放坡土钉墙支护技术在基坑工程中的应用

□□ 王亚超,王 鹏,冯 朝,邓福立,陈生宏

(中国建筑土木建设有限公司,北京 100073)

引言

近年来,我国的城市建设发展迅速,地下空间开发数量和规模不断增长,相应的基坑工程也在不断增多。为应对这一情况,基坑围护及开挖技术也日益完善。其中,土钉墙支护技术是根据20世纪50年代的土层锚杆技术和60年代的加筋土挡墙技术发展起来的。在土质条件较好、周边环境较简单的基坑支护,运用放坡土钉墙支护可取得良好的经济效益。因此,土钉墙支护技术是当前基坑支护中的主要技术之一。现结合某工程案例,阐述放坡土钉墙支护在优选基坑支护方案中的应用和优势[1]。

1 工程概况

1.1 场地概况

山西省长治市小常片区小常村城中村改造建设项目位于长治市大辛庄镇泽头村,紧邻X697县道。拟建建筑物包括2栋24层住宅楼、8栋25层住宅楼、2栋3层商业、3栋4层商业和地下车库。场地整平标高为920.2～921.5 m,其中西侧施工道路标高为921.3 m,西北侧施工道路标高为921 m,东北侧施工道路标高为920.7 m,东侧施工道路标高为921.5 m,南侧施工道路标高为920.2 m。基坑底标高为914.7 m,基坑开挖深度为5.5～6.8 m,基坑平面呈矩形,东西向为232 m,南北向为243 m,周长为1 141 m。

1.2 工程地质条件

根据地质勘查报告,场地地基土从上至下共分为10层,现依层序分述如下:

第①层:湿陷性粉质黏土(Q3al+pl)。表面通常覆一层0.3～0.5 m深的人耕植土。土壤黄褐色,含有海桐、氧化物、植物根系和菌丝等。稍有光泽,无明显摇振反应,干硬度和弹性一般,为可塑状态,具有中等缩性,压缩系数a1-2介于0.178～0.271 MPa-1之间,平均值为0.207 MPa-1;预压标贯击数为5.0～9.0击,平均值为7.2击;静力触探锥尖阻力qc厚度加权平均值为3.03 MPa。该层湿陷系数介于0.019～0.129之间,具轻微-强烈湿陷性。

第②层:粉质黏土(Q2al+pl)。驼色棕红和淡黄红色,内含海桐和氧化物等,常掺杂有细粉质砂土组成,或带有少许钙质结核;外观略有金属光泽,无明显摇振反应,干硬度与韧性均中等,呈可塑状,有中等压缩力,压缩系数a1-2在0.138～0.246 MPa-1之间,平均值为0.178 MPa-1;堆载预压信标贯击数为6.0～12.0击,平均值为9.9击;静力性能触探锥尖阻力qc厚度加权平均数为2.78 MPa。

第③层:粉质黏土(Q2al+pl)。棕灰色和棕黄色,有海桐和氧化物等,内含一些钙质结核和锰斑,局部常混少量粉土和细砂子物质。稍具金属光泽,无摇振反应,干硬度和弹性一般,为可塑状态,具有一定压缩力,压缩系数a1-2在0.208～0.382 MPa-1之间,平均值为0.283 MPa-1;预压标贯击数为5.0～10.0击,平均值为7.8击;静力性能触探锥尖阻力qc厚度加权平均数为1.27 MPa。

第④层:粉质黏土(Q2al+pl)。褐灰色和淡紫红色,有海桐和氧化物等,也有一些钙质结核和锰斑,有黄色条纹,由部分混粉土和砂子组成。稍具金属光泽,无摇振反应,干硬度和弹性为一般,可塑状态,具有一般压缩力,压缩系数a1-2介于0.163～0.340 MPa-1之间,平均值为0.238 MPa-1;实测标贯击数为9.0～17.0击,平均值为14.1击;静力触探锥尖阻力qc厚度加权平均值为2.98 MPa。

第⑤层:粉质黏土(Q1l)。豆绿色、浅绯红色和灰绿色,有锰斑、钙质结核、黄色条纹、扁卷螺壳碎片、灰色斑和锈斑,部分夹有淤泥透镜体。略有光泽,无振动,干强度和韧性一般,塑性硬塑。具有中等压缩性,压缩系数a1-2在0.148～0.268 MPa-1之间,平均值为0.202 MPa-1;测得的标贯击数为17.0～25.0击,平均值为20.9击。

第⑥层:粉质黏土(Q1l)。淡紫色和棕黄色,有锰斑、黑色条纹、扁轧螺壳碎片和锈斑。略有光泽,无振动,干强度和韧性一般,塑性硬塑。具有中等压缩性,压缩系数a1-2在0.137～0.282 MPa-1之间,平均值为0.192 MPa-1;实测标贯击数为23.0～33.0击,平均值为27.5击。

第⑦层:粉质黏土(Q1l)。豆绿色、棕黄色和淡紫红色,有锰斑、黑色条纹、扁螺壳碎片、锈斑和石灰结核。略有光泽,无振动,干强度和韧性一般,塑性硬塑。具有中等压缩性,压缩系数a1-2在0.143～0.239 MPa-1之间,平均值为0.181 MPa-1;标准穿透的实测命中数为30.0～38.0次,平均值为33.7击。

第⑧层:粉质黏土(Q1l)。棕黄色和豆绿色,有锰斑、扁螺壳碎片、锈斑和石灰结核。略有光泽,无振动,干强度和韧性一般,塑性硬塑。具有中等压缩性,压缩系数a1-2在0.133～0.267 MPa-1之间,平均值为0.196 MPa-1;实测标贯击数为35.0～43.0击,平均值为38.8击。

第⑨层:粉质黏土(Q1l)。豆绿色和浅紫红色,有锰斑点、黄色条纹和扁平的蜗牛壳碎片。略有光泽,无振动,干强度和韧性一般,塑性硬塑。具有中等压缩性,压缩系数a1-2在0.136～0.266 MPa-1之间,平均为0.198 MPa-1;实测标贯击数为41.0～48.0击,平均值为44.6击。

第⑩层:粉质黏土(Q1l)。深豆绿色、棕黄色和深红色,有锰斑点、贝壳碎片和石灰结核。略有光泽,无振动,干强度和韧性一般,塑性硬塑。具有中等压缩性,压缩系数a1-2在0.130～0.275 MPa-1之间,平均值为0.180 MPa-1;测得标贯击数为47.0～57.0击,平均值为52.1击。

土层物理力学取值见表1。

表1 土层物理力学取值

1.3 水文条件

场区内地下水为孔隙潜水,主要含水层为第③层粉质黏土,主要以大气降水入渗及侧向迳流补给。实测水位标高为912.6 m,基坑开挖最低处标高为911.6 m,最低降水水位需降至911.1 m,即降水深度为1.5 m,主要迳流方向为由东南向西北。地下水位年内季节性变化幅度为1 m。

2 常见基坑支护技术比选

在城市建设和基础设施建设中,基坑支护是一项至关重要的工程技术。它可以确保建筑物或其他结构的基础得到充分保障,同时保护周围环境和人员安全[2]。在进行基坑施工时,选择合适的支护技术非常关键,应根据工程的不同需求选择不同的支护方式。

2.1 钢支撑

在开挖前支护中,钢支撑主要承担支撑力和保护土体免受挖掘活动的影响。在开挖后支护中,钢支撑通过构建一系列水平和垂直支撑结构来保证基坑壁的稳定性和安全性。相比于其他基坑支护技术,钢支撑具有灵活性好、抗震性能好、施工效率高和维护成本低等优点。其缺点有成本较高、空间需要较大、施工过程中会产生噪声等。因此,在选择基坑支护技术时,需要综合考虑各种因素,并根据具体情况选择最适合的支护技术。

2.2 土钉墙

土钉墙是一种常见的基坑支护技术。它通过将钢筋混凝土桩固定在土壤中,再用钢丝绳将墙面与桩连接起来,形成一道支护墙。这种技术适用于较深的基坑和较大的建筑物,具有抗震性强、适用范围广和施工速度快等优点。土钉墙在加固边坡的同时,也可以增加土体的承载力。土钉墙也适用于较高边坡和多次变形边坡的支护。相比其他支护技术,土钉墙的成本较低,因为其所用材料和工艺较为简单,且施工过程较为便捷。

2.3 放坡

放坡是一种常见的基坑支护技术。这种方法是通过在土方开挖后将土方边坡按一定坡度向基坑内侧倾斜,以达到减小基坑深度和减少支护压力的目的。放坡法的优点为施工简单、成本较低和适用范围广等,适用于一些较浅的基坑支护。但放坡法用地面积较大,施工后坡度较陡,对周围环境有一定影响。同时,较大的坡度会增加基坑开挖时土方量,导致基坑的形状与体积变化较大。因此,在选择基坑支护技术时,需要考虑放坡法的局限性,以确定最佳的支护方案。

3 基坑现场及土钉墙技术的运用

3.1 周边环境开阔

该基坑西侧距临湖南路道路中心线最近位置40 m;北侧为空地,场地比较空旷;南侧为空地,场地比较空旷;东侧为空地,场地比较空旷;基坑周边2 m范围内严禁堆载,2 m以外荷载堆放不应>30 kPa。

3.2 放坡土钉墙技术

在进行放坡土钉墙施工技术选用时,需要考虑土地坡度和土壤稳定性等因素。在施工过程中,需要采取放坡措施,以便使得墙体能够更好地适应地形和土质条件。放坡土钉墙技术需要密切配合挖掘和支护工作,已确保每一层的开挖深度符合要求,即为土钉壁以下0.5 m。在施工过程中,需要按照设计要求进行孔位布置、钻孔、土钉安装、灌浆、钢网铺设和混凝土喷涂等工作,确保土钉的长度、位置和倾斜角度等符合要求。基坑支护如图1和图2所示。

图1 基坑支护平面布置图

图2 土钉墙基坑支护剖面图

(1)钻孔过程:需要使用机械钻头进行钻孔,孔径为100 mm,孔之间的水平和垂直距离不得>50 mm和100 mm。土壤钉必须以15°水平角安装,其长度不得小于设计长度,位置允许偏差为100 mm,倾斜角度的允许偏差为3°。土钉应该严格按照设计要求制造,每排土壤钉具有指定的长度和直径。土钉放置在孔的中心,每2 m焊接一个定心支架,长度偏差应在±50 mm以内,灌浆应确保土壤钉充分填充。土钉通过纵向和横向钢筋连接,钉头牢固地焊接在钢筋上。注浆过程使用水灰比为0.5、强度为20 MPa的水泥浆进行,浆料应混合均匀。将注浆管插入孔底,在抽出管的同时缓慢注入灌浆,压力≮0.5 MPa[3],当浆料到达孔口时应密封孔。如果浆料凝固后不能填充锚体,则应补充。

(2)钢网铺设。使用网孔尺寸为150 mm×150 mm,Φ6圆钢,垂直和水平搭接长度为300 mm。应使用拉线将钢筋每隔一个网格绑在一起,钢筋应在重叠处用两股钢丝绑扎。混凝土喷涂应在土钉墙钢网固定后进行。在喷涂混凝土前,应先清理墙体表面,确保其干燥、光滑和清洁。然后,在墙体表面上涂上一层基础喷涂料,以增强混凝土与墙面的粘合力。基础喷涂材料与混凝土材料相同,但可以适当添加一些增粘剂和粘合剂来增强附着力。在喷涂混凝土时,应使用特殊的干式喷涂设备[4]。混凝土喷涂应分段进行,从下到上进行喷涂。每一段喷涂的厚度不应>40 mm。混凝土强度应为C20,以确保土钉墙的稳定性和耐久性。为了确保喷涂混凝土的质量,施工过程中应注意问题:一是应在适宜的气温和湿度条件下进行,以确保混凝土的初始强度和硬化速度;二是应保持喷涂机的距离和角度稳定,以保证混凝土的均匀喷涂和表面光滑;三是应定期检查喷涂混凝土的质量和厚度,以确保土钉墙的稳定性和安全性。

(3)土钉墙施工。为了满足放坡要求,需要在设计和施工中考虑放坡因素。可以通过调整土钉墙的布置和长度、设置梯形挡墙、挖掘出梯形坑道等措施来实现放坡。在布置土钉墙时,应根据斜坡情况和放坡要求,合理地选择土钉的长度和间距,并保证钉头位置和角度的准确性。斜坡放坡是土钉墙施工中不可忽视的问题,需要在设计和施工中认真考虑和解决。通过合理的放坡措施,可以有效地降低支护难度和成本,提高土钉墙的施工效率和安全性[5]。在施工过程中,应严格按照设计规范进行施工,以确保土钉墙的稳定性和耐久性。

4 结语

以长治市小常片区小常村城中村改造建设项目为例,经过对工程概况和土质条件等因素的综合分析和比较,施工选用了放坡土钉墙作为基坑支护方案,并采取了相应的施工措施和监测手段来确保工程的安全和稳定性。施工结果表明,该方案在经济、安全和施工便利等各方面效果良好,证明了放坡土钉墙支护技术在适当条件下是一种可行且可靠的基坑支护方法。