工及时修整,尽量保持边坡壁面的粗糙,以提高喷射混凝土的粘接度。
2、初喷混凝土:土体修整后,立即喷射 50mm厚 C20混凝土,使暴露土体及时封闭。
3、土钉施工:包括定位—成孔—置筋—注浆等工序,与锚杆施工过程基本相同。注浆液与锚杆采用相同水灰比的纯水泥浆,同时掺入水泥用量10%的膨胀剂和0.05%的三乙醇胺以增加早期强度。
4、编钢筋网,焊接锚杆头。
5、终喷混凝土:按设计要求喷射到所需厚度。
五、施工中应注意事项
1、地下水是影响土钉结构稳定的主要工程问题。因此在土方开挖过程中采取了相应的措施,坡面设置Φ50PVC泄水管,竖向间距2m,水平间距3m;坑内设置排水沟及集水井随时将地下水排出坑外,保证坑内不积水。
2、孔灌浆、间隔张拉锁定的施工顺序,可降低相邻锚杆对承载力的影响。间隔钻孔灌浆可避免相邻锚杆浆液在尚未终凝时相互挤压,造成充盈系数降低,从而降低锚杆承载力;间隔张拉锁定可避免锚杆张拉后土体应力尚未完全扩散前,相邻锚杆张拉时对该锚杆土体施加外部剪切应力,降低土体对锚杆的握裹力,从而降低锚杆承载力。
3、锚索正式张拉之前,应取 0.1～0.2倍设计张拉力值对锚索进行1～2次预张拉,确保锚固体各部分接触密贴,锚索体顺布平直。
六、基坑监测
基坑开挖前针对现场实际作出系统的开挖监测方案,监测方案包括了监控目的、监测方法、监测点的布置、监测周期和记录制度以及信息反馈系统等。土方开挖及支护结构施工期间,坡顶水平位移及沉降观测按每3天1次;基坑开挖支护后地下室施工期间,坡顶水平位移及沉降观测按14天1次。当变形超过预警指标时,加密观测次数,并立即采取相应的加固措施 (包括加长加密土钉、坑底坡脚堆砂袋反压、设置木桩等)。
从土方开挖到地下室完成的三个月时间内,测得基坑面最大水平位移为 10mm,最大的垂直沉降为 5mm。(见下图 )
七、结束语
使用变形情况:基坑土方开挖后,在整个地下室施工期间,邻近的建筑物未因边坡沉降或位移而发生裂缝和倾斜,达到设计预期效果,保证基坑围护及建筑物的结构安全。
实践表明:本工程基坑采用土钉墙、注浆微型桩和预应力锚索的复合支护型式,是一种安全合理、经济可行的方案。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。