讨论预应力锚杆和钻孔灌注桩组合基坑支护施工

摘要:结合工程实际情况对土钉喷锚与钻孔灌注桩复合性基坑值和设计与施工并结合井点降水进行了分析和总结,为今后同类工程的基坑支护施工积累了一定经验。

关键词:土钉锚杆,钻孔灌注桩,复合土钉支护

1工程概况及地质状况

某污水处理厂污水连通管线工程,管线全长5 137 m。其中446 m管线段为明挖埋设,其余为顶管施工。明挖段管线埋深11.20 m,基坑下口宽度6 m。管材采用DN1 800 mm钢筋混凝土双插口管。该管段临近厂房、民房,场地狭窄,不具备放坡条件。根据岩土工程勘察报告表明:本明挖管线路段土质较混杂,并观察到两层地下水,第一层属上层滞水类型,稳定水位埋深0.30 m ~ 2.70 m,第二层属潜水类型,稳定水位埋深3.80 m ~ 7.30 m,总体勘察结论为该地段土质稍差且地下水丰富。

2围护体系方案选择

2.1基坑特点

根据岩土工程勘察报告及施工图纸等资料,明挖管线段基坑具有如下特点: 1)基坑开挖深度为11.20 m,坑底开挖层 ⑤层为饱和粉土。2)基坑开挖及影响范围内杂填土和饱和粉质黏土的透水性稍好。因此,基坑四周水的问题应引起重视。3)场地环境狭窄,不具备放坡条件

2.2围护方案选择

综合上述特点,本基坑围护体系可考虑如下方案: 1)钻孔灌注桩墙内撑围护,结合井点降水。2)土钉喷锚支护,结合井点降水。

针对该基坑土质稍差且地下水丰富的特点,经技术经济比较采用第2)种围护方案。既能有效防止土移及塌坡,又有利于下管安装,即深坑与自然地面邻接处采用土钉喷锚与钻孔灌注桩复合支护在该基坑施工中可行性强,并严格做到基坑土方开挖与支护结构同步施工。

3土钉喷锚与钻孔灌注桩复合支护设计

3.1复合支护方案设计与计算

考虑深基坑底部第 ⑤层为饱和粉土,属软弱下卧层,故深基坑围护采用深管井降水结合5排土钉喷锚及坡角处φ600 @ 800钻孔灌注桩支护,钻孔灌注桩桩顶由压顶梁连为整体,并由第5排土钉拉锚支承,如图1所示。

本基坑围护体系受力、变形与稳定分析计算根据《建筑基坑支护技术规范》要求,采用岩土工程研究所《围护大全》软件辅助设计,主要设计情况如下:基坑采用土钉墙围护结构自然地面± 0.00开挖至- 7.60 m,然后采用拉锚式排挡墙围护结构开挖至设计标高- 11.20 m。下面分两步计算。

3.2土钉墙围护结构分析结果

1)开挖深度为7.60 m,坡度1∶0.25,活载为15 kPa,锚杆相关参数取值见表1。

上述土钉强度、长度设计中局部安全度比常规设计原则较大,系考虑了安全储备与经济效益相结合,并针对该地段土质及地下水情况以保证基坑整体稳定的需要。

3.3拉锚式排桩墙分析结果

设计荷载值为:q = rh + p = 19.44 × 7.6 + 15 = 162 kPa。其中,r为土层加权重度;h为自然地面至围护桩顶的土体厚度;p为活荷载值。围护桩顶按铰接支撑计算,支撑力由桩头的土钉锚杆承担,每根桩头设置一根长为12 mφ48的土钉锚杆。每根围护桩承受的最大正弯矩为184.9 kN・m,承受的最大负弯矩为77.2 kN・m,围护桩顶每根锚杆承受的拉力为119.5 kN,围护结构最大水平位移为23 mm。

围护桩顶标高 - 7.6 m,有效长度12.8 m,桩底标高 - 20.4 m,基坑整体稳定系数为1.32,抗隆起稳定安全系数为3.47。

4深管井降水

本工程深基坑开挖深度大,面积也较大,而且土质渗透系数稍偏大,故在深坑两侧采用深管井帷幕式降水,阻止开挖后土体渗水,以达到基坑降水和土体排水固结的目的。深管井井距10 m,开挖深度17.50 m,故滤管深度为16 m,深井成孔直径为650 mm,每口深井配潜水泵一台,可随时通过井顶的水位观察孔观察水位。在各项设备及管路安装完毕并在抽水条件下,降水一周后方可挖土。在土方开挖的同时,继续进行降水,以使水位始终处于所暴露的土层以下。深井降水直至基坑回填完毕。

深井的施工程序如下:

进场定井位立钻机成孔下井管回填井管与孔壁间砂滤层洗井安装抽水泵连接管路降水封井出场。

深井降水技术措施:深井施工的技术措施、井位布置是根据降水要求及降水有效范围而定,有利于挖土、成孔、下管、回填、洗井。连续进行,不可中断。潜水泵保证正常运转,排水管路在基坑边缘汇入总管,将水排入下水道。

5土钉喷锚施工

土钉喷锚施工要点: 1)土钉在护壁上呈梅花形布置,钻孔要保证位置正确,钻进后要反复提插孔内钻杆。2)钢筋使用前要验收。导向架、定位器间距要均匀,安装牢固。3)洛阳铲钻孔拔出钻杆插入土钉后要立即注浆,以防塌孔。4)控制灌浆压力不低于0.6 MPa(第一道为0.5 MPa),采用封闭式压力注浆,水泥砂浆中根据土质情况和气候季节情况考虑掺入约2 % ～ 5 %早强剂。5)注浆前检查输浆管道,注浆量不得小于计算量的1.1倍。

6土方工程

挖土施工要点:

土方开挖必须分层分段进行,机挖人修,基坑每层开挖深度不大于1.40 m,每个施工段开挖长度不大于20 m,严禁超挖或在上一层未加固完毕就挖下一层。

第一层是挖除表面土方至标高- 2.00 m,分段开挖后立即施工第一层土钉喷锚。接着挖第二、三、四、五、六层土方,直至基坑底,即标高- 3.40 m,- 4.80 m,- 6.20 m,- 7.60 m,- 11.20 m。最后一层为人工修土。各层土方分段开挖后立即施工土钉喷锚。

挖土机作业中必须分层挖土,每层严禁超挖,以挖土能够施工土钉喷锚的作业面为准,以缩短工期和有利于基坑维护稳定为原则。

7结语

1)由于该基坑开挖深度大,土质稍差且地下水丰富,因此在该基坑土钉设计过程中较常规的设计原则适当增加安全系数,既针对该基坑土质为饱和性黏土,需增加安全储备,又考虑到经济的原则,从而确定土钉道数、间距、长度、倾角、孔径。2)针对该基坑特点,充分考虑了土方开挖深度与土钉喷锚施工的相互关系,做到基坑土方开挖与支护结构同步施工,控制每步开挖深度为1.40 m,并严格控制土钉喷锚施工工艺,对土钉的成孔、灌浆施工做到精准无误,确保围护体系稳定。3)该地段土层地下水位较高,且渗透性稍强,故采用深管井帷幕式降水辅助施工,同时,在基坑两侧设置排水沟,有效地阻止了地表水对基坑的不利影响,以确保土钉的施工及土钉作用得到充分发挥。

由于精心挖土,科学施工,实测深层土移最大值25 mm,未出现沉降、管涌或位移裂缝。管道安装施工期间,各项基坑监测值未超过报警值,目前该工程已竣工、交验。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。