试论复合土钉墙支护技术在深基坑中的应用

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 试论复合土钉墙支护技术在深基坑 中的应用 摘要:本文首先分析了复合土钉墙 支护种类和设计计算方法，并结合工程 实例对复合土钉墙支护技术在深基坑支 护中的成功运用进行了分析，以供类似 工程参考。 中国论文网 /2/view-12794911.htm 关键词: 基坑；复合土钉墙；支 护；计算 中图分类号：TV551.4 文献标识 码：A 文章编号： 一、前言 复合土钉墙支护技术是在土钉墙 基础上发展起来的新型支护结构，它是 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 将土钉墙与深层搅拌桩、旋喷桩、各种 微型桩、钢管土钉及预应力锚杆等结合 起来，根据具体工程条件多种组合，形 成复合基坑支护的一种技术，它弥补了 一般土钉墙的许多缺陷和使用限制，极 大地扩展了土钉墙技术的应用范围。复 合土钉墙技术具有安全可靠、造价低、 工期短、使用范围广等特点，获得越来 越广泛的工程应用。 二、复合土钉墙支护种类 （1）土钉与预应力锚杆复合支 护 土钉与预应力锚杆这种复合支护 形式是在当地层条件为粘性土层和周边 环境允许降水，但基坑较深及无放坡条 件的情况下，采用土钉墙、预应力锚杆 这种复合土钉墙形式。在复合土钉墙的 中部设置 13 排预应力锚杆，对土钉 墙施加初始背拉力，可大大减少土钉墙 的位移，提高工程的安全度，满足不同 实际工程的需要。一般预应力锚杆可采 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 用钢绞线预应力锚索和钢筋预应力锚杆， 也可采用钢管预应力锚杆。锚杆锚头必 须与喷射混凝土面层连接可靠，可设置 承压板和喷射混凝土连梁，锚头承压板 或连梁通过计算确定，保证足够的强度 和刚度，将锚固力有效地传递到面层或 土层中。复合土钉墙中预应力锚杆与桩 锚体系中的预应力锚杆有所不同，设计 荷载不宜过大，一般宜小于 300kN。 （2）土钉与微型桩复合支护 当土质条件较差，为确保边坡在 土方开挖后和支护施工完成前的稳定性， 需采取超前加固措施，即采用土钉与微 型桩复合支护。由于微型桩的作用主要 在开挖人工填土层时防止塌方及加固填 土层，而在基坑支护设计计算时基坑深 度仍取至主坑底，考虑微型桩的作用， 从而隐性地增加了基坑整体安全系数。 微型桩常采用直径 100300mm 的钻孔 灌注桩，桩插入基坑底面以下 23 m。 微型桩配置钢筋笼或型钢，配置型钢时， 以 1622 号工字钢应用最多。微型桩 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 上常设置小型冠梁或连梁，将桩连接在 一起，连梁上常设置预应力锚杆或土钉。 （3）土钉墙与微型桩、预应力 锚杆复合支护 当基坑开挖线离红线和建筑物距 离很近，且土质条件较差，开挖前需对 开挖面进行加固，搅拌桩又无法施工时， 采用土钉墙、微型桩和预应力锚杆这种 复合土钉墙支护形式。微型桩常采用直 径 100300mm 的钻孔灌注桩、型钢桩、 钢管桩以及木桩等，预应力锚杆加强土 钉墙，限制土钉墙位移。 （4）土钉墙与止水帷幕、预应 力锚杆复合支护 这是应用最为广泛的一种复合土 钉墙形式。由于降水经常引起基坑周围 建筑、道路的沉降，造成环境破坏，引 起纠纷。所以，一般情况下，基坑支护 均设置止水帷幕，止水帷幕起止水和加 固支护面的双重作用。复合土钉墙中经 常用到止水帷幕，止水帷幕一般采用相 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 互搭接的深层搅拌桩或高压旋喷桩，伸 入基坑底部 23m，并需要穿过强透水 层，进入到不透水层 12m。深层搅拌 桩造价比较便宜，它适合于人工填土、 一般粘性土和中粗砂以下的砂土地层。 单头搅拌桩直径常采用 500600mm， 间距 400450mm。当土质较差及水量 较大时，可采用 2 排或 3 排搅拌桩形成 止水帷幕并加固土体。由于搅拌桩止水 帷幕效果好，造价便宜，而高压旋喷桩 虽易施工但造价较高，所以在可能条件 下均采用搅拌桩作为止水帷幕，只有在 搅拌桩难以施工的地层使用旋喷桩。止 水后土钉墙的变形一般较大，在基坑较 深，变形要求严格的情况下，需要采用 预应力锚杆限制土钉墙的位移，这样就 形成了最为常用的复合土钉墙形式，即 土钉墙与止水帷幕、预应力锚杆复合支 护形式。这种形式之所以应用广泛，是 因为它满足了大多数实际工程的需要。 在设计中，根据基坑深度、工程地质及 周边环境条件，计算选择这种复合土钉 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 墙的各种参数。 （5）土钉墙与微型桩、止水帷 幕、预应力锚杆复合支护 当基坑深度较大，变形要求高， 地质条件和环境条件复杂时，采用土钉 墙与微型桩、止水帷幕、预应力锚杆这 种复合土钉墙形式。这种支护形式常可 代替桩锚支护结构或地下连续墙支护。 在这种支护形式中，顶应力锚杆一般 23 排，止水帷幕一般为旋喷桩或搅拌 桩，微型桩直径较大或采用型钢桩。微 型桩的作用与水泥搅拌桩类似，但微型 桩以一定距离间隔布置，不能止水防渗。 三、复合土钉墙设计计算 复合土钉墙的设计计算与土钉 墙相似，包括整体稳定性分析和土钉抗 拔力验算两部分。 a) 普通土钉墙整体稳定性分析计 算采用圆弧滑动面方法分析计算安全系 数 Ks： -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 Ks=ciLiS+WicositaniS/WisiniS +TNjcos(i+i )+ TNjcos(i+i)tani/WisiniS 式中 Ks土钉墙整体稳定安全 系数；ci土体的粘聚力(kPa) ；i 为土 体的内摩擦角()；Li土条滑动面弧长 (m)；Wi土条重量(kN)；TNj土钉的 极限抗拉力(kN) ；S土钉的水平间距 (m)；i滑动面某处切线与水平面之间 的夹角（） ； i 土钉与水平面之间的 夹角（） ；折减系数，根据经验取 0.5。 b) 复合土钉墙整体稳定性分析计 算也采用圆弧滑动面方法分析计算安全 系数 Kp Kp=ks+TsAs/WisiniSL+PNjcos(i +i)tani/WisiniSm 式中 Kp复合土钉墙整体稳定 安全系数；Ts微型桩、搅拌桩的抗剪 强度设计值(kPa) ； -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 As微型桩、搅拌桩的面积 （m2）;PNj 预应力锚杆设计承载力 （KN）;SL微型桩、搅拌桩的间距 （m）;组合折减系数，取值 0.51.0;Sm 预应力锚杆的水平间距 (m)； 折减系数，根据预应力水平 在取值 0.51.0 之间取值。其于符号同 上。 对于施工阶段不同开挖深度和使 用阶段不同位置分别计算，保证各个阶 段各个位置的安全系数均满足设计的要 求，容许的安全系数可根据工程性质和 安全等级在 1.21.5 之间选取。 c) 复合土钉墙中土钉(锚杆)抗拔 力验算与土钉墙相同，即： KBj=Txjcosi/eajSxSy 式中 KBj第 j 个土钉(锚杆) 抗拔力安全系数，取 1.21.5，对临时 性土钉墙工程取小值，永久性工程取大 值；Txj第 j 个土钉(锚杆)破裂面外 土体提 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 供的有效抗拉能力标准值(kN)。 破裂面与水平面之间的夹角取(+) /2;Sx,Sy土钉( 锚杆)水平、垂直间距 (m)；eaj主动土压力强度(kPa)。 工程实例分析 （1）工程概况 某高层建筑工程项目，地下 3 层， 地上 34 层，总建筑面积 96000m2，其 中地下室建筑面积为 18000m2。基坑开 挖轮廓(长 宽 )为 92m73m，开挖深度 约 l1.65m。 （2）地质条件及周围环境 该基坑开挖范围内自上而下主要 地层有：人工回填土，埋藏植物层，淤 泥质粘土，粉质粘土，粗砾砂，残积粘 土层等。基坑东侧和南侧有较密的管网 和重要交通道路， 特别是南侧，道路下有煤气管， 排洪沟，上，下水管等 7 种管线，离基 坑最近处只有 2m。北侧相邻建筑为沉 管灌注桩基础，西侧为待建小区道路。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 （3）支护方案 根据地质和周边工程条件，基坑 支护南、北、东 3 面采用复合土钉墙第 一种模式，即单排深层搅拌桩止水帷幕 +土钉墙+ 预应力锚杆，其中南侧为保护 坑边煤气管，在长约 36m 的地下车道处 (坑壁距煤气管约 3m)增加了一排型钢微 型桩，即采用复合土钉墙第 4 种模式。 支护参数为，深层搅拌桩 500400， 桩长 14m；土钉设置 7 排，长度 1012m，采用打入式高压注浆钢管土 钉(48、3.5) ；预应力锚索设置两排， 长 1618m，由 3 根 j 15 钢绞线组成； 微型桩直径 250，配置型钢为 18 工 字钢；基坑西侧为普通土钉墙，并设有 5 口降水井。基坑东侧支护典型剖面如 图 1 所示。 图 1.基坑东侧土钉墙剖面 （4）施工与监测情况 该基坑于 2009 年 68 月完成基 坑开挖和支护工作。施工期间进行了较 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 全面的工程监测，包括基坑周边水平位 移，坡顶和邻近道路的沉降观测，地下 水位观测，坡体位移观测(用测斜管测 斜)。根据监测结果，至 2009 年 8 月底， 基坑周边位移多数点在 40mm 以下，少 数点达到 5060mm；沉降值多数点在 30mm 范围内，特别是在管线密集的东 侧和南侧沉降值基本在 20mm 以下。坡 体位移观测南侧较大位移部位在地下 4.58.0m，位移值 2728mm；东侧最 大位移在地面下 4.59.0m，位移值在 4l43mm 之间。总之，基坑稳定情况 良好。监测也发现，在台风和暴雨以及 西侧修路、挖沟、积水对边坡部分测点 位移有明显影响。 （5）常见的病害处理 基坑周围常见的病害有裂缝、坍 塌等，施工人员准确分析病害的成因后 制定针对性的处理方案。处理裂缝通常 选