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软土基坑土钉与水泥土墙联合支护设计

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cdddd 发表于 2010-3-6 22:31:17 | 显示全部楼层 |阅读模式
软土基坑土钉与水泥土墙联合支护设计
   吕嘉  孙娟
                              南京市建筑安装工程质量检测中心
                              
                              [提  要]
                              介绍了某基坑水泥土搅拌桩加土钉联合支护方案,计算结果表明该方案各个指标满足基坑稳定性要求。监测显示基坑水平变形小,整体结构未发生破坏。
                              [关键词] 软土基坑 土钉 水泥土墙 支护设计
                              
                                1  引 言
                                在基坑支护设计中,土钉墙基坑支护设计具有经济、施工方便等特点。因此,近几年来对基坑地质情况或周边环境比较良好的浅基坑,国内学者与设计人员多采用加强型土钉墙或复合型土钉墙进行支护设计。国内土钉墙支护机理以及工程应用方面也因此取得了长足进步[1~3]。
                                水泥土搅拌桩是将原状土和水泥均匀搅拌后形成的一种土的加固体。采用特殊的搅拌机械(如深层搅拌机或高压旋喷机等)在地基土中就地将原状土和固化剂(粉状或浆液状)强制搅拌,经过土和固化剂或外掺剂产生一系列复杂的物理化学反应,形成具有一定强度、整体性和稳定性的搅拌桩。施工时将搅拌桩相互搭接,连续作业,构成水泥土壁墙或格栅状墙,用以维持基坑土体的稳定,保证地下结构施工及周边环境等的安全[4]。
                                水泥土重力式挡墙作为基坑支护结构,具有以下优点:(1)水泥土加固体的渗透系数比较小,一般不大于10-7
                              cm•s- 1
                              ,因此墙体具有良好的隔水性能,不需要另作防水帷幕。(2)水泥土支护墙一般采取自立式结构,不加内支撑,所以开挖较方便。(3)水泥土墙体的工程造价比较低,当基坑开挖深度不大时,其经济效益较为显著;在地下水位较高的软土地区,用水泥土支护墙的基坑开挖深度一般不宜超过7m;当基坑开挖深度在5m以下时,可以获得较好的技术经济效果。
                                某污水处理站工程调节池基坑东西向长80m,南北向长75m,设计深度约9.7m。基坑东、北两侧为开阔地;基坑南侧距离基坑底边线36m处为高架煤气管道和电缆沟,煤气管道自重荷载约120吨,采用工字钢桩基础,基础深入基岩;基坑西侧距离基坑边界1.0m有一直径约50mm输水管道,距基坑7.6m处为泵房,泵房基础埋深2m,泵房北侧有一调节池,池底埋深3.0m;故新开挖基坑西侧需要进行重点支护。本文将针对该基坑西侧的支护设计方案进行分析。
                                2  工程地质条件
                                根据工程勘察报告,场地特殊岩土主要有填土、软土、和强风化岩。软土主要为流塑~软塑状态的淤泥质粘土和粉质粘土,强度低,变形大,灵敏度较高。因此,在未经处理的情况下,它们不宜用作拟建建(构)筑物的基持力层。
                                本场地地面标高为12.3m至13.3m。具体地层由上到下分为:(1)素填土,松散~稍密,可塑,厚1.7m;(2)粉质粘土,可塑,厚2.6m;(3)淤泥质粉质土,流塑,压缩性高,含水量大,厚5m,(4)粉质粘土,可塑,压缩性高,含水量大,厚13m;(5)强风化石英砂岩,由于埋深深度大,对基坑影响不大,故基坑支护设计计算过程中可以不考虑。主要的4层软土物理力学参数见表1。
                              表1 土层物理力学参数
                                时代与
                                成 因地层
                                代号地基土名称
                                 饱和
                                重度
                                (kN/m3)抗剪强度指标
                                φ
                                (°)C
                                (kPa)
                                Qml
                                 ①1
                                 杂填土
                                 19.0
                                 20
                                 3
                                 
                                Qal4
                                 ③1
                                 粉质粘土
                                 19.9
                                 12
                                 26
                                 
                                ③2
                                 淤泥质粉质粘土
                                 18.2
                                 5
                                 14
                                 
                                Qal3④1粉质粘土20.01430

                              
                                勘察期间测得该场区地下水水位埋深约6.0m左右。根据勘察报告,场地内地下水对混凝土结构及钢筋混凝土结构中的钢筋均无腐蚀性,对钢结构具弱腐蚀性。
                                3  基坑支护设计
                                该基坑由于东、北两侧为开阔地,采用放坡处理,南侧采用放坡+水泥土墙支护。所以支护设计的重点是要保护西侧坑外输水管、泵房和已有水池的安全。
                              图1 支护结构横剖面图 (略)
                              
                                由于基坑最大深度达9m以上,如果采用混凝土桩+冠梁支护,就必须在桩顶设置内支撑或外锚才能满足稳定性要求;但如采用内支撑,基坑内侧却没有支撑点;如果采用外锚,那么由于土体强度差,土体与锚杆(索)之间锚固力达不到要求,且受场地外侧已有建筑物基础埋深影响,锚杆(索)施工时长度就会受限制。
                                3.1 方案说明
                                根据以上分析,鉴于现场场地平面限制条件,考虑如下支护方案:
                                (1)对基坑先采用1级放坡,坡高5m,坡比1:1,放坡后在上部台阶采用土钉+挂钢筋网喷射混凝土加固,土钉水平间距1.5m,垂直间距1m,注浆浆液为水泥浆,水灰比0.45,注浆水泥量为每孔不少于50kg/m,第一道土钉长2m,第二道长8m,其余长12m,采用Ⅱ级φ25螺纹钢筋,土钉墙面用φ8mm钢筋将土钉焊接,并用素混凝土护面。
                                (2)下部采用水泥土搅拌桩作重力式挡墙支护,水泥浆搅拌桩直径取700mm,间距为550
                              mm,保障桩与桩咬合重叠200mm,搅拌桩水泥掺量为15%,格栅状布置形成挡墙宽5.2m。
                                对被动区的加固一般采用压密注浆的办法,考虑到施工难度的实际情况,这里对被动区也采用水泥土搅拌桩进行加固。
                                (3)搅拌桩和土钉墙施工结束,养护龄期达到28天要求后,再对基坑开挖至设计标高并及时对水泥土墙表面采用素混凝土护面,以防水或地表水的入渗。
                                支护结构具体情况见图1。
                              图2 水泥土墙身内力计算结果 (略)
                              
                                3.2 支护单元计算结果
                                土钉计算时,土的极限摩擦力按表2取值[6]。
                              表2 土的极限摩擦力f值推荐表
                                土类土的状态f/kPa
                                淤泥、淤泥质土流塑20~25
                                粘性土
                                 软塑25~35
                                可塑35~50
                                硬塑50~60
                                坚塑60~75
                                砂性土松散50~80
                                稍密90~150
                                中密160~210
                                密实220~300

                                根据当地相同地层中水泥土搅拌桩抽芯检测,水泥土无侧限抗压强度约0.6~1.0Mpa,取水泥土墙身力学参数见表3。
                              表3 水泥土墙身力学参数
                                水泥土墙厚度b(m)5.200
                                水泥土弹性模量E(10^4MPa)0.175
                                水泥土抗压强度P(MPa)0.600
                                水泥土抗拉/抗压强度比0.060
                                水泥土墙平均重度(kN/m3)20.00
                                水泥土墙底摩擦系数0.300

                                计算时除考虑土体自重荷载外,还考虑了基坑外侧建(构)筑物荷载。根据建筑基坑支护技术规程(JGJ
                              120-99),土钉抗拉、抗拔承载力、整体稳定性等指标计算结果均满足要求。
                                采用弹性法和经典法计算得水泥土墙身土压力、水平位移、弯矩、剪力计算结果见图2。外侧最大弯矩683.62kN•m,墙身单位宽度上受到的最大剪力为147.86kN,墙顶最大侧向变形为11.7mm。采用弹性法和经典法计算所得水泥土墙内、外侧抗拉、抗压参数满足规范要求。墙体抗滑稳定性系数大于规范规定的要求。
                                采用Bishop法计算所得整体稳定性结果见图3。上部土钉墙整体稳定性系数为1.693,基坑边坡的整体稳定安全系数大于1.384,边坡是稳定的、安全的。
                              图3 基坑整体稳定性计算结果(略)
                              
                                4  效果验证
                                基坑开挖后,水泥土墙面未发生开裂、漏水现象。
                                根据布置的基坑监测项目所得的支护结构水平位移监测资料标明,水泥土墙顶最大水平位移为17.0mm,水泥土墙在竖向基本上没有发生倾斜,这说明土钉墙和水泥土墙保持了良好的整体性,并体现了强大的刚度,使得支护结构侧向位移上下基本保持一致,支护结构在竖向未发生弯曲,不会造成墙体的弯折开裂。
                                对坑外建筑物而言,如果基坑外侧地表发生大的沉降,建筑物将遭到破坏。基坑施工结束后,地表未发现明显的沉降,西侧坑顶外的输水管道和泵房等建筑物未发生开裂或破坏等不良现象,这表明支护结构效果显著。
                                该基坑开挖和内部结构施工现已全部完成,未发生任何工程事故,证明该基坑支护是成功的。
                                5  结 语
                                (1)土钉和水泥土搅拌桩施工方便,不占用过大的场地。
                                (2)利用水泥搅拌桩加固浅部淤泥质土效果好、速度快、造价低的优点,确保基坑开挖工程中坡面的局部稳定和安全。
                                (3)支护结构计算结果和实际情况表明采用该方案对该基坑进行支护,结构强度和稳定性均满足规范要求,基坑是稳定的,支护方案是成功的。
                                (4)监测结果表明,采用水泥土搅拌桩和土钉的支护方式切实可行,达到了围护基坑稳定的目的,对控制邻近建筑物的不均匀沉降十分有利。
                              
                              参考文献
                                  [1] 杨志银,张俊,王凯旭.复合土钉墙技术的研究及应用岩土工程学报[J]. 2005,
                              27(2): 153-156.
                                  [2] 张钦喜,何建勇.土钉墙变形破坏的数值模拟及设计参数优化[J]. 土木工程学报,
                              2003, 36(11): 24-28.
                                  [3] 陈晓文,杨光华,张君禄,等. 广州凯华城基坑采用土钉墙支护设计实践[J].
                              岩石力学与工程学报,2004,23(17): 3 021-3 029.
                                  [4] 胡励耘,侯天顺,黄雄.
                              水泥土重力式挡墙在基坑支护中的应用[J].岩土工程界,2004,10(5):51-52.
                                  [5] JGJ 120 - 99 建筑基坑支护技术规程[ S]
                              .中国建筑工业出版社,1999.
                                  [6] 王朝东,夏祥. 喷锚支护在基坑工程中的应用[J].
                              岩石力学与工程学报,2003,2(增1): 2490-2492.
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jyb0199 发表于 2012-4-6 20:15:19 | 显示全部楼层
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 楼主| cdddd 发表于 2016-7-12 09:29:36 | 显示全部楼层
很湿或饱和稍密和松散细砂为不稳定地基,不能作为天然地基,应进行处理才能作为地基
不能用的地基还需深宽修正?不采取措施能把饱和稍密和松散细砂基坑挖成就可申请大师称号了!

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