浅谈基坑开挖支护现状以及土钉墙支护技术在基坑工程中应用.doc

浅谈基坑开挖支护现状以及土钉墙支护技术在基坑工程中的应用09土木一班 谢文 要：探讨了深基坑工程开挖支护的特点及现状，分析典型基坑开挖支护出现的一些问题，提出了一些行之有效的建议及措施。土钉墙支护是通过土钉技术的加固使其成为一个复合挡土结构。尽管该技术应用较为广泛，但其理论研究却落后于工程实践，特别是对于土钉支护软弱岩质边坡工程的研究则更少，因此，本文通过分析土钉墙支护的特点，针对边坡支护的机理，从施工材料及机具的准备，到施工工艺及质量控制的相关技术进行探讨，以期充分发挥土体的空间支护作用，使边坡位移和变形及时得到约束限制。 关键词：基坑开挖；施工；支护；土钉墙支护；边坡；材料；施工工艺、质量控制. 1 深基坑工程特点及现状 1.1基坑越挖越深 或为了使用方便，或因为地皮昂贵，或为了符合城管规定及人防需要，建筑投资者不得不向地下发展。过去建12层地下室，即使在大城市也不普遍，中等城市更为少见。现在在大城市、沿海地区尤其是特区，地下34层已很寻常，56层也有。因此基坑深度多在1016m间，在20m左右的也为数不少。 1.2工程地质条件越来越差 这一点在某些沿海经济开发区较为突出。 1.3基坑周围环境复杂 重要高层和超高层建筑集中在人口稠密、建筑物密集的地方，并紧靠重要市政公路。而此处原有建筑结构陈旧，地上与地下管线密布。因此，基坑开挖不仅要保证基坑本身的稳定，也要保证周围的建筑物和构筑物不受破坏。 1.4基坑支护方法众多 诸如人工挖孔桩，预制桩，深层搅拌桩，钢板桩，地下连续墙，内支撑，各种桩、板、墙、管、撑同锚杆联合支护，此外还有锚钉墙等。 2 深基坑工程事故的分析 通过工程事故实例的调查分析，对其原因提出如下看法： 2.1设计方案失误 （1）方案选择错误。 此类工程事故出现较多，如济南某大厦工程，位于繁华市区，地上23层，地下3层，基坑深12m，场地狭窄，东、南、北三面距建筑物较近。施工单位提出，采用大直径灌注桩，设一土层锚杆，桩顶设混凝土圈梁的桩锚支护体系，需费用约100万元。建设单位提出，部分采用800悬臂灌注桩，部分采用150钢管悬臂桩，部分放坡方案，费用40万元。结果按建设单位方案：西侧采用10.3放坡。东、南、西北浇筑C30的800悬臂灌注桩57根，1800，桩长18m，悬臂12m，入坑底6m。北部用150钢管悬臂桩7根，1000，桩长15m，悬臂12m，入坑底3m。结果几次断桩，塌方来势凶猛，均在瞬间发生，共造成坑内土方堆积3000m3，断桩23根，桩倾斜2根，7根150钢管歪倒。可见，基坑支护必需认真对待，绝不能为节省费用，随便定个方案。经分析，原先施工单位提出的方案还是可行的，建设单位乱定方案，不科学办事，结果是浪费了投资，拖延了工期，欲速则不达。 （2）实施方案与设计方案不符。 （3）止水帷幕力度不当。 如南京交通银行大楼，地上28层，地下室1层，基坑深6.7m。设计方案是：支护采用800悬臂灌注桩，1000，桩长14m，在桩顶设800500mm圈梁，桩嵌入坑底8.8m；防水及降水在排桩背后设高压旋喷混凝土，形成止水帷幕。坑东侧42m长，距房屋15m左右，采用11放坡开挖。在坑内设3个深20m管井作为降水井。实施方案是：基坑加深0.7m至7.4m，桩长改为13m，桩嵌入坑底5.6m。放坡面因场地限制改为10.30.5。为抢进度，桩顶圈梁未施工即开始挖土，且一次挖到设计标高。基坑开挖后，东南角桩间出现大量涌泥和流沙，支护结构向基坑内侧移位达20cm以上，桩后形成510cm地面裂缝，放坡地段滑移失稳，降水井失效，以至东南面的和平电影院严重开裂破坏，被迫停止拆除，北侧湖南路路面开裂，被迫采用土层锚杆加固，直接经济损失100多万元。可见，不按原设计方案施工，灌注桩与喷射混凝土未形成止水帷幕是基坑事故的主要原因。 2.2设计计算错误 （1）锚杆计算错误。 如石家庄某高层建筑，建筑面积10万多平方米，地上28层，地下4层，基坑深达20.5m，东西长120m，南北宽100m。基坑用600灌注桩，1000，桩长20m，入土5m，混凝土强度为C25，配12根22的级钢筋，桩顶设帽梁，帽梁顶砌5.5m高370砖墙作护墙，墙内有构造柱及压顶圈梁。护壁桩设三道130锚杆：第一道锚杆长15.5m，2000；第二道锚杆长20m，1500；第三道锚杆长18m，1000。用槽钢与护壁桩相结合。1993年9月12日，施工完西部坑底垫层，施工管理人员发现基坑西部护壁桩间成片掉土，并有渗水现象，顶部砖墙外倾，顶部地面出现裂缝。9月15日西侧北部有部分腰梁槽钢脱落，部分锚杆螺母松动。施工人员将槽钢补焊接上，拧紧螺母。在坑顶局部挖土卸载。9月16日下午5时左右，基坑西部南北约50m的护壁结构迅速倒塌，折断钢筋混凝土桩48根，倒塌边缘距坑边约13m，护壁桩折成三段，折点分别在第二、三层锚杆处，第一层锚杆从土中完全拔出，第二、三层锚杆锚头拉脱，腰梁扭断开。经分析计算，第一道锚杆的锚固长度需25.630m，第二道锚杆的锚固长度需2225m。可见倒塌的主要原因是设计中完全拔出，第二、三层锚杆锚头拉脱，腰梁扭断开。经分析计算，第一道锚杆的锚固长度需25.630m，第二道锚杆的锚固长度需2225m。可见倒塌的主要原因是设计计算错误所导致。 （2）支护桩嵌入深度不够。上海某工程基坑采用深层水泥搅拌桩做支护，基坑开挖深度57m，桩长12m，嵌入深度5m。开挖到5m时未发生事故，但开挖到7m时，发生管涌，涌砂涌水。由于大量砂土冒出，最终导致支护结构全部倒塌。仅加固费就增加投资30万元（原支护结构费80万元），工期延长2个月。经对管涌计算知，支护桩嵌入深度需7m。 2.3施工管理方面的问题 （1）严重超挖，不遵守分层分段开挖原则； （2）坑边过量堆载； （3）管理混乱。 3 建议及对策 3.1坚持分层分段开挖与支护的原则 边坡破坏有一个从局部开始，逐渐扩大的过程。首先产生局部破坏的部位为突破点。当某部位土体应力达到或超过其强度时，突破点开始破坏，并引起周围土体力学性质的变化和临近部位应力的升值，使破坏面扩大。边坡开挖后，破坏了原自然土体的三向受力状态，在开挖面附近产生一个高能区。其中一部分能量传给周围土体，一部就成为使土体变形的动力。对近于直立的边坡，若一次开挖深度太大，积聚的能量就很大，有可能成为破坏的突破点而产生塌方。所以施工中必须控制开挖面的长度与深度，并进行快速支护，使支护尽早发挥效能，达到控制和消灭破坏突破点的目的。分层分段开挖并支护有利于边坡能量的释放。前期开挖掘层段的能量有一部分通过锚体传到土层较深部位，有一部分受已施工面板影响留在坡面浅层部位。当下一层段开挖后，就被后期开挖段吸收并释放。因此，分层分段开挖并支护的施工方法也是一个能量释放的过程，最后总的开挖能量留在坡面的较少，这对整个破面的稳定是有利的。 3.2支护结构的发展 （1）从结构受力改变结构形式。 闭合拱圈挡土、连拱式基坑支护，都是将平面结构改变为空间支护结构，利用拱的作用，一方面减小土对桩的侧向压力，另一方面将结构受弯变为拱圈受压，充分发挥混凝土的受压特性，降低了工程费用。 （2）从施工方法上改变。 桩墙合一地下室逆作法，是将基坑支护桩和地下室墙合在一起，将地下室的梁板作为支护，从地下室顶往下施工，地下室外墙也施工。它的优点是节约投资，在地下水丰富、不易降低水位地区，尚须作防水帷幕。 （3）发展新的支护方法。 喷锚网支护法、锚钉墙法在工程中得到应用，并显示了显著的经济效益1 土钉墙支护的特点 土钉墙支护法，以尽可能保持、显著提高、最大限度地利用基坑边壁土体固有力学强度，变土体荷载为支护结构体系一部分。喷射混凝土在高压气流的作用下高速喷向土层表面，在喷层与土层间产生“嵌固效应”，并随开挖逐步形成全封闭支护系统；喷层与嵌固层同具有保护和加固表层土，使之避免风化和雨水冲刷、浅层坍塌、局部剥落，以及隔水防渗等作用。土钉的特殊控压注浆可使被加固介质物理力学性能大为改善并使之成为一种新地质体，其内固段深固于滑移面之外的土体内部，其外固端同喷网面层联为-体，可把边壁不稳定的倾向转移到内固段及其附近并消除。钢筋网可使喷层具有更好的整体性和柔性，能有效地调整喷层与土钉内应力分布。 2 土钉墙边坡支护的机理 土钉墙加固与传统的护坡和挡土墙支撑机理不一样，土钉墙在边坡的一定范围内形成了一个加固区，由于很密的土钉锚杆的作用，滑移面不可能出现在加固区，只能产生于非加固区，从而使滑移面远离边坡，达到稳定边坡的目的，加固区的整体稳定，包括加固区抗倾覆与抗滑移问题，用增加加固区的宽度和底排土锚杆打成向下倾斜穿过滑移面等措施来解决，土钉墙通过下述几个方面的综合作用使边坡周边土体形成加固区。 2.1 锚固作用 密布的锚杆与砂浆柱体相结合对周围土体产生有效的锚固作用，限制了砂浆柱体周围的土体变形。土钉不需要施加预应力，而是在土体发生变形后使其承受拉力工作；土钉支护在边坡中比较密集，起到了加筋的作用，提高了土的强度，为被动受力机制。由于土钉在全长范围内与土体接触，其荷载传递沿整个土体进行。 2.2 土钉浆孔对土体的挤密作用 由于土钉锚杆的密度比较大，挤密作用的影响也较大，使加固区的土体比非加固区土体密度大。密集的土钉与土钉之间土形成复合土体，其结构类似重力式挡土墙，个别土钉的破坏不会使整个结构的功能完全丧失。 2.3 护坡作用 土钉墙的面层不是主要受力结构，其主要作用在于保持土体的局部稳定性。在公路边坡治理中，土钉墙的面层还起到防止冲刷、防止雨水渗入坡体影响边坡稳定性的重要作用。 2.4 土钉受力及规模 一般锚杆长度在1545m之间，直径较大，锚杆所承受的荷载可达400kN以上，某些预应力锚索设计荷载更可达3000kN。其端部的构造较土钉复杂，以防止面层冲切破坏；而土钉长度一般为310m，浆体直径100 mm左右，一般不提供很大的承载力。单根土 本文来自论文资源库 ，转载请保留此标记。 钉受荷一般在100kN以下，面层结构较简单，利用小尺寸垫板及挂网喷射混凝土即可满足要求。 目前国内土钉支护结构主要用在建筑基坑支护上，用于公路边坡支护的较少。这主要是因为基坑深度不大，一般不超过20m。但是山区，道路路堑边坡很高，原来的力学平衡破坏严重，产生的滑坡推力每延米可达1000kN以上，采用土钉支护结构则难以满足要求。对于一些滑坡推力小的土石质路堑边坡，仍可采用土钉支护，既节省投资，也能缩短工期，具有明显的优势。一些缺乏稳定性的高路堤或挡土墙也可以采用土钉支护加固，但还有待于我们改进土钉支护技术，使其优点发挥在整个边坡支护中。 3 土钉墙边坡支护的施工材料及机具 3.1 原材料 土钉钢筋使用前应拉直、除锈、涂油；选用P032.5普通硅酸盐水泥；采用干净的中粗砂，含泥量小于5；采用干净的圆砾，粒径24 mm；使用速凝剂，应做与水泥相容性试验及水泥浆凝结效果试验。 3.2 施工机具 土钉成孔机具根据土质和现场环境条件选用(冲击钻、螺旋钻、风枪或洛阳铲等)能完成设计要求的有效机具；注浆泵选用孔口压力大于0.1MPa的泥浆泵；混凝土喷射机应密封良好，输送连续均匀，输送水平距离不小于60m，垂直距离不小于10m；空压机应满足喷射机工作压和耗风量的要求；搅拌方法采用现场人工拌和或混凝土搅拌机搅拌。 4 土钉墙边坡支护的施工工艺 土钉墙的施工流程为：挖土整理坡面初喷打孔眼插杆灌注挂网复喷。 4.1 开挖整理坡面 土钉支护是分层进行的，因此挖土深度不能超过设计深度，同时要保证坡角达到设计要求的7880，坡面平整光滑，坡角未达到设计要求的则要进行专门修整。 4.2 初喷 为使挖好的坡面不产生垮塌，凡挖好的坡面需立即进行混凝土喷射，以使表层固结。其混凝土材料的配合比为水泥：石子=1.5:1.5，水灰比=0.50.6。 4.3 钻孔 采用人工机械一起作用的方法，钻孔下倾角度为1525，采用风钻的方法进行，人工挖工用的是洛阳铲，两人一组。 4.4 插杆与灌浆 成孔后按设计要求插入直径中22mm加筋杆，加筋杆每1.5m焊接直径110mm的扶正环，起导正作用。在插筋的同时，用加筋杆将注浆管(直径1.5in)带进离孔底0.3m的地方，然后进行灌注，注浆材料的配合比为水泥：砂子=1:2。水灰比=0.40.5。孔内一定要灌满，不能形成空洞和孔隙。 4.5 挂网 上道工序完工后，按设计要求，将直径中6mm的钢筋，按30cm30cm的网距焊接，固定于坡面之上；同时，在危险坡上的土钉之间用金属件(如槽钢等)连接在一起，以进一步加强支护强度。 4.6 复喷 挂网后，整个坡面复喷混凝土，其喷射厚度达到设计要求。 5 土钉墙边坡支护的施工质量控制 5.1 原材料控制 采购的各种材料必须满足规范及设计要求，必须选择清洁、坚硬、耐久的材料，禁止使用含有达到有害量的废物、泥、盐类、有机物等的不合格材料；选择的混合剂不能对水泥的凝固、水化作用产生有害的影响。 5.2施工工艺控制 土钉孔眼的位置必须根据受喷面实际情况和设计布置。作土钉用的钢筋，使用前须除锈矫直，安装位置距孔眼中心，钢筋插入深度不得小于设计要求的90%，安装后不得敲击、碰撞。灌浆用的砂浆应拌和均匀，随用随拌，孔眼在灌浆前用风吹净，灌浆时从孔底开始，连续均匀的进行。挂钢筋网前必须将坡面清理平顺使钢筋网紧靠坡面钢筋网与土钉的联接必须牢固可靠。喷射混凝上的配合比必须经试验确定喷射混凝上宜随拌随用。分层喷射混凝土时后层混凝土应在前层混凝土终凝后进行，如超终凝1小时以上时，则受喷面必须用水、风清洗；喷头应与受喷面垂自其间距以0.6-1.2m为宜。喷头应连续、缓慢横向移动喷射厚度应均匀。