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摘 要:土层锚杆是一种受拉杆件,它的一端与支护结构等连接,另一端锚固在土体中,将支护结构和其他结构所承受的荷载(侧向的土压力、水压力以及水上浮力和风力带来的倾覆力等),通过拉杆传递到处于稳定土层的锚固体上,再由锚固体将传来的荷载分散到周围的土层中去。我公司施工的哈尔滨铁道旅行社工程基础土方防护即采用了此种方式,并在实际施工中取得了很好的效果。
关键词: 深基坑边坡防护 钢轨桩 土层锚杆
中图分类号:U2 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)04(a)-0089-01
1 工程概况
哈尔滨铁道旅行社工程建筑面积47174m2,地上30层,地下三层,建筑物总高度103.80m。本工程主体为整体现浇钢筋混凝土框架剪力墙结构;主楼及裙房的基础结构采用钢筋混凝土箱型加桩复合式基础,桩顶标高为-15.20m。
本工程位于哈尔滨火车站站前广场南侧,正面西邻铁路街,距道路中心21.34m;左侧南邻春远街,距道路中心11.62m;背面东邻龙铁宾馆,相间距离33.09m;右侧北邻沪士大厦,与其相连接。工程占地面积2240m2。
2 基坑支护方案的选择
由于场地狭小,基坑深,按正常放坡进行土方开挖及基础施工根本无法保证施工过程的安全。鉴于此,考虑采用钢轨桩加锚杆、在钢轨桩之间设厚木板挡土的基坑支护方案。
1)粘土层不需要支护的高度。根据地质钻探给出的地质柱状图,与地下土质种类及其分布情况,并考虑基坑开挖后基坑上口2m以外附加的施工荷载,计算出粘土层不需要支护的高度为4.12m。
2)钢轨桩组合:钢轨护壁桩采用两根钢轨组合,即轨面与轨面相对,轨面两侧间断焊接,构成一个整体钢轨桩。
3)钢轨桩作为支护的有效高度只有8.0m,而基坑的实际开挖深度为15.0m,为此基坑开挖时上部仍然要按规定放坡系数进行,并在挖深7.0m处设一个1.0m宽的平台,以保持基坑上部边坡的稳定。
4)锚杆位置确定:鉴于本工程基坑开挖深度和土压力计算结果,对采用单锚杆和双锚杆两种方案,分别计算得出结果,经过比较选择,决定采用双锚杆方案。双锚杆支护,上锚杆距桩顶1.6m,相当基坑深度8.5m处。两锚杆间距3.9m,下锚杆位于基坑深度的12.5m处。(计算过程略)
5)锚杆设计:通过计算,上、下锚杆各指标见下表,满足要求(如表1）。
3 基坑支护结构施工
由于各方面因素影响,本工程基坑支护方案为边施工边确定,当基坑挖至-9.0m时,开始施工钢轨桩,挖至-13.0m时,决定再打土层锚杆。这样给施工造成很多困难,不得不先打下层锚杆,然后搭设作业平台,把钻机、张拉机架空,再打上层锚杆。
3.1 施工机具选择
打桩机械:基坑已挖到-9.0m标高。大型桩机不便使用,于是施工现场制作一套简易桩架及桩锤,利用1.5t快速卷扬机起吊桩锤,打入钢轨桩。
钻孔机械:根据需要结合工程实际情况,采用QDG-5轻型轨道式螺旋施工钻机。
灌浆机械:水泥浆搅拌,利用水泥搅拌罐;注浆泵采用ZDN-6/3灰浆泵;注浆管及注浆嘴为自制,注浆管采用Ф25软塑料管,输送管采用Ф40高压橡胶管。
预应力张拉机械:采用YZ-85三作用张拉机,配备50型油泵,锚具采用QM-15系列锚环。
腰梁:采用双钢轨;楔形垫板,采用道岔钢轨垫板,楔形铁垫。
3.2 钢轨桩打入
基坑开挖时值深冬季节,土方开挖至-9.0m,基坑土壤已冻结,只好先钻孔,再打钢轨桩,其施工要点:
利用汽车钻孔,沿着基坑四周按着间距1.0m的桩位先钻Ф300的圆孔,穿透冻土层。
将组合钢轨桩插入土孔中,扶正、立直,并用松土填塞密实。
利用桩锤将钢轨桩逐根打入要求深度,施工时确保钢轨桩垂直,并在同一竖直面内。
钢轨桩背后与坑壁之间的空隙,小者用木板,大者用枕木挡护,并用土填实,防止继续滑坡。
3.3 土层钻孔
进行土方的开挖,使锚杆施工作业面低于锚杆标高50-60cm(具体高度因钻机型号不同而有所变化)。
钻孔时,对于内摩擦较大的粗糙土壤,钻杆的转速要小些;对于内摩擦较小的软塑性土壤,钻杆的转速要快些,确保土屑有效的排出;冻结的土壤较为坚硬,钻头的角度减小至60°左右,并在钻头切削刃上焊硬质合金,以提高钻头的定位性和耐磨性能,使钻头能够以较快的速度通过冻土层。
3.4 拉杆的施工
土层锚杆的拉杆采用Ф5碳素钢丝束方案。上锚杆采用16根钢丝,下锚杆采用24根钢丝。钢丝束利用间距为1.0m的撑筋环撑开,形成钢丝笼,其偏差控制在50mm以内。撑筋环中间再用绑线绑扎,使钢丝成折线型,以提高其锚固能力。撑筋环利用1.0mm钢板制作,周围孔眼分布均匀,中间预留注浆管孔。
3.5 压力注浆
注浆采用普硅425水泥,水灰比0.4,水泥加水后经搅拌制成水泥浆。
为了保持水泥浆拌合均匀没有结块,在搅拌时采取先开机,再注水缓慢地投入水泥,搅拌时间不得少于2min,保证搅拌均匀。
搅拌机投料口设置5×5mm的筛网,防止水泥结块及其他杂物进入搅拌罐,混入水泥浆中,影响水泥浆质量。
水泥浆注满流出孔道时,用水泥袋纸将孔口堵塞,用湿粘土分层捣实。堵塞深度不小于1.0m,保持恒压5min,停止注浆。
3.6 预应力张拉
当孔道内水泥浆强度达到80%时,对拉杆进行张拉作业。
由于锚杆与护壁桩有一定的角度,一般在15°～30°之间,在横梁上需设楔形垫板。千斤顶张拉力作用线与孔道中心线重合。安装锚具,把张力的控制应力定为设计拔力的75%,换算成油压力以便控制。
采用循环张拉法,即每拉锚完一根,向后退两根进行第二次张拉,依次循环,直到同一根横梁上的锚杆全部张拉完。锚杆张拉时应按要求分级加荷,达到设计应力75%时,恒荷载5min记录伸长值,同时将锚具紧固。切断锚具外侧多余的钢丝,完成张拉作业。
4 结语
本工程基坑支护施工历时两个月,共打钢轨桩200根,土层锚杆150根,有效的防止了深基坑的滑坡、坍方事故,为接续施工提供了安全保障。同时,给我提供了一次难得的学习技术、积累实践经验的良好机会,为今后承担高层建筑施工打下了坚实的基础。
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
关键词: 深基坑边坡防护 钢轨桩 土层锚杆
中图分类号:U2 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)04(a)-0089-01
1 工程概况
哈尔滨铁道旅行社工程建筑面积47174m2,地上30层,地下三层,建筑物总高度103.80m。本工程主体为整体现浇钢筋混凝土框架剪力墙结构;主楼及裙房的基础结构采用钢筋混凝土箱型加桩复合式基础,桩顶标高为-15.20m。
本工程位于哈尔滨火车站站前广场南侧,正面西邻铁路街,距道路中心21.34m;左侧南邻春远街,距道路中心11.62m;背面东邻龙铁宾馆,相间距离33.09m;右侧北邻沪士大厦,与其相连接。工程占地面积2240m2。
2 基坑支护方案的选择
由于场地狭小,基坑深,按正常放坡进行土方开挖及基础施工根本无法保证施工过程的安全。鉴于此,考虑采用钢轨桩加锚杆、在钢轨桩之间设厚木板挡土的基坑支护方案。
1)粘土层不需要支护的高度。根据地质钻探给出的地质柱状图,与地下土质种类及其分布情况,并考虑基坑开挖后基坑上口2m以外附加的施工荷载,计算出粘土层不需要支护的高度为4.12m。
2)钢轨桩组合:钢轨护壁桩采用两根钢轨组合,即轨面与轨面相对,轨面两侧间断焊接,构成一个整体钢轨桩。
3)钢轨桩作为支护的有效高度只有8.0m,而基坑的实际开挖深度为15.0m,为此基坑开挖时上部仍然要按规定放坡系数进行,并在挖深7.0m处设一个1.0m宽的平台,以保持基坑上部边坡的稳定。
4)锚杆位置确定:鉴于本工程基坑开挖深度和土压力计算结果,对采用单锚杆和双锚杆两种方案,分别计算得出结果,经过比较选择,决定采用双锚杆方案。双锚杆支护,上锚杆距桩顶1.6m,相当基坑深度8.5m处。两锚杆间距3.9m,下锚杆位于基坑深度的12.5m处。(计算过程略)
5)锚杆设计:通过计算,上、下锚杆各指标见下表,满足要求(如表1）。
3 基坑支护结构施工
由于各方面因素影响,本工程基坑支护方案为边施工边确定,当基坑挖至-9.0m时,开始施工钢轨桩,挖至-13.0m时,决定再打土层锚杆。这样给施工造成很多困难,不得不先打下层锚杆,然后搭设作业平台,把钻机、张拉机架空,再打上层锚杆。
3.1 施工机具选择
打桩机械:基坑已挖到-9.0m标高。大型桩机不便使用,于是施工现场制作一套简易桩架及桩锤,利用1.5t快速卷扬机起吊桩锤,打入钢轨桩。
钻孔机械:根据需要结合工程实际情况,采用QDG-5轻型轨道式螺旋施工钻机。
灌浆机械:水泥浆搅拌,利用水泥搅拌罐;注浆泵采用ZDN-6/3灰浆泵;注浆管及注浆嘴为自制,注浆管采用Ф25软塑料管,输送管采用Ф40高压橡胶管。
预应力张拉机械:采用YZ-85三作用张拉机,配备50型油泵,锚具采用QM-15系列锚环。
腰梁:采用双钢轨;楔形垫板,采用道岔钢轨垫板,楔形铁垫。
3.2 钢轨桩打入
基坑开挖时值深冬季节,土方开挖至-9.0m,基坑土壤已冻结,只好先钻孔,再打钢轨桩,其施工要点:
利用汽车钻孔,沿着基坑四周按着间距1.0m的桩位先钻Ф300的圆孔,穿透冻土层。
将组合钢轨桩插入土孔中,扶正、立直,并用松土填塞密实。
利用桩锤将钢轨桩逐根打入要求深度,施工时确保钢轨桩垂直,并在同一竖直面内。
钢轨桩背后与坑壁之间的空隙,小者用木板,大者用枕木挡护,并用土填实,防止继续滑坡。
3.3 土层钻孔
进行土方的开挖,使锚杆施工作业面低于锚杆标高50-60cm(具体高度因钻机型号不同而有所变化)。
钻孔时,对于内摩擦较大的粗糙土壤,钻杆的转速要小些;对于内摩擦较小的软塑性土壤,钻杆的转速要快些,确保土屑有效的排出;冻结的土壤较为坚硬,钻头的角度减小至60°左右,并在钻头切削刃上焊硬质合金,以提高钻头的定位性和耐磨性能,使钻头能够以较快的速度通过冻土层。
3.4 拉杆的施工
土层锚杆的拉杆采用Ф5碳素钢丝束方案。上锚杆采用16根钢丝,下锚杆采用24根钢丝。钢丝束利用间距为1.0m的撑筋环撑开,形成钢丝笼,其偏差控制在50mm以内。撑筋环中间再用绑线绑扎,使钢丝成折线型,以提高其锚固能力。撑筋环利用1.0mm钢板制作,周围孔眼分布均匀,中间预留注浆管孔。
3.5 压力注浆
注浆采用普硅425水泥,水灰比0.4,水泥加水后经搅拌制成水泥浆。
为了保持水泥浆拌合均匀没有结块,在搅拌时采取先开机,再注水缓慢地投入水泥,搅拌时间不得少于2min,保证搅拌均匀。
搅拌机投料口设置5×5mm的筛网,防止水泥结块及其他杂物进入搅拌罐,混入水泥浆中,影响水泥浆质量。
水泥浆注满流出孔道时,用水泥袋纸将孔口堵塞,用湿粘土分层捣实。堵塞深度不小于1.0m,保持恒压5min,停止注浆。
3.6 预应力张拉
当孔道内水泥浆强度达到80%时,对拉杆进行张拉作业。
由于锚杆与护壁桩有一定的角度,一般在15°～30°之间,在横梁上需设楔形垫板。千斤顶张拉力作用线与孔道中心线重合。安装锚具,把张力的控制应力定为设计拔力的75%,换算成油压力以便控制。
采用循环张拉法,即每拉锚完一根,向后退两根进行第二次张拉,依次循环,直到同一根横梁上的锚杆全部张拉完。锚杆张拉时应按要求分级加荷,达到设计应力75%时,恒荷载5min记录伸长值,同时将锚具紧固。切断锚具外侧多余的钢丝,完成张拉作业。
4 结语
本工程基坑支护施工历时两个月,共打钢轨桩200根,土层锚杆150根,有效的防止了深基坑的滑坡、坍方事故,为接续施工提供了安全保障。同时,给我提供了一次难得的学习技术、积累实践经验的良好机会,为今后承担高层建筑施工打下了坚实的基础。
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文