深基坑土钉与止水帷幕复合支护技术及土钉与预应力锚索复合支护技术的应用.docx

深基坑土钉与止水帷幕复合支护技术及土钉与预应力锚索复合支护技术的应用何卫（1北京交通大学 土建学院 北京 100044）摘 要：在高地下水位的软弱土层中进行基坑支护时，土钉与止水帷幕复合支护是一种较好的支护型式。而采用土钉喷锚与预应力锚索相结合的支护技术, 特别适合于施工空间狭小的场地。它成功地保证了新建筑物基坑施工的边坡稳定, 同时又保证了紧邻建筑物的安全。关键词：深基坑；土钉支护；水泥土搅拌桩；复合土钉支护；土钉喷锚；预应力锚索中图分类号： 文献标志码：A一、土钉与止水帷幕复合支护技术1. 1 引言复合土钉支护是在土钉支护基础上发展起来的、用于基坑支护或提高边坡稳定性的一种新技术。主要是针对软土、流砂、强膨胀土、厚杂填土、厚砾石层等不良地质提出的，采用超前支护措施来解决土体的自稳性、隔水性以及喷射面层与土体的粘结等问题，以水平向压密注浆和二次压力灌浆解决土体加固及土钉抗拔力问题，以相对较大的插入深度解决坑底的隆起、管涌和渗流等问题，构成由防渗帷幕、超前支护及土钉等构件组成的复合型土钉支护。根据地层以及环境要求不同，复合土钉支护发展了多种型式，主要介绍土钉与止水帷幕复合支护型式的施工技术。1. 2 支护结构的构筑1. 2. 1 土钉与止水帷幕复合支护的构造对基坑有防渗要求时(防止因基坑外地下水位下降过大而引起地面沉降过大)，可以采用土钉与止水帷幕复合支护型式，具体支护型式如图所示。该支护型式通常在基坑内降水，基坑外不降水。其组成部分主要由以下6部分组成：(1)原状土。它是被加固的原生土体，加固后又是复合结构的主要组成部分；(2)土钉筋体。用的最多的是钢筋，变形钢筋和光面钢筋均可，当原状土体不能成孔时，需要采用钢管作为土钉筋体，钢管的几何参数一般为西48×35mm；(3) 砂浆柱。指土钉筋体置人后向钻孔内注浆，浆液凝结硬化后握裹钉体的柱状体；(4)喷射混凝土面层；(5)止水帷幕。一般用深层搅拌法或高压喷射注浆法形成的水泥土止水帷幕，主要起超前支护土体的作用；(6)排水系统。主要包括基坑坑底排水、支护内部排水以及地表排水3部分。1. 2. 2 止水帷幕的施作及作用原理在工程实践中，止水帷幕的常用的做法为：(1)深层搅拌法水泥土止水帷幕。利用深层搅拌机将水泥与被加固的土体均匀搅拌，通过水泥和软土之间的物理化学反应，使软土硬凝成具有一定强度和耐久性的水泥加固土。视土层条件可采用一排、两排或数排水泥搅拌桩相互叠合形成。相邻水泥搅拌桩可搭接lOOmm 左右。适用于粘土、淤泥质土和粉土地基。(2)高压喷射注浆法水泥土止水帷幕。适用于粘土、淤泥质土、粉土、砂土及碎石土等地基。一般有两种型式：单独形成止水帷幕，采用单排旋喷桩相互搭接形成；采用摆喷法与排桩共同形成止水帷幕。深层搅拌法比高压喷射注浆法费用低，视地质情况应优先采用。止水帷幕的作用机理主要有两方面：一方面是解决基坑边壁土体的自立性及隔水性问题。当边壁土体含水量较大时，网喷混凝土面层不易与土体粘结在一起，若喷射的混凝土直接喷在水泥土搅拌桩上，则很容易粘结在一起。另一方面，由于水泥土比原状土(主要指软土)的力学性能有所改善，当水泥土桩置于基底以下一定深度后，对抵抗基底隆起、管涌等起重要作用。1. 2. 3 施工步骤土钉与止水帷幕复合支护施工步骤与普通土钉支护的施工步骤大致相同，主要区别在于止水帷幕-土钉复合支护必须做超前支护，即在开挖基坑之前沿开挖线做止水帷幕(一般情况下是做水泥土搅拌桩)，等到止水帷幕达到一定强度后，再进行基坑土的开挖与土钉支护，施工步骤如下：(1)沿基坑开挖线做止水帷幕；(2)分层向下开挖，开挖设计规定的较小厚度的一层土体，不得超挖；(3)在这一层土体的作业面上，按设计位置设置一排土钉；(4)在这一层土体的作业面上，构筑混凝土面层，并将土钉筋体与面层联结牢固；(5)重复上述施工步骤，直到设计的基坑开挖深度。在基坑周围环境允许的情况下，止水帷幕内缘可与基坑红线重合，以有利于扩大建筑使用面积或降低建筑工程造价，也可以在基坑边壁(坡)上部按一定比例放坡，护坡结构可用土钉支护，然后，在基坑下部施作止水帷幕，进行复合土钉支护，这样将更有利于基坑的变形控制。若场地允许，将深层搅拌桩向坑外移动一段距离形成止水帷幕，在止水帷幕内充分降水，既达到止水目的，又能利于边坡稳定，效果会更好。二、土钉与预应力锚索复合支护技术的应用2.1 引言由于越来越多的建筑工程向地下发展, 基坑边坡的支护成为基础工程施工的难点。基坑护坡方法很多, 如护坡桩、连续墙、喷锚网等, 但在多层建筑附近进行深基坑开挖, 对旧基础的支护究竟采取何种形式, 以及可以达到何种效果还缺少成熟的经验。下面利用某高层住宅工程, 采用土钉与锚索结合的复合技术, 有效地保证了基坑边坡的稳定及相邻结构的安全。2.2工程概况国家建材局北沙沟10 号改建工程位于北京海淀区增光路, 此处原为6 层楼房, 现重建为 “L ”形1418 层的高层住宅, 建筑面积为27567 m 2, 总高度为4050.7 m , 基础埋深- 8.5 m。场地北侧邻近曙光路, 西侧紧靠6层写字楼, 该楼为砖混结构, 基础为钢筋混凝土条形基础, 埋深2 m。新旧基础位置见图1。由于西侧写字楼墙体距新建工程基础西边墙仅20 cm , 在基坑开挖和新建工程施工阶段必须确保西侧写字楼的安全, 因此必须采用可靠的支护方法。鉴于现场作业条件、施工工期和经济因素, 无法用护坡桩和连续墙等进行边坡支护。经方案比较, 除采用土钉喷锚支护外, 还采用两排预应力锚索, 以保证基坑边坡稳定和原有建筑物的安全。2.3方案设计土钉采用28 mm 螺纹钢筋做成, 其水平、垂直间距均为112 m , 呈梅花形布置, 土钉孔直径为100 mm。坡面铺设6 mm 钢筋网, 网格为200 mm ×200 mm , 并喷射厚60 mm 的C10 混凝土。两排预应力锚索分别布设在深度2.9 m 处和5.3 m 处, 锚索水平间距为1.5 m , 每排9 根锚索, 上排锚长18 m , 下排锚索长15 m , 每根锚索由3×7 5 mm 钢绞线组成。每排锚索采用200 mm 的工字钢作为横梁, 锚头垫板采用1000 mm ×1000 mm ×8 mm 的钢板。基坑支护设计见图2。2.4土钉喷锚与锚索施工2.4.1土钉喷锚施工工艺采用分层开挖、分层支护的方式, 自上而下进行施工作业。每层施工工艺如下:垂直开挖边坡, 各层开挖深度达1.5 m。边坡开挖面必须平整, 不平整度不大于30 mm。土钉钉孔采用洛阳铲水平钻设, 孔径为100 mm。孔位偏差不大于200 mm。将按设计长度制作的28 mm 螺纹钢筋锚杆放入锚杆孔, 灌注M20 水泥砂浆。在边坡上铺设钢筋网, 用300mm28 mm的螺纹钢筋将锚杆头与钢筋网牢固焊接。边坡喷射C10 混凝土, 厚度为60 mm。在喷射混凝土中加入适量速凝剂, 使喷射混凝土快速凝结。锚杆注浆3 天后方可进行下一层开挖。2.4.2锚索施工工艺钻孔: 锚索孔径必须比锚具所要求的孔径大10 mm , 即形成5 mm 保护层厚度。架钻与钻孔, 用测角仪调整倾角, 确认钻孔坐标、方位, 在倾角紧固件紧固后, 即可开始钻孔作业。钻孔结束后, 复核孔深, 并保护好孔口。组装锚索: 锚索截断要考虑截长误差, 操作余量一般为100 200 mm。采用砂轮锯将其截断, 用铁丝每隔1.5 m 绑扎一道, 检查合格后登记挂牌, 标明锚索编号、长度。锚索安装: 现场使用下倾式锚索, 首先检查定位环的位置, 然后将锚索送入孔内, 当定位止浆环到达孔口, 停止推送, 锚索到位后, 检验排气管是否畅通。锚索张拉: 现场采用8 mm 厚的钢板和混凝土墩作为锚端受压构件, 按设计的张拉顺序进行张拉。外部保护: 锚固后从锚具量起, 留50 mm 钢铰线, 将多余的截去, 外覆厚60 mm 混凝土保护层。2.5现场实测现场观测邻近的写字楼A 点最大沉降量为7mm ,B 点为6 mm , 沉降变形曲线见图3。边坡水平位移控制在10 mm 内。3 结语复合土钉支护继承了土钉支护的优点，弥补了土钉支护的缺点，使得复合土钉支护能够在更为广泛的区域应用。工程实践证明，土钉与止水帷幕的复合支护能够有效地控制基坑的变形，如果止水帷幕质量有保障，其防水效果明显，是一种较好的支护结构型式。土钉喷锚支护施工技术, 在我国应用越来越广泛, 其独具的施工空间小、造价低等优点,得到充分利用。单用土钉喷锚支护不足以控制基坑的较大变形, 而如果土钉加预应力锚索, 则可大大提高基坑边坡的稳定性。参考文献1陈肇元，崔京浩土钉支护在基坑工程中的应用(第二版)M北京：中国建筑工业出版社，2000：9102孙铁成，张明聚，徐从平等复合土钉支护技术J工程力学，2002增刊()：5963王炳富,孙铁成,公宝兴. 深基坑土钉与止水帷幕复合支护技术J.石家庄铁道学院报，2003年第16卷增刊，7579.4姚刚,刘晓纲,韩森. 超深基坑复合土钉支护结构原位试验研究J.土木工程学报，2006第39卷10期，9294.5 Song, E-X; Qiu, Y. Finite element analysis of composite soil nailing for excavation support. Rock and Soil Mechanics, v 22, n 3, p 241-244+253, September 2001 Language. 6 / 6