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关键词:土钉支护;设计;施工;现场监测
1前言
深基坑支护设计与施工是目前城市高层建筑施工的重点和难点,有不少建筑工程由于深基坑支护的失误,导致重大经济损失并延误工期。因此,在经济合理的前提下,确保深基坑支护工程的安全可靠,已成为当前城市建设中的一项重要课题。
土钉墙支护造价便宜,工期短,在10m左右的深基坑中大量的应用。某饭店深基坑采用土钉墙支护,通过设计、施工的控制以及在正常使用和雨季中的监控、处理,确保了基坑的安全。
2工程概况
某饭店总建筑面积6.1万m2(见图1),钢筋混凝土框架抗震墙结构,主楼16层,设有二层地下室,基础东西长258m,南北宽51m,筏板基础,基底标高-6.400m/-8.300m/-11.660m。地面标高为-0.350m~-0.790m,基坑开挖深度为6.030m~10.950m。
根据地质勘探报告揭示场地内基坑支护影响范围内岩土层主要为①填土层1.3~2.6m;②粘质粉土0~2.5m;③砂质粉土1.6~5m;④粉质粘土0.3~6.3m;⑤粉质粘土、粘质粉土、砂质粉土、粉砂4.8~11.7m。
场区内实测三层地下水,第一层上层滞水水位埋深0.80~3.00m,第二层潜水水位埋深5.80~8.50m,第三层潜水水位埋深25.40m。
基坑北侧临城市主干道,基坑南侧为住宅小区(6F),东侧为学校(3F)。
3基坑支护设计方案
根据现场实际情况,综合考虑安全、经济、场地条件、周边环境及施工工期等因素,采用土钉支护支护方案(见图2)。地质勘探报告揭示场地地下水位较高,实际开挖中自然地面下1.0m左右见水。
3.1基坑降水
考虑到保证地下室干燥施工作业,采用大口径管井抽水的降水方案,降水井布置在离开挖线1.0m处。基坑最深处底面标高为-11.66m,考虑将地下水降至基底下1.0m以下。沿基坑四周布管井83口,井距8.0m左右,在基坑内部局部集水坑处布置渗井。
降水井深度约11~16m;降水井孔径为φ600,全孔下入水泥砾石(砂)滤水管,管底封死,管外填滤料。滤料的规格2~4mm,滤料填至孔口以下2m,上部回填粘土封至孔口。
3.2土钉支护
出于地下结构施工操作空间的需要,基坑侧壁与地下结构外墙之间的肥槽为0.8m(见图3)。
Ⅰ区土钉墙高度6m,坡度1:0.2,布置4排土钉,采用Ф16HRB335钢筋,水平间距为1.5m,土钉长3m~6m,孔径110mm,排距1.5m。
Ⅱ区土钉墙高度11.66m,坡度1:0.3,布置7排土钉,采用Ф20HRB335钢筋,水平间距为1.5m,土钉长5m~9m,孔径110mm,排距1.5m。其中第二排采用7-Φ5预应力锚杆,长度14m。
土钉墙边坡面层挂Φ6.5@250×250钢筋网和1Ф16@1500横向压筋。
4土钉支护施工
工艺流程如下:基坑降水施工土方开挖至土钉标高下50cm土钉成孔杆体支放注浆坡面修正铺设钢筋网喷射混凝土重复工序至基坑底基底排水沟,基底施工。
土钉墙施工随土方开挖进行,基坑边坡原则上分段分层开挖,采用“中心岛”开挖方式,即先沿基坑边线开挖出10m宽条形护坡作业面。
土方开挖至土钉设计标高下0.5m后,采用机械成孔,孔径110mm,并对孔深、孔径、倾角进行控制。成孔后及时插放钢筋,并注浆。土钉杆体采用水灰比为0.5,P.O32.5普通硅酸盐水泥浆注浆,在一次注浆完成2.0h内进行二次补浆,并将孔口封堵。
喷射砼施工采用分段进行,同一分段内喷射顺序按照自下而上施工。面层喷射100mm厚C20细石混凝土,混凝土配合比为水泥:砂:石=1:2:2。
5施工监测
基坑支护工程监测内容为:土钉墙顶部水平位移观测;基坑周边沉降观测;地下水位监测。
5.1地下水位监测
5月10日项目开工,到6月22日降水井施工完毕连续抽水后,水位基本维持在8m左右,不能满足施工的要求。经过分析,增加Ⅱ区水泵数量、调整水泵抽水深度后并昼夜抽水,使水位下降到开挖面1.0m以下。
5.2基坑位移监测
土方开挖前测定基坑坡顶水平位移、沉降位移初始值;坡顶水平位移、沉降监测点沿基坑坡顶边线设置,间距约30m;土方开挖过程中,每日监测一次。沉降观测的基准点设置在基坑开挖影响范围之外市政道路上。
水平位移的观测采用视准线法,以南侧基坑水平位移监测为例(见图4),在要进行位移观察的基坑槽壁上设一条视准线,并在该视准线两端基坑影响范围之外设置两个工作基点A、B,分别作为主站点及后视点,然后沿着该视准线在槽壁上分设若干观测点,直接在读数尺读出测点的位移。
开挖到设计深度,通过对水平位移监测数据分析,Ⅰ区6m深的基坑坡顶最大水平位移10mm,基坑顶部的侧向位移与开挖深度之比1.7‰,Ⅱ区11m深的基坑最大水平位移接近30mm,基坑顶部的侧向位移与开挖深度之比小于3‰,满足设计提出的监测值控制标准要求坡顶位移的警戒值30mm。以南侧基坑水平位移监测为例,变形发展见正常位移变形曲线(图5)。
6雨季中出现的危机情况和处理措施
7~8月北京地区进入雨季,夏季雨水天气给施工带来了不便和影响,随着几场暴雨的来临,危及边坡支护
安全的险情不断出现。
6.1危机情况
基坑边坡锚钉和面层喷射混凝土已施工完,在坑壁局部出现了出水点和悬挂水。基坑东侧边坡坑壁出水点水量逐步加大并迅速形成涌水和涌砂现象,东侧1~A轴到1~E轴土体局部塌方,紧临基坑5m的艺术学校院内侧出现裂缝。
南侧临住宅小区基坑支护变形超过警戒值,地面最大裂缝65mm(图6),实测南侧12#、13#观测点水平位移75mm,最大沉降位移170mm。水平位移变形发展见雨季位移变形曲线(图5)。
基坑西、北两侧场地条件较好,全部进行了硬化处理。从观测数据分析,开挖到设计深度,基坑坡顶水平位移在雨季中变形稳定。
6.2危机处理
对于坑壁局部渗水,在基槽四壁增加泄水孔,孔深0.6m,高度距槽底0.8m,间距2m。在护壁中插入周边带孔眼的包网塑料排水管,把局部渗水通过暗埋在土钉坡面内的塑料排水管引入基坑周边排水沟及集水坑中,利用水泵及时抽排,加快边坡粉土层排水固结。
基坑东侧1~A轴到1~E轴采取分级支护,首先把高2.5m,宽4.0m的土卸除,在-7.0m位置增加一排7-Φ5预应力锚杆,长度16m。
基坑南侧12#、13#观测点变形最大的位置延长到临近观测点,即11#~14#观测点之间近100m范围内边坡角堆土卸荷,堆土3.0m高,3.0m宽。在基坑南侧-3.0m位置增加一排7-Φ5预应力锚杆,长度16m。
按上述措施进行施工和危机加固处理后,对整个基坑及邻近建筑物的位移进行了跟踪监测,各观测点均处于稳定状态。同时对基坑开挖后,地面裂缝的开展情况进行了跟踪监测,各观测点的裂缝均处于稳定状态。
6.3原因分析
6.3.1经过现场复查,基坑东侧艺术学校院内离基坑水平距离6.5m,埋深3.5m,沿基坑分布两条污水管道,从南往北走向,将土体在垂直方向切成两段。院内雨水排入污水管道,污水管道不畅通,雨水渗入土体,致使东侧1~A轴到1~E轴基坑失稳,土体下滑。对本工程基坑周围地下管线埋设情况掌握不准确,场外来水影响了基坑的稳定。
6.3.2基坑南侧临住宅小区绿化带,坡顶距现状围墙2.0m。实测场地高差:场内比场外低0.5m。雨水渗入土体,基坑深度范围内的粉细砂地层,加上中间粉质粘土隔水层,影响半径小和渗透系数小,降水难度大,影响了基坑的稳定。
6.3.3基坑西、北两侧场地条件较好,全部进行了硬化处理。通过对水平位移监测数据分析,开挖到设计深度,基坑坡顶水平位移在10mm以内,变形稳定。说明水源远近是影响基坑稳定的主要因素。地表水渗入土体造成坡体土层的力学性能指标严重下降和坡体水压力增加。
7结论
7.1实践证明[2]:土钉墙支护结构对水的作用特别敏感。土的含水量的增加不但增大土的自重,更为主要的是会降低土的抗剪强度和土钉与土体之间的界面粘结强度。后者是土钉能够起到加固和锚固作用的基础。
7.2基坑施工监测和动态设计对土钉墙支护结构非常重要。本工程南侧基坑水平位移在雨季发生较大变化后,根据实际情况及时对设计作出必要的修改,取得了很好的效果,避免了倒塌事故。
参考文献:
【关键字】土钉支护技术,深基坑,应用研究
一、前言
现今国内的高层建筑中土钉支护技术应用的很广泛,也是高层建筑的施工重点。很多的建筑工程由于土钉支护技术的失误,结果造成了巨大的经济损失,同时也是建筑工程的工期延误。所以,在建筑工程中,我们应当确保深基坑的安全性和质量,这就需要我们采用土钉支护技术进行深基坑的施工。土钉支护技术的造价较低,施工方法简便,同时工期较短。本文主要通过对土钉支护技术在深基坑中的设计、施工以及检测和在雨季中的处理对策等内容进行分析,从而保证建筑工程的质量和安全。
二、工程概况
笔者所在公司负责某市的一座综合楼,该楼的建筑面积是9.5万平方米。全部采用钢筋混凝土框架结构,该楼有22层,并且有地下室,基坑开挖的深度为9米。通过地质勘查报告可以知道,影响场地基坑支护影响的岩层包括填土层、粉土、黏土、粉砂等。粘土没有钻穿,现场测验有两层地下水,第一层地下水的深度是2到12米,第二层地下水的深度为14米。深基坑东临城市主干道,西侧是住宅区,北侧是一宾馆。
三、基坑支护设计方案
通过现场的地质勘查情况,同时还考虑到工程的安全、经济以及周边情况等因素,对于该工程,我们可以采用土钉支护技术和护壁桩两种施工方案。同时通过地质勘查报告,可知,该场地地下水位较高,因此实际开挖地下3米左右就可以见到地下水。。
1.基坑降水
为了使地下室能够干燥作业,我们使用12口径的管井进行抽水,将降水井安置在距离开挖线1米处,考虑到可能将地下水降到基底一下1米处,因此要在基坑周围布置82口管井,每口管井的距离为八米,在基坑内部布置渗井。降水井的深度为13米左右,将管底封死,同时在管外填上滤料。
2.土钉支护
由于地下结构施工对空间的要求,因此基坑侧壁和地下结构外墙之间的水槽为0.8米,同时土钉墙的高度应该为12米,土钉墙的坡度大约为1:0.2,同时还布置8排土钉。使用20HRB335型号的钢筋,保持水平间距在1.5米。土钉的长度为5米到九米,孔径是110毫米,排拒是1.5米。同时在第二排要采用预应力锚杆,长度为15米。
四、土钉支护施工技术
1.土钉支护工艺原理
土钉支护技术就是在依次开挖基坑土方而形成的坑壁中,通过采用机械进行钻孔,从而将土钉放到孔内,然后向孔内注入混凝土,然后在挂上钢筋网,最后喷射混凝土面层结构,这样就使其形成共同支撑的结构体系,经过这样的施工,一直到挡墙支护完全。
2.工艺流程
首先是基坑降水施工,接着是土方开挖至土钉标高下50cm,然后是土钉成孔,接着是杆体支放,接着注浆,接着坡面修正,接着铺设钢筋网,然后喷射混凝土,然后重复工序至基坑底,最后基底排水沟。
3.基底施工
对于土钉墙的施工,必须要根据开挖来进行,对于基坑的边坡一般应该按照分层分段开挖的原则进行开挖,采用中心岛的开挖方法,也就是说,首先将基坑沿线挖出10米左右宽度的护坡作业平面。将土方开挖到土钉标高一下0.5米处,同时采用机械成空方式,孔径大约为110ram,同时还要控制好空的深度、孔径以及倾角。在成孔以后,要迅速的向孔内插放钢筋,同时进行注浆。土钉杆体的水灰比为0.5,用普通硅酸盐水泥浆进行注浆。在第一次注浆完成后两个小时内,进行第二次注浆,同时要将孔口进行封堵。对于喷射砼施工,我们分段进行在统一分段内,喷射的顺序为自下而上。
五、施工监测
1.地下水位监测
从6月21日项目开工到7月17日,对降水井施工完毕并进行连续的抽水后,必须要保持水位在十米左右,可以达到施工的标准。
2.基坑位移监测
在进行土方开挖之前,要对基坑坡顶的水平位移以及沉降位移进行测定,得到原始值。水平位移很沉降位移的监测点沿着基坑坡顶的变现布置,距离为三十米。在进行土方开挖时,要每天检测一次。将沉降监测点布置在深基坑开挖可能影响范围内的市政道路上。对于水平位移,我们采用视准线法,就是说在需要进行位移监测的基坑槽壁上布置一条视准线,并且在改线两端深基坑可能影响的范围内设置两点A、B,将他们作为监测的主站点和后视点。接着就沿着改线在槽壁上设置几个观测点,就可以直接在读数尺上读出位移。
六、雨季中出现的危机情况和处理措施分析
7到8月间,该地区就进入了雨季,雨季给深基坑施工带来了很多的不便和影响,同时伴随着暴雨的来临,边坡支护的安全就面临很大的挑战。
1.危机情况的出现
在基坑的边坡锚钉和面层喷射混凝土施工完以后,在坑壁的局部就出现了一些出水点,同时在基坑西侧的边坡坑壁上,出水点有不断加大并进而形成涌水或者是涌砂的现象。同时在西侧的土体局部的变形变大,有些观测点点的水平位移达到75ram,沉降位移达到90mm。在基坑的北侧和东侧的情况要好一些。通过我们的观测数据分析可知,土方开挖到预先设计的深度,基坑边坡的水平位移相对比较稳定。
2.处理措施
对于坑壁局部渗水,在基槽四壁增加灌水孔,孔深0.6m,高度距槽底0.8m,间距2m。在护壁中插入周边带孔眼的包网塑科排水管,把局部渗水通过暗埋在土钉坡内的塑料排水管引入基坑周围排水沟及集水坑中。利用水泵及时抽排,加快边坡粉土层排水固结。
基坑东(3—1)轴到(3—7)轴采取分级支护.首先把高2.5m.宽4.0m的土卸除。在-7.0m位置增加一排预应力锚杆,高度16m。
按上述措施进行施工和危机加固处理后,对整个基坑及邻近建筑物的位移进行了跟踪监测。各观测点均处于稳定状态。同时对基坑开挖后,地面裂缝的开展情况进行了跟踪监测,各观测点的裂缝均处于稳定状态。
3.情况分析
通过现场的勘查,基坑西、北两侧场地条件较好,全部进行了硬化处理.通过对承平位移监测数据分析,开挖到设计深度,基坑坡顶水平位移在10mm以内,变形稳定。说明水源远近是影响基坑稳定的主要因素,地表水渗入土体造成坡体土层的力学性能指标严重下降和坡体水压力增加。
七.结束语
土钉支护技术在深基坑施工中的应用十分广泛,对于深基坑施工具有重要的意义。
参考文献:
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[5]赵乃志 刘丹 张敏江 姚静 复合土钉支护技术在深基坑工程中的应用 (被引用 2 次) [期刊论文] 《沈阳建筑大学学报(自然科学版)》 ISTIC PKU -2007年3期
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【关键词】深基坑,施工技术,支护施工,分析探讨
中图分类号:TU74 文献标识码:A 文章编号:
前言
在建筑工程施工过程中,为保证房屋建筑基础及地下室的正常施工和周围建筑物、地下管线不受损害,需对地面以下开挖的土体所进行的一系列勘察、设计、施工和检测等工作,统称为深基坑工程。作为建筑施工过程中的一个重要组成部分,确保深基坑的施工质量具有重要意义。
二、深基坑施工技术要点分析
1、转变传统深基坑工程设计理念
我国的深基坑技术经过长时间的不断实践和发展,已经取得了一定的成效,初步摸索出变化支护结构实际受力的规律,为建立健全深基坑支护结构设计的新理论和新方法打下了良好的基础。但对于深基坑支护结构的实际设计和施工方法仍处于摸索和探讨阶段,到目前为止,我还对于支护结构的设计上还没有统一的标准和规范。还沿用一些传统的计算理论,从而造成计算结果与实际工程施工中的受力差别较大,在很大程度上增加了支护结构的不安全性,因此我们应彻底改变传统的设计观念,逐步建立以施工监测为主导的信息反馈动态设计体系,从而促进我国深基坑工程的健康发展。
2、重视变形观测, 并注意及时补救
深基坑支护结构变形观测的内容包括:基坑边坡的变形观测、及周围建筑物及地下管线变形观测等。通过对监测数据可以及时分析并及时了解土方开挖及支护设计在实际应用中的情况,分析其存在的偏差便可以及时的了解基坑土体变形状况以及土方开挖影响的沉降情况还有地下管线的变形情况等。对设计中存在的偏差,在下部施工中及时校正设计参数,对已施工的部位采取恰当的补救和控制措施,为此,要求现场变形观测的数据必须准确、可靠、及时,要求变形观测人员严格按照预定设计方案精心测量、认真负责,保证观测质量。如果在实际测量中确实发现异常情况,就需要即时研究采取措施以防止其恶化。而一旦出现大的变形或滑动,立即分析主要原因,做出可靠的加固设计和施工方案,使加固工作快速而有效,防止变形或滑动继续发展。研究和应用已有的基坑工程行业的和地区性规范以及当地的工程经验。对于重大复杂的基坑工程目前国内采用专家论证的形式,对保证工程安全、降低造价是有效和现实的一种方法。
3、深基坑过程的信息化
基坑工程实施阶段必须采用信息化施工,实时跟踪监测基坑支护结构和地下水治理系统的工作性状以及周围环境的动态变化,并及时采取有效应变应急措施,确保环境安全。基坑工程施工过程中必须进行监测,制定切实可行的详细的监测方案,并通过监测数据指导基坑工程的施工全过程。
三、建筑基坑支护施工技术探讨
1、逆作法技术
逆作法技术,主要是指在地下室基坑周围预先安置若干混凝土钻孔灌注桩或人工钻孔桩,在此基础上,逐层向下开展施工工作。就目前来说,逆作法工程施工技术是建筑基坑支护施工中比较先进成熟的施工技术。它采用平行立体操作的方法,对气候环境依赖性较小,能够充分的利用地下空间,最大限度的缩短工程期限。土方开挖和上部施工交替进行,很大程度上降低了由上部荷载造成土体持力层的压力。一般来说,在建筑工程基坑较大的情况下,要优先考虑逆作法技术施工,这样一来,能够使地下室的结构主体得到充分的利用,最终实现支护目的。但是,在使用逆作法技术时,其支撑位置的设置会受到一定的限制,使建筑工程开挖工作变得复杂。
2、土钉和复合土钉墙
土钉在加固和锚固建筑施工现场土体的杆件中发挥着重要的作用,一般来说,土钉墙包括加固后的原位土体、密排的土钉、防水部分和混凝土喷射表层等。土钉主要凭借土体受力变形时产生的被动粘结力或摩擦力来发挥支护作用。
建筑基坑支护施工局限于场地的大小,不利于进行放坡,当建筑基坑附近有可供施工利用的土体,施工区域的地下水位较低或给排水条件好的情况下,应采用土钉和复合土钉墙支护施工技术。土钉和复合土钉墙支护技术变形小、施工方便、对周围环境影响小、工作量小、节省原料、工程工期短等优点。区域地下水位以上或经过降水处理之后的砂土粉、质土、粘土等土体较适合采用土钉和复合土钉墙支护技术。
一般来说,土钉和复合土钉墙具体的施工过程是:首先,在工程施工的土体中进行预制钻孔。其次,在其中嵌入钢筋,然后采用低压或高压灌浆对土体进行水平孔灌浆,如果属于擦用重力灌浆则进行倾斜孔灌浆钻孔灌浆,如果施工需要,要进行二次高压灌浆,保证土钉的承载力。最后,将钢筋网片覆在表层,进行混凝土工作喷射,分层开挖土方。
3、排桩支护技术
在建筑基坑支护施工技术的应用中,桩排支护技术是其中较为常用的技术。桩排支护技术主要利用混凝土灌注桩或钢桩支撑施工土体,在土体的内部安置支撑构件或锚杆配合桩体对土地进行支护。一般来说,在具体的建筑工程中,应该根据工程施工的实际情况灵活选用内撑式支护结构、锚杆式支护结构、悬臂式支护结构和拉锚式支护结构等。在进行排桩支护时,对于钢桩来说,其承载力高,能够二次利用,但成本相对较高;而混凝土灌注桩具有施工方便,布置简单,造价经济等优点,在施工中应用较广。
在建筑施工过程中,应用排桩支护技术,一般来说,根据施工沉桩的方式,钢桩预制桩可以分为单独打入法钢桩和围檩打入法钢桩。根据施工成孔的类型,灌注桩可以分为干作业成孔灌注桩、套管成孔灌注桩和泥浆护壁钻孔灌注桩。混凝土灌注桩对钻孔质量、钢筋放置、混凝土灌注等要求较高,在工程施工时注意桩位偏差、桩底余渣、桩身完整性等情况的监测。而预制桩则要桩身挠曲度、位置、桩身表面缺陷、桩的尺寸等情况进行监测。建筑基坑施工中,使用排桩支护技术的工程,要等支护工作施工完成之后,才可以进行开挖工作。如果排桩处于的含有地下水土层时,一定要采用适当的隔水、止水措施,确保施工现场基坑内部和周围建筑的安全。在建筑基坑深度过大的情况下,要采用排桩和锚杆相结合的支护方式,在排桩墙上安置锚杆以增强土体承载力。
4、放坡开挖技术
通常,按照规定的角度对建筑基坑支护结构进行放坡施工,就是我们平时所说的放坡开挖。在建筑基坑支护施工技术中,放坡开挖技术经济方便。该技术在工程施工过程中需要许多挖好的土方,如果建筑工程所处的位置地下水位较低、给排水条件好、使用范围较广、地质条件优越,那么在项目工程中实施放坡开挖对周围的建筑物就不会造成较大的影响。
在具体的项目工程实施中,必须结合具体的施工情况选择恰当的类型。在工程放坡开挖时如果边坡太大,很可能会导致土体不稳,引起土体塌方;相反,若是边坡的坡度过小,那么就会导致施工人员的工作量增加和土体空间的浪费,还会给周围建筑物埋下安全隐患。所以,在建筑基坑支护施工中,要高度重视边坡的大小。
四、结束语
深基坑是整个建筑工程施工的重要内容,加强对施工技术的控制,严格采取合理的支护措施,并做好基坑的排水施工,有助于提高整个工程的安全性和稳定性,也有助于提升工程质量,实现较好的社会经济效益。
参考文献:
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