土钉墙、预应力锚杆、微型桩在深基坑支护的应用

土钉墙 预应力锚杆 微型桩在深基坑支护的应用土钉墙 预应力锚杆 微型桩在深基坑支护的应用 作者 刘 涛 1 汪立刚 2 作者单位 刘 涛 河南省昊鼎建筑基础工程有限公司 郑州 汪立刚 河南省昊鼎建筑基础工程有限公司 郑州 摘 要 本文结合工程实例和工程地质情况 详细介绍了建筑基坑 工程支护施工方案的比选和基坑支护工程设计 并在施工技术方案分析的基础 上 对整个基坑施工技术进行了详细阐述 对施工监测进行了评价 关键词 基坑支护 土钉墙 预应力锚索 微型桩 施工技术 监 测 1 工程概况工程概况 河南中医学院第一附属医院综合楼位于郑州市人民路 建筑面积约 31657 4 平方米 建筑高度 99 6 米 地上 33 层 地下 2 层 施工场地具备三通一平条 件 基坑平面尺寸不规则 开挖长约 50 米 宽约 50 米 开挖深度约 9 米 场地地下水类型为潜水 潜水含水层岩性主要为粉土 中砂和细砂 其补 给来源主要为大气降水 排泄方式主要为蒸发及人工开采 勘察其间地下水位 埋深 7 3 7 5m 绝对标高为 92 10 92 00 m 3 5 年历史最高水位按 5 0m 绝 对标高为 95 00m 基坑北侧存在一栋 7 层住宅楼和一个 1 层停车场 7 层住宅楼距离基坑坡 脚线最近 10 8 米 停车场距离基坑坡脚线最近 1 9 米 基坑西侧存在一栋 7 层住宅楼和一栋 1 层建筑物 7 层住宅楼距离基坑坡 脚线最近 6 7 米 1 层建筑物距离基坑坡脚线最近约 1 米 基坑西南侧存在一栋 2 层建筑物 2 层建筑物外墙线部分已紧贴基坑开挖 坡脚线 基坑施工前需拆除此建筑物的一部分 基坑东侧为正在使用的高层病房楼 病房楼外墙距离基坑开挖坡脚线约 16 米 东侧存在一条架空热力管道 本工程周边环境条件较复杂 2 基坑支护方案的选择基坑支护方案的选择 本工程基坑大面积挖深 8 7 米 局部电梯井挖深 10 7 米 属于深基坑工程 场地周边环境复杂 场地较狭窄 没有足够放坡空间 周边存在多栋建筑物和 一条热力管道 基坑设计及施工时必须充分考虑这些因素 保证基坑施工期间 周边环境的变形在规范允许范围内 如果基坑变形超出规范要求将对周边环境造成严重危害 边坡支护设计时 首先考虑的是护坡桩 灌注桩 预应力锚索支护方案 这种支护形式虽然安全 性能有保证但造价较高 以 安全适用 经济合理 的设计原则 并结合本工程的实际情况和郑州 地区类似基坑的施工经验 为降低支护造价 考虑该边坡采用土钉墙支护 局 部边坡为加设预应力锚杆和微型桩的复合土钉墙进行支护 土钉墙 预应力锚 杆 微型桩共同工作可有效限制变形 可以满足安全性要求 根据基坑各侧实际情况 经分析类比 研究确定本基坑边分 5 个支护剖面 基坑大面积边坡支护为 1 1 剖面 局部边坡放坡空间不够的情况支护为 1a 1a 剖面 基坑北侧电梯井局部较深 并且北侧临有一栋 7 层住宅楼 此边坡支 护为 2 2 剖面 西侧临有一栋 7 层住宅楼 此边坡支护为 3 3 剖面 南侧临有 一栋 2 层楼 此边坡支护为 4 4 剖面 1 1 剖面选型为土钉墙支护方案 1a 1a 2 2 3 3 4 4 剖面为土钉墙 预 应力锚杆 微型桩支护方案 2 1 基坑支护方案设计 1 1 剖面 采用土钉墙支护结构 土钉墙坡度 1 0 3 土钉墙支护设计 6 排土钉 1a 1a 剖面 采用土钉墙 预应力锚杆 微型桩支护结构 土钉墙坡度 1 0 1 设计 5 排 土钉 1 排预应力锚杆 设置一排微型桩 间距 1m 桩长 14m 采用 DN50 钢管 成孔直径 100mm 2 2 剖面 采用土钉墙 预应力锚杆 微型桩支护结构 土钉墙坡度 1 0 3 采用二级 放坡 设计 6 排土钉 1 排预应力锚杆 在 4 05 米处设置平台 台宽 1 米 在 平台上设置一排微型桩 间距 1m 桩长 12m 采用 DN50 钢管 成孔直径 100mm 3 3 剖面 采用土钉墙 预应力锚杆 微型桩支护结构 土钉墙坡度 1 0 3 采用二级 放坡 设计 5 排土钉 1 排预应力锚杆 在 4 05 米处设置平台 台宽 0 5 米 在平台上设置一排微型桩 间距 1m 桩长 10m 采用 DN50 钢管 成孔直径 100mm 4 4 剖面 采用土钉墙 预应力锚杆 微型桩支护结构 土钉墙坡度 1 0 1 设计 4 排 土钉 2 排预应力锚杆 在坡顶设置一排微型桩 间距 1m 桩长 14m 采用 DN50 钢管 成孔直径 100mm 3 3 基坑支护的施工方法基坑支护的施工方法 3 1 土钉墙支护施工 3 1 1 土钉墙施工方法 土钉墙支护要与基坑开挖紧密配合 各道工序实行平行作业 依次有序地 进行 凿孔 安装土钉 注浆 挂钢筋网 焊加强筋 喷射砼 1 凿 孔 采用洛阳铲成孔 按设计的孔位布置进行测量画线 标出准确的孔位 然 后按设计要求的孔长 孔的俯角和孔径进行凿孔 严格注意质量 逐孔进行验 收记录 不合格者为废孔 重打 2 土钉安放 按照设计规定的土钉的长度 直径 加工合格的杆体 为使土钉处于孔的 中心位置 每隔 2m 焊结一个居中支架 将土钉体安放在孔内 支架构造应不妨 碍注浆时浆液的自由流动 3 注 浆 在安装土钉钢筋的孔内注入 0 45 0 55 纯水泥浆 压力不低度于 0 4MPa 确保土钉与孔壁之间注满水泥浆 注浆应由里向外注 需将注浆管插入孔内距 孔底约 0 5 1 0m 处 用废编织袋封堵孔口 防止浆液外流 4 挂 网 按要求用钢筋调直机把 6 5 圆盘钢筋调直 满足使用要求 在修好的边 坡坡面上 按各坡面设计要求 铺上一层 6 5 200 200 钢筋网 网筋之间用 扎丝间隔绑扎 钢筋搭接要牢 网格允许偏差为 10mm 钢筋网铺设时每边的 搭接长度应不小于 200 mm 如为搭焊则焊长不小于网筋直径的 10 倍 网片与 坡面间隙不小于 20 mm 土钉与面层钢筋网的连接可通过垫板 螺帽及土钉端部螺纹杆固定 垫板 钢板厚 8 10mm 尺寸为 200 mm 200mm 300 mm 300mm 垫板下空隙需先 用高强水泥砂浆填实 待砂浆达一定强度后方可旋紧螺帽以固定土钉 5 加强筋焊结 等注浆 绑扎网片施工完成后 用 12 圆钢将土钉头部连接起来 在网片 上与土钉钢筋焊接且菱形交叉布置 土钉端头焊接锚头 材料同土钉 双面焊 接 各焊接点必须牢固 6 喷砼 在上述工序完成后 即可喷射砼 厚度按设计要求喷 100mm 配合比现场 取样试验配制 水泥采用 P O32 5 水泥 强度达到 C20 要求表面基本平整 3 2 予应力锚杆施工 3 2 1 施工方法 1 成 孔 采用洛阳铲成孔 按图纸设计的孔位标高 进行测量画线 标出准确的孔 位 然后按设计要求的孔长 孔的俯角和孔径进行成孔 严格注意质量 逐孔 进行验收记录 锚孔水平间距误差应不大于 100mm 倾角误差不大于 1 孔深 误差不得大于设计深度 30mm 2 锚杆制作安装 钢筋应除油污 除锈 排列要均布 平直 沿杆体轴线方向每隔 2 0m 设置 一个隔离架 一次注浆管及二次注浆管应捆扎牢固 一次注浆管在外 二次注 浆管居中 二次注浆管锚固段长度内做喷浆孔 间距 800mm 并用胶带封好 防止一次注浆浆液流入管中 注浆管均采用高压塑料管 锚杆自由段应涂油并 采用塑料护套包裹 与锚固段相交处的塑料管管口应密封并用扎丝绑紧 最后 将锚杆固定好平稳送放至孔底 3 注 浆 一次注浆 钻孔完成后 安放锚杆体 然后注浆 注浆开始或中途停止超 过 30min 时 应用水或稀水泥浆润滑注浆泵及其管路 注浆材料采用纯 32 5 水 泥浆 水灰比为 0 8 1 0 压力不低于 0 4MPa 为确保锚杆体与孔壁之间注满 水泥浆 注浆采用由里向外注 先注锚固段 当水泥浆从孔口溢出后 停止注 浆 封堵孔口 二次注浆 一次注浆达到初凝 8 10 小时 进行二次劈裂注浆 注浆压力 控制在 1 2 3 0Mpa 通过高压注浆 将一次注浆锚固体劈开 膨胀 然后形成 新的锚固体系 一 二次注浆水泥用量总和不少于 60Kg m 二次注浆管前端用 高压塑料管 4 端头保护 锚杆注浆完成后外露部分要用胶布及防腐材料包缠好 防止钢筋损伤或生 锈 5 腰梁 垫板安装 根据设计要求 采用 2 10 槽钢做腰梁 2 根槽钢上下平行放置 用槽钢 或钢板 电焊连接 保证固定垫板与孔向垂直 和孔中心一致 垫板尺寸为 200 200 10 钢板 6 防 腐 防腐 加工好的成品 或半成品 钢筋如存放时间较长 需采用水泥浆 封闭防腐 钢筋杆体周围必须有大于 20mm 厚的保护层 自由段的防腐 自由段内钢筋采用三重防腐措施 首先表面涂润滑油或 防腐漆 然后外面包裹塑料布或胶带 最后套上波纹管 波纹管端部必须扎紧 并用胶带封好 形成三层防腐 7 锚杆安装 张拉 张拉前应对张拉设备进行检验 并检验锚头丝杆是否有伤残 安装张拉设施时 应保持千斤顶与锚杆体在同一轴线上 张拉程序 加荷等级 均按锚杆施工规范要求严格执行 8 锁定 记录 根据注浆浆液强度达到设计强度的 75 时进行张拉 加荷采用 600kN 张 拉设备 测读每级荷载下的弹性位移及总位移量 在每级荷载条件下 应停留 3 10 分钟 测读位移 当位移稳定时 方能 进行下一级加载 在加载过程中 如出现压力不稳定 钢筋伸长量急剧增加时 或某一级 伸长量高于前一级伸长量的 2 倍时 应及时锁定 3 3 微型桩施工 施工工序 测量放线定桩位 钻机就位整平 钻孔 下注浆管 填碎石 注 浆 3 3 1 测量放线定出微型桩桩位 桩位偏差小于 50mm 3 3 2 采用专用的小钻机或洛阳铲在放好的桩位上钻孔 3 3 3 注浆管采用 DN50 钢管 钢管下部 3 米范围内为花管 钢管上花管部 分打 5 10mm 灌浆孔 间距 200mm 沿管表面螺旋状布置 钢管下端的孔眼焊堵 严密 成孔后将钢管距孔中下入桩孔中 钢管下端下至孔底 上端略高于地面 为了防止钢管被异物堵塞 钢管上端用棉纱堵塞 3 3 4 注浆管安放好后 投入粒径 5mm 15mm 碎石 填实桩孔侧壁 3 3 5 用压浆泵通过钢管向桩孔内压注水泥浆 注浆浆液采用水泥浆 水灰 比采用 0 8 1 0 注浆压力值 0 4 1 0MPa 压浆时浆液从孔底的钢管灌浆孔中 压出 压入钢管周围细石及土体的空隙中并自下而上向上升 当浆液升至地面 时停止注浆 静置 30min 后进行二次补灌 4 基坑施工监测基坑施工监测 4 1 监测内容 根据本工程基坑开挖深度 环境特点 地基土层物理力学性质指标和围护 设计方案要求 监测内容如下 支护施工中的边坡位移监测 降水施工中的沉降监测 土方开挖 降水施工中的水位监测 基坑工程施工中对周边管线的监测 对周边建筑物的监测 4 2 监测工期频率及警戒值 根据基坑开挖 降水 支护的进度计划 基坑监测分 3 个阶段 根据不同施 工阶段诱发基坑形变程度的不同 确定相应的观测频率 第一阶段 边坡支护施工 土方开挖期间 每天观测 1 次 第二阶段 降水井完成并开始抽水 每天观测 1 次 第三阶段 土方开挖 支护完成 降水井维持抽水 每 2 天观测 1 次 支 护完成后 15 天内如未出现大的异常变化 观测即可停止 在遇到变形 沉降或其他观测值变化速率加快 或者遇到自然灾害如暴雨 地震等情况 将加大监测密度 监控报警值 安全性判别 序号监测内容 判别标准预警值报警值 1 支护坡顶水 平位移 水平位移速率 位移量连续三日 2mm d 或累计 20 30 mm 30 mm 2 周围建筑物 沉降 差异沉降量 沉降速率累计 0 0015L 0 002L L 为相邻测 点的中心距离 mm 或连续三日 2mm d 0 002L 3 周围建筑物 倾斜 倾斜量 倾斜速率2 4 或连续三日 0 0001H d H 为建筑物承重结构高度 4 4 管线变形累计沉降量 沉降速率累计 20 30 mm 或连续三日 2mm d 30 mm 目测巡视基坑附近地面 情况 地面出现 5 10 mm 裂缝地面出现 10 mm 的 裂缝且尚可 能发展 5 周围环境监 测 目测巡视基坑周围已有 建筑物情况 建筑物砌体出现 0 1 1 5 mm 的变形 裂缝 建筑物砌体 出现 1 5 mm 的变形裂 缝且尚可能 发展 4 2 监测结果 该基坑监测工作于2008年9月初开始进行 于2009年5月8日结束监测工作 其监测结果如下 支护结构位移值大部分在17mm 以内 锚杆应力在150Mpa 以 内 环境的沉降量最大为10mm 地下室完工后各种观测结果变化较小 5 结结 语语 1 通过基坑变形监测结果及对周边环境情况的调查表明 整个施工过 程中基坑始终处于稳定状态 基坑周边未发生任何不良环境地质问题 设计和 施工取得了圆满成功 同时节约了工程造价 2 土钉墙 预应力锚杆 微型桩共同工作可有效限制变形 可以满足 安全性要求 参考文献 1 JGJ120 99 建筑基坑支护技术规程 S 北京 中国建筑工业出版社 1999 2 刘建航