土钉墙与预应力锚杆支护技术在建筑工程深基坑边坡支护中的应用

发表时间:2016/1/14   来源:《工程建设标准化》2015年9月供稿   作者:郝志国
[导读] 中铁十六局集团第四工程有限公司,北京,怀柔 怀柔区庙城镇棚户区改造项目位于北京市怀柔区庙城镇。本项目深基坑开挖支护涉及6#、7#、9#楼及地下车库。

郝志国
  (中铁十六局集团第四工程有限公司,北京,怀柔,101400)
  【摘  要】本文主要对土钉墙与预应力锚杆联合支护技术在建筑工程深基坑边坡支护的应用;并对土质参数、基坑挖深、周边环境和土钉墙、预应力锚杆进行分析;在施工环节采取的有效措施及施工过程中检测和监测工作;使得土钉墙加预应力锚杆联合支护技术在工程中得以较好应用。
  【关键词】土钉墙;预应力锚杆;支护技术;深基坑;建筑工程;
  一、工程概况
  怀柔区庙城镇棚户区改造项目位于北京市怀柔区庙城镇。本项目深基坑开挖支护涉及6#、7#、9#楼及地下车库。基底标高为-9.1m,基坑底绝对标高为31.85m,基坑开挖深度8.35m。土质情况:①层为近期人工堆积层;②层砂质粉土;③层细中砂;④层卵石;⑤层粉质粘土、重粉质粘土;⑥层卵石。
  二、基坑支护方案确定
  本工程9#楼基坑北侧有锅炉房,距9#楼基础边线最近处约3.9m。由地勘提供的土质参数及基坑开挖深度可知,基坑边坡的土质主要为砂质粉土和砂卵石,抗剪强度低, 边坡整体稳定性差,场地条件决定基坑开挖放坡系数小;②基坑,所以必须采取有效手段对基坑边坡进行加固,以保证土方和基础施工的顺利进行,维护周围建筑物和环境的安全。通过边坡受力、变形和稳定性的验算,多方案比选,最终确定本工程基坑支护采用土钉墙+预应力锚杆的支护方式。此方案发挥了预应力锚杆抗拔力强、边坡变形位移小的优势,在保证工程安全性及技术可靠性的同时,节约了工程成本。
  三、土钉墙、预应力锚杆联合支护设计
  通过分析和计算,最终确定出的土钉墙设计参数、土钉的设计参数以及预应力锚杆设计参数见表1、表2和表3。土钉墙加预应力锚杆联合支护参数为:土钉水平间距在1~3m间,垂直间距均为1.5m。钢绞线强度等级为1860N/mm2。基坑支护剖面见图1:

  图1 基坑支护剖面图
  表1 土钉墙设计参数

  根据整体稳定、土钉整体抗拔、外部稳定抗滑安全系数计算公式,将本工程地质钻探揭式的土质参数、基坑挖深、附加荷载、土钉和锚杆参数代入进行计算,结果:①整体稳定安全系数:Kpmin=1.86;②土钉整体抗拔力安全系数:KF=2.98;③外部稳定抗滑安全系数:Kh=15.866。由计算结果可知,采用土钉墙+预应力锚杆支护基坑整体稳定性、抗滑移安全均满足要求。
  四、联合支护施工工艺
  1.施工工艺选择
  (1)锚杆施工,本工程锚杆主要位于④层卵石中,锚杆长度为10~12.0m,根据土层特点,宜采用进口锚杆机HD90或KLEMM803进行成孔,成孔时跟进套管成孔,全长注浆锚杆。
  (2)土钉施工,土钉成孔机具采用洛阳铲,若在填土层及卵石层中施工困难,可采用φ50mm钢花管砸入代替土钉。
  2.土钉墙施工主要流程
  土方开挖?修边坡?土钉成孔?土钉制作及安放?注浆?绑扎钢筋网?土钉同加强筋焊接?加垫块?设喷射砼厚度控制标志?喷射砼?养护。
  3.预应力锚杆工艺流程
  进口锚杆机施工工艺流程:钻机就位?校正位置及角度?冲水成孔下钢管套?钻至设计深度?插送锚杆杆体?灌注水泥浆?拔钢管套?做腰梁?装锚具?张拉?锁定。
  锚杆机成孔及锚杆杆体加工与安装见图1

  图1锚杆机成孔
  五、土钉墙与预应力锚杆联合支护要点分析
  1.土钉墙施工要点
  (1)土钉成孔,土钉成孔机具采用洛阳铲,成孔直径130mm,倾角为10-15°。(2)土钉墙钢筋网施工,钢筋网与坡面间隙宜大于20mm,钢筋网应与土钉和加强筋连接牢固。钢筋为φ6.5@200×200,网片之间采用绑扎搭接,搭接长度不小于200mm。(3)喷射混凝土,喷射砼应分段分片依次进行,同一分段内喷射顺序应自下而上,一次喷射厚度为30mm~50mm。(4)排水措施,为防止土钉墙内有局部渗水,坡顶向外反500mm做为散水面,倾角向坡外,防止地表水流向基坑。在含水层埋设花管(Φ25塑料管),便于土钉墙有积水时顺利排出。排水管做法见图1:  

  图1 排水管做法
  2.锚杆施工要点
  (1)锚杆杆体加工与安装,根据锚杆设计杆体长度用砂轮锯切断,根据锚杆所用根数每隔2.0m用火烧丝跟隔离架绑扎在一起,隔离架用1寸半的硬塑料管加工而成,钢铰线夹在缝隙里,非锚固段涂上黄油,套上Φ20软塑料管,两端用胶带密封。杆体下放时,把注浆管(6分塑料管)插入隔离架中心孔,注浆管头部距孔底50~100cm,跟钢绞线一同沿钻孔中心线徐徐送入孔内,杆体插入孔内深度不应小于锚杆长度的95%。(2)注浆,本次锚杆注浆分两次进行:第一次注浆压力应控制在1MPa以内,注浆应慢、稳、连续地进行,直到孔内的液体和气泡全部排出孔外,出口处溢出的泥浆与新浆相同后,再延续1min即可停止;第一次注浆完成后2~4小时内进行第二次压力注浆,注浆压力1~3MPa,注满后保持压力5~8min。(3)预应力张拉,锚固体强度达到15MPa以上时(一般灌浆后7天)方可进行锚杆的张拉,锚杆张拉宜按对称跳格张拉法顺序进行,考虑邻近锚杆的相互影响。张拉前先取设计轴向力的0.1倍对锚杆预张拉1~2 次,经调整锚具后,再正式张拉,并按规范对张拉荷载分级。
  六、质量监控要点及注意事项
  1.质检及试验主要项目
  (1)土钉采用抗拉验收检测承载力,同一条件下,试验数量不宜少于土钉总数的1%,且不宜少于3根,土钉验收合格标准为:土钉抗拉极限承载力平均值应不小于设计采用值,最小值大于设计值的0.9倍。(2)锚杆检测应符合下列要求,锚杆抗拔力检测数量应取锚杆总数的5%,且不少于3根;锚杆抗拔力检测应随机抽样,抽样应能代表不同地层土性和不同抗拔力要求;对施工质量有疑义的锚杆应进行抽检;应在锚杆浆体强度达到15MPa或达到设计强度的75%以上时,方可进行锚杆抗拔力试验;锚杆抗拔力试验的最大荷载应取锚杆轴向抗拉承载力设计值。(3)施工过程中及后期土建施工时,要严格控制坡顶荷载。(4)锚杆注浆、张拉为锚杆施工的关键工序,施工要注意控制其质量。(5)锚杆锚固强度达到设计强度等级的70%后方可进行张拉,锚杆张拉至设计荷载的0.9-1.0倍后,再按设计要求锁定。锚杆张拉锁定后才能开挖下步土方。
  2.监控量测项目
  (1)监测内容:支护结构顶部变形监测,基坑顶部水平位移观测,基坑顶部竖向位移观测,邻近建筑物水平位移观测,邻近建筑物竖向位移观测。(2)监测点的布置,在基坑周边布设25个水平、垂直变形观测点,从施工开始到竣工验收全过程观测,共15-20次,确保基坑及周围建筑物安全。
  结束语:
  通过总结,本次基坑坡面和四周建筑物、道路、管网在整个基坑开挖和基础施工过程中,相当安全、稳定,保障了整个工程的顺利进行。采用土钉墙+预应力锚杆技术进行深基坑支护,不失为一种既能保证基坑的安全、稳定;又能缩短施工工期、降低工程造价的基坑支护方式,值得总结和借鉴。
  参考文献: 
  [1]钟志好.关于深基坑支护若干问题探讨[J].中国城市经济,2011(11).
  [2]程良奎,张作嵋,杨志银.岩土加固技术[M].北京:地震出版社,1994.
  [3]程良奎,杨志银.喷射混凝土与土钉墙[M].北京:中国建筑工业出版社,1998.
  作者简介:
  郝志国(1982-),男,内蒙古凉城人,中铁十六局集团第四工程有限公司工程师
  

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