土钉和预应力锚杆联合支护技术在深基坑中的应用

关键词：确保边坡深基坑基坑

随着我国城市建设的不断发展, 对深基坑工程支护的设计与施工提出了更严格的要求, 不仅要确保基坑边坡的稳定, 还要满足变形控制的要求, 以确保基坑周围已有建筑物、地下管线设施及道路等的安全。在实际工程中经常遇到这样的问题: (业主不仅要求确保工程质量, 还对降低工程造价、加快工程进度的要求也越来越高, 相应的增大了施工难度;周边环境日趋复杂, 尤其在市区施工, 施工场地狭小, 施工条件差;随着基坑开挖深度的不断增大, 施工难度、技术难度也不断增大, 施工单位承担的风险越来越大。这些问题的存在, 要求深基坑支护的设计和施工必须选择“技术可行、经济合理、安全可靠”的支护方案。

传统的土钉墙支护方式, 具有成本低、施工速度快、操作简单等特点, 但只适用于开挖深度不超过5m的基坑, 且不能承受基坑周边的堆物和道路荷载, 难以保证周边建筑物的安全。在土钉墙中增加适量预应力土钉, 钢绞线端部通过锁具、钢梁与喷锚的混凝土面层连接后形成整体, 能有效控制坡体的水平变形, 大大提高基坑边坡的稳定性, 适用于较深基坑的施工。

1 工程概况

北京清河医院工程位于北京市海淀区清河小营, 紧邻八达岭高速辅路, 由门诊楼和康复楼两栋单体组成, 地下车库连通, 整体建筑物设3层地下室, 深基坑占地面积12500m2, 基坑开挖平均深度14.10m, 最深处达16.30m, 属于一级基坑, 首层室内设计高程为47.40m。

2 工程水文、地质条件

2.1 水文条件

工程地质勘探报告中显示地下水共分2层, 第一层为潜水, 主要含水层为细砂层和粘质粉土、砂质粉土层, 静止水位标高为35.47m～3 6.7 1 m, 埋深为8.5 0 m～1 0.9 0 m, 主要为大气降水和地下水径流补给, 相对隔水层为重粉质粘土、粘土层;第二层为承压水, 主要含水层为细砂、中砂层, 其静止水位标高24.18m～25.02m, 埋深19.90m～22.00m, 水头高度3.0m左右, 主要为地下水径流补给。

2.2 地质条件

拟建场内地层主要为人工堆积层、新近沉积层和一般第四纪沉积层, 各土层物力力学主要技术参数如表1所示。

3 基坑支护设计方案

3.1 总体方案

(1) 经过对水文、地质条件的认真分析, 同时借鉴周边其他类似工程的成熟经验, 对全护坡桩支护、土钉墙加护坡桩联合支护、全土钉墙支护等几种不同的支护形式分别进行了力学计算设计, 并进行了详细的技术、经济对比分析, 确定本工程基坑大面积采用土钉墙支护形式, 并根据地面荷载情况加设一至两道预应力锚杆, 基坑按1∶0.2放坡。

(2) 根据对现场地势实地测量的数据显示, 基坑开挖后东、南、北三侧均紧靠现有围墙, 到围墙边最大距离仅剩1.8m, 基坑西侧虽有部分场地, 但需考虑现场临建设施、材料堆放、施工车辆荷载的影响, 基坑支护方案设计时, 根据荷载的不同进行分段取值:西侧施工主干道距基坑上口开挖线3米地面荷载取50KPa, 西南角临建设施处距基坑上口开挖线4米外地面荷载取40KPa, 其他地段地面荷载均取20KPa。

(3) 受场地限制, 不考虑设置出土马道, 收口时采用小型挖掘机倒土、加长臂挖掘机出土。

(4) 根据地下水类型和埋深情况, 基坑槽底位于潜水层之间, 承压水之上, 基坑降水采用大口径管井坑外降水, 管井间距8m, 用潜水泵抽排进地面排水系统。

3.2 土钉墙设计

(1) 土钉成孔采用人工洛阳铲成孔, 孔径110mm, 倾角10度, 土钉主筋为Φ22螺纹钢, 长度根据地面荷载取值计算确定 (见3.3预应力锚杆设计) , 水平间距1.5m, 垂直间距1.5m, 梅花形布置。

(2) 土钉注浆采用纯水泥浆, 水泥采用普通硅酸盐水泥, 强度等级P.O32.5, 水灰比0.5, 强度不低于10MPa。注浆时注浆压力控制在0.4MPa～0.6MPa之间, 采用底部注浆方式, 将导管先插入孔底, 注浆的同时将导管匀速缓慢的撤出, 以保证孔中空气能全部排出。

(3) 土钉支护面层由钢筋网、加强筋和喷射混凝土组成。钢筋网采用φ6@200×200单层网片, 网片外按土钉纵横间距设置水平和斜向Φ14加强筋, 加强筋与土钉主筋焊接固定, 支护面层喷射C20混凝土, 厚度100mm。

(4) 土钉墙在基坑坡顶部位上翻0.5m宽, 外侧砌筑120mm高挡水墙。

(5) 潜水层位置的渗水采用导流管排出, 在基坑坡脚设排水明沟和集水井, 用水泵集中抽排到地面排水系统。

(6) 土钉支护结构及土钉主筋端部做法。

3.3 预应力锚杆设计

(1) 预应力锚杆采用人工洛阳铲成孔, 孔径130mm, 倾角10度, 锚杆杆件用抗拉强度为1 8 6 0 N/m m2的预应力钢绞线加工而成, 锚杆水平间距1.5m, 垂直间距1.5m, 梅花形布置。

(2) 预应力钢绞线采用无齿锯切断, 长度比设计锚杆长度增加1.0m, 张拉后多余部位割除。根据锚杆设计所需的钢绞线根数, 每隔2.0m用火烧丝将钢绞线和专用隔离架绑扎在一起, 钢绞线夹在隔离架缝隙中, 非锚固端钢绞线上涂抹黄油, 外套φ20软塑料管, 两端用胶带密封。

(3) 预应力土钉注浆采用纯水泥浆, 水泥采用普通硅酸盐水泥, 强度等级P.O32.5, 水灰比0.5, 注浆采用专用注浆泵。

(4) 锚杆注浆分两次进行, 第一次注浆压力控制在1MPa以内, 注浆时做到慢、稳、连续, 直到孔内的液体和气泡全部排出孔外。第一次注浆完成后2h～4h内进行第二次压力注浆, 注浆压力1MPa～3MPa, 注满后保持压力5～8min后方可撤出导管。

(5) 锚杆浆体强度达到15MPa以上时, 进行锚杆的张拉, 张拉时采取跳格法进行。锚杆采用逐级加载张拉的方法, 逐级加载次序 (如表2) 。

(6) 根据地面荷载的取值, 土钉墙支护设计分为三种情况, 荷载取50KPa时, 第3道和第6道采用预应力土钉锚杆, 第3道锚杆总长度16.0m, 自由段长度为5.0m, 锚固段长度11.0m, 预拉力120kN;第6道锚杆总长度14.0m, 自由段长度为5.0m, 锚固段长度9.0m, 预拉力120kN。普通土钉共设7道, 长度从上到下分别为11.0m、12.0m、12.0m、11.0m、10.0m、9.0m、7.0m。

(7) 地面荷载取40KPa时, 第3道和第6道采用预应力土钉锚杆, 第3道锚杆总长度16.0m, 自由段长度为5.0m, 锚固段长度11.0m, 预拉力120kN;第6道锚杆总长度14.0m, 自由段长度为5.0m, 锚固段长度9.0m, 预拉力120kN。普通土钉共设7道, 长度从上到下分别为11.0m、13.0m、12.0m、13.0m、10.0m、9.0m、7.0m。

(8) 地面荷载取20KPa时, 第4道采用预应力土钉锚杆, 锚杆总长度15.0m, 自由段长度为5.0m, 锚固段长度10.0m, 预拉力120kN;普通土钉共设8道, 长度从上到下分别为11.0m、12.0m、12.0m、11.0m、10.0m、9.0m、8.0m、7.0m。