土钉墙支护技术在深基坑中的应用及现场监测

土钉墙支护技术在深基坑中的应用及现场监测 关键词 深基坑 土钉支护 监测 水平位移 土钉应力 土钉支护是利用土钉和表面喷射混凝土作为基坑支护的护壁 从而维持 基坑的稳定 土钉墙具有造价低廉 施工迅捷 现场文明 支护质量高 能 适用于多种地质条件等优点 作为一种新兴的支护类型近年来已在基坑支护 和边坡加固中得到广泛应用 1 工工程程概概况况 河北省职工医学院附属医院门诊综合楼工程 建筑面积 50812m2 地上 14 层 地下 2 层 平面尺寸为 80 8m 94 7m 基底开挖深度为 9 85m 由 于施工场地狭小 无放坡条件 故基坑支护采用土钉墙支护技术 1 1 现场地质条件 由冶金工业部勘察研究总院勘察第 6G2190 号地质报告得到施工深度范 围内地层土质分布情况如下 杂填土 主要由粘性土组成 平均厚度为 1 65m 1 粉土 褐黄色 含氧化铁 干强度底 平均厚度为 1 2m 2 粉土 褐黄色 含氧化铁结核 局部粉质粘土和细砂薄层 平均厚 3 度为 3 2m 粉质粘土 黄褐色 含氧化铁 夹粉土薄层 土质不均 软塑 平 4 均厚度为 2 0m 粉质粘土 黄褐色 含氧化铁结核及姜结石 平均厚度为 3 2m 5 表 1 主要土层的物理力学性能 注 为饱和重度 为粘聚力 为内摩擦角 2 基坑支护结构设计 基坑支护结构设计 土钉墙墙面坡度 1 0 2 1 土钉布置 土钉共设 8 排 按梅花型布置 2 土钉参数 土钉直径为 110mm 土钉长 6 8m 竖向 横向间距 3 均为 1 2m 土钉倾角 15 度 土钉杆材料为 32 5 级普通硅酸盐水泥浆 水泥 浆的水灰比为 0 45 0 55 面层参数 喷射混凝土面层厚度为 100mm 内设 4 2 15 钢板网 4 混凝土强度等级为 C20 锚杆端部与面层钢板网采用纵横拉结筋锚固 纵 横拉结钢筋直径为 18 表 2 各层土钉布置 土钉层次土钉长度 土钉距坡顶的距离 m 土钉主筋 mm 竖向 水平间距 m 第一排70 6181 2 第二排9 51 8 221 2 第三排103 0 221 2 第四排11 54 2 251 2 第五排12 05 4 251 2 第六排116 6 221 2 第七排107 8 221 2 第八排89 0 201 2 3 3 施施工工现现场场监监测测 土层名称 KN m Kpa 杂填土 1 201020 1 粉土 2 18 21015 粉土 2 18 42023 1 粉质粘土 3 19 11710 粉质粘土 3 19 429 47 7 根据工程的特点 周边环境情况以及基坑工程规范的要求 在施工过程 中采用精密光学仪器进行水平位移 土钉钢筋应力计对土钉应力进行监测 基坑开挖深度与支护施工按设计分段分层进行 分段开挖长度为 15m 分层开挖深度由土钉竖向间距确定 测试土钉按测试方案要求 在相应开挖 步骤完成后设置 3 1 水平位移监测 基坑开挖前测试水平位移的初始值 以后每开挖一步进行一次测量 测 得锚杆距基坑面 0 6m 1 8m 3 0m 4 2m 5 4m 6 6m 7 8m 9 0m 等不 同深度的水平位移 经过比较 位移变化较明显的 Q16 为例 其水平位移 随施工日期的变化情况 如图 1 所示 由测试结果可见 沿深度各点的水平位移随施工日期的延续而增加 土 体开始开挖位移增幅较明显 基坑于 2003 年 12 月 20 日开挖完成后逐渐趋 于稳定 开挖对边坡上部的土体影响较大 最大位移位于基坑顶面下 2 0m 8 0 9 0 35302520151050 6 0 5 0 4 0 2 4 1 6 0 8 11 月 20 日 11 月 30 日 12 月 10 日 12 月 20 日 12 月 30 日 01 月 10 日 图 1 水平位移随施工日期的变化趋势 1 2 3 4 5 6 处 土体的位移随深度的增加逐渐减小 在土钉施工阶段 基坑边坡位移一 直在发展 最大水平位移为 27mm 与基坑深度的比值约为 3 3 2 土钉应力监测 现场测试在基坑北 西 东坡各选四个试验断面 土钉拉力的测试工作 结合施工同步进行 开挖施工前期 每天测量一次 1 开挖施工后期 每天一次 发现土钉受力或变形较大时加密监测频率 2 稳定期 土钉受力及变形稳定后每 2 天测量一次 3 第一层土钉 第二层土钉 第四层土钉 第七层土钉 1 2 3 4 5 6 7 8 9 图 3 土钉拉应力分布图 拉应力 MPa 27 24 21 18 15 12 9 6 3 9 85m 15 8 7 图 2 基坑支护测试示意 在施工阶段 测得三个试验断面土钉的拉力日程曲线 从 A A 断面第 1 2 4 7 排的测试土钉的拉力日程曲线可以看出第一排土钉的最大拉应 力出现在距开挖面大约 3 4 处 并从这一点开始 拉应力值都比较高 在第 二排土钉中 最大拉应力出现的位置在土钉长度 2 3 处 两边相对较小 第 四排土钉的最大拉应力出现的位置继续向开挖面延续 已达到土钉长度的中 间处 且最大值比前两排高 在第七排土钉中最大拉应力出现的位置靠近开 挖面 由于土钉并非超长 所以在两端依然有应力存在 由测试结果可得 土钉支护受力随施工日期的延续而变化 在施工阶 段 从土钉被置入边坡土中开始 所受的拉力每天都有增加 随开挖深度的 增加 土钉的拉力也逐渐增加 下层土体开挖对已设的所有上层土钉的受力 均有较大影响 各层土钉的拉力均有突变 即土钉的受力具有开挖效应 由土钉应力曲线可见 全长注浆土钉的应力呈枣核形分布 存在一个峰 值 此峰值即是边坡土体的内在滑裂面 应力由峰值向两侧递减 土钉内力 最大值不在土钉的端部 而是在内部 随基坑向下开挖 上排土钉的最大拉 力逐渐向土钉尾部移动 该现象主要由土体滑裂面随挖深增加不断向深处转 移形成的 由上可知 基坑开挖后土体应力与应变具有时间效应 而土钉拉力和边 坡水平位移的变化是由土体的应力和变形引起的 因此土钉支护的受力和变 形同样也具有时间效应 土钉支护分层开挖后 土钉设置越早 可及时约束 土体变形 减小基坑的位移量 工程实测表明 土钉支护的变形趋势是 自上而下变形逐渐减小 靠近 上部的位移最大 底部很小 说明上部土钉承受的拉力较大 土钉的最大拉 力位置距面层较近 且从最大拉力点位置到土钉的末端拉力值减小的很快 因此在下部采用长土钉不能有效的发挥土钉的作用而造成浪费 可适当减少 土钉的长度 同时适当减小间距 采用密而短的土钉 才能充分发挥土钉的 加固效果 4 总 总 结结 土钉支护的受力与变形具有时间效应 根据土力学的基本概念 土体是 多相介质 而土骨架又有儒变性 这些因素都使基坑开挖后土体应力与变形 具有时间效应 而土钉拉力和基坑水平位移的变化是土体应力与变形引起的 所以土钉支护的受力和变形同样有时间效应 运用土钉进行基坑支护 要求 做到信息化施工 土钉支护分层开挖后应尽快设置土钉以及时约束土体变形 在施工阶段 土钉一旦安装 土钉拉力就以缓慢的速率逐渐增加 开挖 施工使土钉拉力产生突变 土钉拉力沿土钉延长呈曲线