土钉墙在深基坑支护监测技术论述

摘要:作者根据自己多年经验对深基坑支护与监测技术应用进行论述，供同行参考。

关键词:深基坑支护监测技术土钉墙

1.工程概况

某工程地标高为417. 87~419. 32m,高差小于1. 5m。建筑物主楼11层,地下室2层, +0. 000相当于绝对标高418. 50m,基础平面为矩形,南北宽71. 4m,东西长161. 0m,基坑底标高为-11. 2m。基坑南侧紧邻一栋4层砖混办公楼,距基坑6. 8m。地下水深度为-10m。

2.深基坑支护方案的选择

由于本工程基坑支护量较大,开挖土方量大,支护施工与土方开挖交替进行等因素,本工程支护施工采用分层分段进行,土方开挖提供出一段作业面,即可进行支护施工,每层支护施工均从上向下进行。

根据场地周边情况,基坑南面放坡较小,东西车道二次开挖紧邻施工道路,故均采用土钉支护,共计2789 m2采用复合土钉墙支护。放坡处理,坡度为1:0. 5。

3.支护的设计方案

3. 1.放坡坡面处理为:

(1)间隔1. 6米人工打入1米长螺纹16钢筋,梅花形布置;(2)铺设Φ4间距200钢丝网片一层;(3)喷射C20砼60+10mm厚。

3. 2.支护面处理：

由于南部杂填土较厚,故统一取-3. 0m为土钉支护坡顶,以上土放坡处理,考虑为堆载。土钉支护顶部加一排9米土钉进行加固,第三排土钉间隔改为预应力锚,长度为13米,自由段为3米,锚杆张拉预应力为55KN。

东西车道边坡按1: 0. 3放坡,坡道基坑边坡采用2米长40钢管土钉墙进行支护加固。

3. 3.对边坡的管理要求:

(1)坡顶2m内严禁堆载和临建;(2)搞好坡顶坡底排水,严禁地表水进入土体中;(3)做好变形观测和支护结构内力观测;(4)做好日常专人巡检工作;(5)做好检测分析:基坑支护期间,每开挖两米深进行一次变形观测,基坑降水运行期间,每周观测一次;当稳定后观测时间可适当延长直至回填完毕。

4.施工工艺

4. 1.土钉墙设计参数

⑴东、西、北三边放坡坡面处理:

间隔1. 6米人工打入1米长直径16mm钢筋,梅花形布置;铺设直径4@ 200钢筋网片一层;喷射砼60±10mm厚。

⑵南边支护设计为上部3米按照放坡面进行处理。在-3. 0m处设一宽700mm的平台,作为土钉支护坡顶。

下部设七层土钉,间距除第一层与第二层间距为650mm以外,其余均为1300mm,水平部距均为1300mm。第三层土钉间隔改为预应力土锚,长度13米,自由段3米,锚杆张拉预应力为55KN。土钉体直径为150mm。第一层土钉主筋为2直径18,长度为9米。第二层土钉主筋为2直径18,长度为10米。第三层土钉主筋为2直径20,长度为10米。锚杆主筋为1直径32,长度为13米。第四层土钉主筋为2直径20,长度为10米。第五层土钉主筋为2直径9. 5米。第六层土钉主筋为2直径20,长度为9米。第七层土钉主筋为2直径18,长度为7米。每层土钉体处设直径16加强筋一道,预应力锚杆处设一道槽钢25c与锚杆采用螺丝连接(设垫板),土钉墙面设直径8@ 200双向网片喷射100±20mm厚砼。

(3)车道支护设计为七层土钉,采用直径40mm钢管,水平间距底排距坑底550mm以外,其余均为1400mm,竖向间距均为1500mm。土钉长度为2米,倾角为13度。

4. 2.土钉支护施工方案

(1)土方开挖及支护施工分层进行,上层土钉浆体及喷射混凝土面施工完5天以后方可开挖下层土方及进行下层土钉施工。

(2)基坑开挖和土钉墙施工应按设计要求自上而下分段分层进行,在机械开挖后,应辅以人工修整坡面,坡面平整度的允许偏差为±20mm,在坡面喷射混凝土支护前应清除坡面虚土。

(3)土钉施工工艺

测定孔位成孔安设土钉注浆安装连接件、绑扎加强筋及钢筋网片喷射墙体混凝土设置坡顶、坡面和坡角的排水系统

A、测定孔位:按图纸要求用钢尺确定孔位并做好标记,孔位误差小于100mm。

B、成孔:成孔采用人工洛阳铲成孔。严格控制成孔的位置和角度偏差。成孔倾斜角偏差不大于3度。锚钉主筋每隔2. 0m设置一个拉杆定位支架。成孔后将锚杆下入孔内,锚杆下入前应清除孔内虚土。在杂填土施工时必须注意成孔的质量。若洛阳铲成孔困难采用锚杆机成孔现场备两台锚杆机。

4. 3.锚杆施工工艺

锚杆抗拔试验,试验合格后,方可进行全面张拉施工。

土方开挖后清理工作面施工放线锚孔编号管架平台搭设钻机就位成孔下锚注浆安装腰梁固定锚墩、锚具喷射墙面混凝土张拉锁定封锚

(1)锚孔施工:

A、清理工作面,测量定位:主要靠机械修坡,人工配合,坡面检查合格后按设计要求测量放线,孔位放线偏差不得大于20mm。钻进过程用测角仪控制钻孔方向。以满足精度要求。

B、钻机就位:人工洛阳铲应人工定位,计算夹角所对应的洛阳铲固定长度所对应的高度,确保成孔角度满足设计需求。锚杆机用测角仪定向,钻杆与水平夹角控制在设计要求: 15°,并确保钻机安装支架牢固稳定,在造孔过程中不易出现晃动。成孔前,应检查钻头直径,不得小于设计孔径。

C、钻孔顺序:土钉与锚杆从上向下施工、组织好交叉与流水作业。

D、钻孔深度:为了确保锚孔深度,钻孔深度应大于设计深度0. 5M以上。

E、特殊情况处理:钻孔应根据使用钻机性能和锚固地层严格控制。防止钻孔扭曲和变形,造成下锚困难或其他意外事故。如遇地层松散、塌孔、缩孔现象,立即停钻。及时进行固壁灌浆处理(灌浆压力0. 1~0. 2Mpa),待水泥浆初凝后,重新扫孔钻进,以使钻孔完整,若遇锚孔中有承压水流出,待水压、水量变小后方可下安锚筋与注浆。必要时,采用灌浆封堵二次钻进等方法处理锚孔内部积水。

F、锚孔检验:锚孔成孔结束后,需经现场监理检验合格后方可进行下道工序。锚孔的允许偏差应符合设计及规范要求。

G、钻孔记录:钻进过程中对每个孔的地层变化、钻进状态(钻压、钻速)、地下水及其它特殊情况做好现场施工记录。

(2)制作锚杆体

本工程采用1半径32的钢筋为锚杆体每隔2米焊定位支架一道。锚杆成孔前,先进行制作,钢筋必须平直,定位准确。并进行编号标识,单独存放。在安装前应妥善保管,以免腐蚀和机械损伤。

(3)下锚

锚空经验收合格后,将相应的锚杆体由人工抬至孔口安放,安放时要慢慢送入,避免锚杆体变形。

(4)注浆

采用一次常压注浆(≤0. 3Mpa)孔底反浆方式注浆,直至锚孔孔口溢出浆液或排气管停止排气且有稀水泥浆压出时,方可停止注浆。注浆结束等初凝后,进行孔口二次补浆,补浆至孔口。注浆作业过程中,应做好注浆记录。施工每种水泥浆每50立方米或不足50立方米每班组留一组试块,每组试块6个。

(5)安装腰梁,固定锚墩、锚具等

将25c槽钢固定于锚杆标高,然后安装锚具与锚墩、锚垫。

(6)张拉①锚索张拉应在锚固灌浆抗压强度达到15Mpa时,方可进行。②所有张拉设备仪器必须在张拉前进行标定,以便获得油压千斤顶与千斤顶张拉力之间的关系曲线。从而指导张拉过程中张拉力的施加。③张拉原则正式张拉前,取20%的设计张拉荷载,对基预张拉1~2次,使其各部位接触紧密。④预应力的张拉预应力筋正式张拉前,先张拉至设计荷载的105% ~110%,在按规定值进行张拉。锚杆体受力要均匀,发现异常情况应分析原因,并及时处理解决

a.锚杆托台座的承压面应平整,并与锚杆的轴线方向垂直;

b.锚具安装应与锚垫板和千斤顶密贴对中。千斤顶轴线与锚孔及锚杆轴线在一条轴线上。不得旁压或偏折锚头,确保荷载均匀同轴。必要时用钢垫片调整;

c.初始张拉,确保锚固体各部分接触密贴;

d.完成张拉并保存张拉记录。(7)封锚锚杆锁定后,做好记号,观察三天,没有异常情况,即可用手提砂轮机切割余露锚头,严禁电弧、气割切割。留5~10cm外露锚杆防滑,最后用水泥砂浆注满垫板及锚各部分空隙,防止锈蚀和兼顾美观。

4. 4.喷射混凝土前,布设拉筋,并与土钉体主筋固定,第三层锚杆施工后用槽钢固定,同时铺设钢筋网片,然后喷射混凝土。

4. 5.喷射混凝土作业应符合下列规定:

喷射作业分段进行,同一分段内喷射顺序应自上而下,一次喷射厚度为自然放坡面30mm、支护面50mm。喷射分两层进行,后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行,若终凝1h后再进行喷射,应先用风水清洗喷层表面。混凝土终凝3h后方可进行下一层土方开挖。

作业开始时,先送风,后开机,再给料,结束时,待料喷完后,再关风,向喷射机代料应连续均匀,机器正常运转时,料斗应保持足够的存料,喷射机的风压满足喷头处的压力在0. 1Mpa。喷射作业完毕或因故中断喷射时,必须将喷射机和输料管内的积料清除干净。

喷射混凝土时,喷头使用具备良好的工作性能的喷头,喷头与受喷面应保持垂直,距离为0. 6-1. 0m。

喷射混凝土终凝2h后,进行喷水养护,养护时间根据施工时的气温确定,养护时间不少于7天。气温低于+5℃时,不得进行喷水养护。

4. 6.放坡坡面的处理根据土方开挖进度,开挖一层土方,对其上的放坡面进行平整,及时打入钢筋,并挂网喷射混凝土,对其表面进行硬化。开挖一层,施工一层。喷射混凝土前应确保其坡面上没有撬棍等能撬动的松动块料,确保坡面平整,喷射厚度为60±10mm,符合设计要求。

4. 7.施工所用原材料要求

(1)水泥选用安徽生产的“海螺”牌32. 5R水泥。

(2)砂的含泥量不得大于3% (重量比)。砂中云母、有机物、硫化物和硫酸盐等有害物质的含量不得大于1% (重量比)。

(3)土钉及锚杆体材料选用首钢、酒钢、宝钢、龙钢、攀钢中的一家。

(4)施工过程中严格按配合比要求进行配制,使土钉注浆纯水泥浆浆体达到设计强度20Mpa;锚杆使用纯水泥浆体达到设计强30Mpa。

5.施工监测

支护监测是支护设计中的重要组成部分。通过监测手段可随时掌握基坑周边环境的变化及支护土体的稳定状态、安全程度和支护效果,为设计和施工提供信息。通过信息反馈体系,可及时修改支护参数,改善施工工艺,预防事故发生。

(1)布置变形监测点及沉降监测点;

(2)通过监测基坑边壁的变形,绘制变形观测曲线图,分析变形速率和位移量,确定其对边坡稳定、对地面建筑物和地下管线的影响程度。

(3)通过监测基坑的沉降,编制沉降成果分析资料,分析沉降过程趋势和各测点的不均匀沉降量,确定其对楼房的影响程度。

6.应用效果

6. 1.缩短了工期,土方开挖与边坡支护同步进行,基坑开挖到基底垫层浇筑完成只用了60天。

6. 2.解决了场地狭小给施工带来的不利影响,并保证了相邻建筑的安全,基坑四周建筑物和地下各种管线安全无恙。

6. 3.支护效果良好,基坑支护完成后,根据对基坑边壁几何尺寸进行的测定,边壁完全符合地下室墙体外墙模的要求,另根据基坑边壁位移的时程曲线分析,基坑边壁位移收敛,最大位移量为6 mm。根据沉降观测成果表分析,基坑沉降量较小,沉降均匀,未发现突变异常。

6.4.应用土钉墙支护技术,施工速度快,造价低,安全可靠,具有广阔的发展前景。