深基坑土钉墙支护设计与施工

来源:用户上传      作者: 刘广宇

　　1、前言
　　土钉墙施工技术是近十几年来迅速发展起来的一种土体加固方法。美、法、德等国都曾对土钉墙作过较多的试验究、理论分析计算和工程应用,目前在法国和德国约一半的深基坑采用土钉墙护坡。我国从上世纪80年代后期开始应用,目前许多大中城市的基坑工程广泛应用土钉墙进行支护,在高速公路修建、水利、矿山的建设中也得到应用。
　　土钉墙由被加固土体,放置于土中的土钉体和附着于坡面的面板组成。天然土体通过土钉的就地实施加固与砼面层相结合,形成一个类似重力墙挡土墙,以此来抵抗墙后传来的土压力和其它作用力,从而保证开挖坡面的稳定。
　　2、土钉墙的设计与施工
　　土钉墙的设计包括下列内容:(1)确定土钉墙的结构尺寸及分段施工长度与高度;(2)设计土钉的长度、间距及布置、孔径、钢筋直径;(3)进行内部稳定性分析计算及辅助计算;(4)设计面层及注浆参数;(5)土钉墙变形分析计算;(6)进行构造设计及质量控制设计;(7)现场监测;
　　土钉墙的整体稳定性分析可采用简化圆弧滑裂面条分法。
　　土钉施工机械可采用洛阳铲、螺旋钻、水平钻机等干法(湿法)成孔设备,注浆采用一般的注浆设备即可,土钉直径一般为60mm-
　　150mm,土钉长度宜为开挖深度的0.5一1.2倍,土钉间距宜为1.0-1.5m,土钉与水平面夹角为3。一5。。
　　3、工程实例
　　3.1工程概述。某炼油厂拟建二个地下油库,做为卸油台前临时储油罐。需要开挖深基坑二处,每处面积为29x27m2,开挖深度为4.9m,因平面位置两面围墙,一面为原有厂房,另一面为设备安装场地,不允许放坡,放坡后处理费用昂贵。要求进行支护,支护面作为构筑物外模使用。基坑平面尺寸见(图l)。
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　图1基坑平面示意图岁
　　3.2场地工程地质条件及地下水。根据场地地质勘察报告,场地土层分布自上而下为:a、耕作土:整个场地分布,厚度0.5一0.8m局部为人工填土。b、粉质粘土:可塑为主,含铁锰结核,局部为细砂薄层,厚度为5m一7m。c、砂层,厚度为1.0m―2.0m,基坑开挖未到此层。
　　场地地下水稳定深度为l.5m~l.8m,地下水主要分布于粉质粘土层裂隙及砂层中,补给来源主要靠大气降水,地下水对砼无侵蚀性。
　　3.3土钉支护设计。根据场地工程地质条件,土层结构及周围建(构)筑物的情况,决定采用直立边坡进行支护,要求垂直度不超过2º,最大变形不超过20mm。
　　3.3.1支护方案选择。通过对人工放坡、人工挖孔桩、钻孔桩、土钉墙支护等方案,从技术经济和进度等方面进行对比,决定采用土钉墙支护方案,其特点是造价低,经测算比人工挖孔桩低50%。工效快不单独占用工期,可边挖土边施工,待土方开挖完后,土钉墙支护已形成。
　　3.3.2土钉墙设计计算
　　 (1)计算参数。土钉墙支护深度范围内主要为粉质粘土层,综合其它因素,土层计算参数取C=20kpa ,Φ=18º,土的重力密度r= l9KN/m3,基底摩擦系数, µ=0.25,挡墙处理厚度B=2.5m,挡墙深度H=5.0m。
　　通过分析计算,最后选定土钉墙参数为土钉平均长度为4.5m,横向间距1.0m,纵向间距为0.6m,土钉墙钢筋采用ф16、ф12两种螺纹钢筋,土钉直径为60mm-90mm,共布设7排,土钉与水平夹角10º。设计平均拉力为50kN。墙面砼厚度80MM一100MM,设计强度等级为C20,面层钢筋网用ф6.5@300x300。土钉墙典型剖面图见(图2)
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　图2土钉墙典型剖面图(单位:m)
　　(2)安全系数计算主要结果如下:
　　a、整体稳定最小安全系数:Kmin= 1.62
　　b、单根土钉抗拔力安全系数:KB=l.52
　　c、土钉整体抗拔力安全系数:KF=1 .59
　　d、外部稳定抗滑安全系数:KN=1.53
　　e、外部稳定抗倾覆系数:KQ=5.62
　　4、基坑土钉墙施工
　　土钉墙施工随着土方开挖分段分层施工的,开挖分三次进行,第一次l.2m,第二次2.0m,第三次1.8m,开挖到位后,辅以人工修面。
　　土钉采用改装后的5m小钻和水平机成孔,成孔直径为60mm, 90mm两种,成孔后,插人钢筋和注浆导管,用注浆机灌注水泥净浆,水灰比为O.5,采用普通P32.5硅酸盐水泥,等水泥浆初凝后,补注浆一次,为保证浆体与周围土体紧密结合,浆液中掺人5%的膨胀剂。
　　由于施工正值雨季,为防止雨水冲刷坡面,当边坡修整达到设计要求时,立即采用砂浆抹面,抹面砂浆厚为20mm。土钉施工后辅设钢筋网,由于基坑直立,喷射砼无法施工,采用立模现浇砼,砼等级为C20,细石砼,配合比为:水泥:砂=1:1.88:3.04。待面层砼凝固拆模后,装上土钉垫板,拧紧螺丝即可,土钉结构见(图3)。
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　图3土钉结构图
　　5、质量检验和监测
　　5.1土钉正式施工后,进行土钉的现场抗拔力试验,试验部分土钉长5.0m,土钉直径ф90mm,土钉钢筋为2фl6。共试验4组。
　　土钉抗拔力试验结果
　　
　　
　　
　　
　　土钉拉动前,最大变形为12.4mm,说明土钉与土体具有良好的协同作用。
　　5.2土钉墙变形监测。土钉墙变形监测用全站仪测墙顶水平位移监测结果显示,土钉墙最大位移为9mm,一般为4mm~6mm,全部施工
　　结束后15天位移基本稳定,变形曲线见(图4)
　　6、土钉墙支护效果及评价
　　6.1该土钉墙施工期间正值雨季,经过暴雨冲刷,基坑坡面完整,坡体稳定,经过长时间暴露长达5个月,最大位移量9mm,说明边坡
　　的稳定性良好,支护是成功的。
　　6.2二处基坑节约造价50万元,缩短工期40天,取得较好的技术经济效益和社会效益。
　　6.3土钉墙用途广泛,适用于具有临时自稳土层的基坑支护或边坡加固,可作为临时支挡及永久性支挡。
　　6.4施工设备简单,易于操作,在放坡困难或大型设备不能进场时,该技术显示出独特的优越性。
　　
　　
　　
　　
　　
　　图4水平位移曲线
　　

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