复合支护体系论文（精选10篇）
复合支护体系论文 篇1
1 引言
膨胀土具有胀缩性、裂隙性和超固结性, 性质极不稳定, 在丘陵地带及山区, 极易发生边坡溜塌、坍塌和浅层滑坡等地质灾害。在膨胀土普遍发育的南宁地区, 因城市建设的需要而不可避免地破坏部分原始地貌形态, 人为削坡的后果使已呈稳定状态的膨胀土边坡面临失稳的风险。本文针对南宁市轨道交通1 号线屯里车辆段38.4m高边坡, 经过精心设计研究, 提出了采用防治结合的复合支护体系方案, 取得了良好的效果。
2 工程概况
屯里车辆段位于南宁市青秀区凤岭片区, 用地东西长约1 200m, 南北宽约270m, 总占地28.8hm2。场地主要为剥蚀残丘地貌, 地势总体呈东高西低, 起伏很大, 东部平均高程120m左右、西部平均高程80m左右, 场坪标高为83.6m。场地北侧为挖方区, 边坡总长600m , 最大高度为38.4m, 边坡面积38 100m2。
3 工程地质及水文地质条件
场地上覆第四系全新统人工堆积层、坡残积层, 下伏古近系岩层 (E) , 主要地层有素填土 (1) 层, 坡残积粉质黏土 (6) 1-1 层, 泥岩- 粉砂质泥岩 (7) 1-1、 (7) 1-2、 (7) 1-3 层, 粉砂岩- 泥质粉砂岩 (7) 2-1、 (7) 2-2、 (7) 2-3 层及炭质泥岩 (7) 4 层。各层岩性特征、分布厚度见图1, 其中黏土- 粉质黏土层为A1 亚类中等胀缩土, 泥岩- 粉砂质泥岩层、炭质泥岩均为A1 亚类弱胀缩土。根据勘察报告, 边坡支护有关的土层及力学指标见表1。
本工程场地类别为一类场地, 大气影响深度为7.0m, 中等膨胀性土大气急剧影响深度为2.0~2.7m。
场地分布有上层滞水和碎屑岩类孔隙裂隙水。上层滞水一般赋存于人工填土层及坡、残积黏性土层中, 水位埋深0.0~4.20m, 相应标高71.71~110.84m;碎屑岩类孔隙裂隙水主要赋存于下伏古近系半成岩粉砂岩- 泥质粉砂岩中, 在场地内呈不连续分布, 略具承压性, 富水性弱, 属中等透水层, 水位埋深2.60~13.70m, 相应标高75.51~113.55m。
4 膨胀土边坡破坏的主因分析及支护原则
通过对南宁地区南宁会展中心、南宁市气象局、李宁体育中心、朱槿路老挝使馆、南钦高铁屯里段、青山路等数十处边坡及支护工程的实地调查, 分析膨胀土边坡的破坏主要原因, 寻找出科学合理的支护设计体系, 确保边坡稳定。
4.1 主因分析
影响膨胀土边坡破坏的主要因素是土质因素、水文气象因素和人类活动三方面。土质因素主要表现为自身特有的胀缩性、裂隙性和超固结性决定了坡面经开挖暴露于空气之中必然产生开裂、胀缩和应力释放而导致坡面破坏。水文气象因素表现在:一方面在大气影响深度范围内, 含水量随着大气环境变化而变化, 使坡面自表及里形成强度分区, 其抗剪强度随土体含水量不同而变化;另一方面在受到强降雨和干旱等不利气候影响时, 导致土体内水分强烈急剧变化, 使土体开裂、强度降低、易于失稳下滑。人类活动破坏了山体的自然平衡, 原来的稳定边坡开挖后变得不稳定, 由于膨胀土的超固结性, 可能在一定范围内产生减荷膨胀, 产生应力释放, 导致边坡破坏。同时, 大气影响深度范围内的土体会干湿循环产生破坏。
4.2 支护原则与支护方式选择
综合防护, 以防为主, 保证边坡稳定:采取挡、防、支撑、护相结合的工程稳定措施+ 截、排、堵相结合的防排水措施+ 植被防护措施。
治坡先治水:采取坡顶截水沟、坡面导流槽、坡脚排水沟的措施截排水;坡 (墙) 顶采取封堵措施防止地表水流入;采取植物护面控制坡面水分急剧变化。
分台防护:高于15m的膨胀土高边坡必须分台开挖, 把高边坡降为矮边坡的组合形式, 既减少坡脚压力, 又减少水对坡面的冲蚀。
防护形式选择:格构梁+ 预应力锚索、挡土墙、截排水沟、导流槽、平台马道与挡水墙坡面植草。
5 复合支护体系设计
5.1 计算参数及验算说明
边坡稳定性计算参数见表1。
根据调查及分析该场地膨胀土边坡坡率宜控制在1:1.5~1:3 之间。对于膨胀土边坡, 膨胀土不受阻挡自由膨胀时, 不产生膨胀力, 当膨胀受阻时, 变形转化为膨胀力, 作用于阻力界面上, 当阻力足够大时, 膨胀变形为零。根据勘察报告, 对于可能出露的膨胀土土层膨胀力约为30k Pa, 岩层膨胀力约为40k Pa, 锚杆验算时应予以考虑, 挡土墙由于特殊的墙后结构验算时可不予考虑。
5.2 膨胀土地区边坡支护设计要点
1) 锚杆锚拉段及挡墙必须穿过滑动面, 边坡坡率宜控制在1:1.5~1:3 之间。
2) 格构梁底部设置柔性调变层, 可降低膨胀土胀缩变形对支护结构的影响。
3) 地表水是引起边坡失稳的主要诱因, 边坡排水设计应统筹考虑, 防治结合, 做到地表水有序排放。
4) 边坡坡脚设计应从安全、经济、适用等方面综合考虑, 挡墙既要起到挡土作用又有防止坡脚被水浸泡。
5) 坡面应植草护面, 防止雨水下渗而形成边坡滑移的软弱面。
6) 格构梁材质、断面大小、锚拉杆件以及施工质量对边坡稳定性具有重要作用。
5.3 边坡支护体系选择
本工程边坡最大高度为38.4m, 消坡后形成大面积分布的膨胀岩 (土) 临空面, 根据前期典型工程调查结果, 考虑到轨道交通工程的重要性, 经综合分析对比, 边坡支护体系采用放坡+ 混凝土格构+ 预应力锚索+ 挡土墙+ 坡面植草的综合支护方式。
5.4 支护结构设计
本边坡设计为永久高边坡, 高度为38.4m, 工程安全等级为一级, 边坡重要性系数为1.1, 抗震设防烈度按7 度设计。根据场地地层分布和各岩 (土) 层力学指标, 设计采用4 级放坡, 坡率为1:1.5, 第1 级、第2 级坡高各为7.5m, 第3 级坡高为10.0m, 第4 级坡高为11.2m, 每级坡间设2.0m宽平台, 平台上设置挡水墙。第1 级坡坡脚设1m高毛石混凝土挡墙, 基础埋深2.0m, 见图2。
锚索长度经计算确定, 满足边坡稳定性计算要求, 各级边坡具体设计参数为:
第1 级边坡设3 排预应力锚索, 锚索长度分别为20m、22m、25m;
第2 级边坡设3 排预应力锚索, 锚索长度分别为26m、27m、27m;
第3 级边坡设4 排预应力锚索, 锚索长度为26m、25m、25m、25m;
第4 级边坡设4 排预应力锚索, 锚索长度为22m、20m、18m、18m。
支护结构剖面详见图3。
预应力锚索成孔孔径150, 杆体采用4 束 φ15.2mm钢铰线;锚索格构梁采用钢筋混凝土格构, 截面尺寸为400mm×450mm, 格构大样见图4。
由于膨胀土边坡破坏的主要形式为渐进式滑坡, 即边坡往往由于坡脚受水的影响, 从坡脚开始发生软化滑塌, 进而引发整个边坡的失稳。本边坡采用毛石混凝土挡墙护坡, 墙后回填砂砾层并设泄水孔, 挡土墙大样详见图5。
5.5 坡面排水系统设计
边坡排水以自排为主, 多道防线, 防排结合, 综合治理。坡顶设置截水沟, 平台设置挡水墙, 使坡面集水汇流至两侧急流槽中;坡脚设置排水沟, 雨水经边沟、截水沟和排水沟汇入站场排水系统。边沟、截水沟沟底纵坡坡度不小于0.2%, 边坡排水系统见图6。
混凝土格构采用自排水系统, 该系统是将每个小框格的雨水迅速收集到本框格下方水平混凝土框格上, 然后引流到竖向框格排水沟并迅速排放到平台的排水沟内, 然后经急流槽排至坡底排水沟中, 其优点是及时将大气降水排出坡面, 避免了雨水对坡面土体的长时间浸泡及冲刷。急流槽立面图、剖面图分别见图7、图8。
5.6 坡面绿化设计
本工程与以往换填种植土后直接植草方式不同, 首先在格构梁框格内铺设土工网垫, 填300mm厚种植土后再人工植草。土工网垫一则可以保护种植土和植被不会被冲刷, 此外又可以防止膨胀土与大气的直接接触, 从而降低膨胀土的胀缩性对边坡稳定性的影响。草种的选择是根据当地的气候条件, 选择根系发达, 枝繁叶茂的多年生草本、藤本混杂的狗牙根、黑麦草、白三叶, 除了固土护坡外, 还具有较高的观赏性。
6 边坡治理效果
屯里车辆段高边坡支护工程于2013 年11 月开始实施, 于2014 年9 月结束, 治理面积共38 100m2, 施工质量通过了当地质检部门的验收, 为车辆段内的土建工程施工提供了条件。坡顶水平和垂直位移监测、支护结构变形观测结果表明边坡整体稳定, 各项观测指标均在允许范围内。治理后的边坡经过了一年多时间的使用, 结构完好, 坡顶截水沟、坡面排水系统畅通, 坡面植被生长良好 (见图9) 。
7 结论
1 ) 针对屯里车辆段38.4m高的膨胀土边坡, 在总结典型工程成败经验的基础上, 按照“护坡顶、封坡面、稳坡角、截排水”的设计原则, 通过采用放坡+ 混凝土格构+ 预应力锚索+挡土墙+ 坡面植草的综合支护方式, 有效地解决了膨胀土高边坡的稳定性难题。
2 ) 膨胀土边坡的防排水系统设计合理与否, 对边坡的长期稳定性至关重要, 通过采取“截、排、封闭”等综合防排措施, 防止地表水冲刷与入渗, 减少了水体对边坡的不利影响。
3) 坡脚采用毛石混凝土挡墙, 在保证工程质量的同时, 有效地降低了工程造价, 取得了较好经济效益和社会效益。
参考文献
[1]GB50330-2013建筑边坡工程技术规范[S].
[2]DB45/T396-2007广西膨胀土地区建筑勘察设计施工技术规程[S].
[3]DZT0219-2006滑坡防治工程设计与施工技术规范[S].
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[5]范秋雁.膨胀岩与工程[M].北京:科学出版社, 2008.
[6]廖世文.膨胀土与铁路工程[M].北京:中国铁道出版社, 1984.
复合土钉墙在软土支护中的应用 篇2
关键词：复合土钉墙；软土；基坑支护
随着城市的快速发展，地下室的开发利用明显加速，在二三线城市中，主要以一两层地下室开发为主，基坑支护如何在一两层的地下室之中寻求安全、经济合理的支护方案成为关键，尤其在软土当中。本文通过一工程实例，介绍复合土钉墙在软土中的支护应用情况，为今后类似工程提供参考。
1、工程概况及地质情况
本工程位于广东省佛山市南海区大沥镇，广云路与禅炭路交汇处，二期拟建21栋办公楼，设置二层地下室（基础为旋挖桩基，桩基在基坑开挖前实施施打）。本工程基坑开挖面积约36797m?，周长约1120m。现场地面标高整平后约2.700～3.400（85高程），基坑主要开挖深度约7.6m。
基坑北侧地下室边线离广云路为28.8m，离现状河涌边线为17.2m；基坑西侧地下室边线离禅碳路约24.8m，离现状河涌边线约11.8m；基坑南侧地下室边线离新城三路约18.1m；基坑东侧离业主板房约4m。根据甲方提供资料得知，基坑南侧离地下室边线约9m，分别存在多条电信管、供电管、供水管、雨水管等。
根据钻探揭露，结合现场调查，在钻探控制范围内，按时代成因，岩石风化程度划分，地基土主要由填土（Q4ml）、第四系冲积层（Q4al）及下第三系（E）泥质粉砂岩组成。各岩土层的分布情况、岩土特征、层厚及层面埋深等分述如下：
①杂填土，棕红色，杂色，以粘性土为主，夹较多碎石，松散，顶部为建筑垃圾，以粘性土为主，夹较多碎石，松散，局部为垃圾。层厚0.50～4.50米，平均值2.54米。
②淤泥质粉砂，灰色，松散，石英质，含有机质，局部见较多木屑，石英质，含有机质，局部见木屑，层厚0.30～12.10米，平均值3.80米。做标准贯入试验121次，实测击数2～9击，平均值4.73击，标准差1.835，变异系数0.388，修正系数0.940，标准值4.442击。
③粉质粘土，灰白，棕黄，可塑，含粉细砂，干强度中等，韧性中等， 绝大多数钻孔共122个钻孔揭露。层厚0.50～9.00米，平均值3.23米。
④淤泥质土，灰黑，深灰，流塑～软塑，含有机质，腐殖质，局部岩芯见木屑，含有机质，腐殖质，具臭，局部岩芯见木屑。层厚0.30～11.00米，平均值3.85米。做标准贯入试验103次，實测击数2～5击，平均值3.12击，标准差0.993，变异系数0.319，修正系数0.946，标准值2.949击。
2、基坑支护设计要点
2.1基坑支护形式选型
本基坑主要开挖深度为7.6m，基坑开挖范围内的土层主要为杂填土及淤泥质土，基坑支护有钻孔桩+预应力锚索设计，钻孔桩+内支撑设计，双排桩设计，复合土钉墙设计等几种常用形式。上述几种支护形式当中，从安全性角度来说，前三种支护形式安全储备较高，但经济成本非常大，本基坑存在管线较多的南侧，同时为避免锚索超红线的原因，采用了双排桩支护形式，但其余临近河涌的北侧及西侧均采用复合土钉墙进行设计，因北侧及西侧没有重要管线及建筑物，对基坑变形可以适当放宽，因此选用复合土钉墙支护设计。
2.2基坑支护设计要点
①设计支护型式
基坑沿着基坑上方存在架空高压电线，因此只能采用旋喷桩作为止水帷幕设计，不能采用较为经济的搅拌桩设计，其中单排双管旋喷桩为D600@400，长度13m，旋喷桩施工时要求内插D110，t3.5钢管，长度12m，间距0.8m。土钉采用D60，t3.5钢花管5排，水平间距为0.8m，竖向间距1.1m（基坑设计剖面如图a所示）。土钉墙面喷砼挂网C20，Φ8@200×200。
②设计支护主要参数
1.土钉注浆材料选用纯水泥浆，水泥浆水灰比宜为0.5～0.6，水泥浆采用42.5R普通硅酸盐水泥配制；注浆体强度不低于M20，注浆压力达到0.6MPa以上， D60钢花管每延米水泥用量不少于38kg。
2.旋喷桩浆液采用42.5R普通硅酸盐水泥配制，水灰比1.0，每米水泥用量不少于200kg/m，可根据现场实际情况适当调整。
③施工及监测要点
1.旋喷桩施工中注意提升速度不要过快，同时保证注浆量能满足设计要求。
2.基坑开挖时，严格执行分层分段开挖的要求，因为土钉支护开挖中经常出现事故是由于超挖造成。
3.钢花管注浆要控制好注浆压力并保证注浆量的要求。
4.施工中应遵循"动态设计，信息化施工"的原则，根据规范要求做好监测反馈工作。
3、结语
根据第三方监测数据反馈，基坑西侧及北侧最大地面沉降为34mm，最大深层水平位移为43mm，满足二级基坑变形要求。从上述实例中发现，在软土中应用复合土钉墙设计能产生较大的节省工程成本，因此，当周边环境相对宽松，对变形控制相对不高的时候，采用复合土钉墙能达到较大的经济效益，但复合土钉墙施工中一定要严禁出现超挖现象，否则将存在较大的安全隐患。希望本案例能为以后类似工程提供一定参考作用。
参考文献：
[1] JGJ120-2012. 建筑基坑支护技术规程[S].
拱形桁架复合支护的应用 篇3
1 桁架—描杆复合支护
锚杆和拱型桁架组成的复合支护, 锚杆和桁架之间相互独立、相互协调、互为补充, 此结构使巷道围岩的力学性质改善, 增强了巷道的稳定性。用预加应力的方法把深入岩体内部的锚杆拉紧, 可提高岩石分层间的摩擦阻力, 使岩层弱面抗剪强度增大, 同时把两支撑点间的岩层夹紧, 加固巷道上方的松软岩层, 并通过锚杆固结到其上部坚固的岩层上或紧挂在自然平衡拱上。被加固的松软破碎岩层会由于完整性的增加, 形成梁或拱式的承载结构, 使围岩的自身承载能力增加。
因其锚杆主动加固巷道围岩, 使松软破碎围岩增加自身的强度, 以减少巷道围岩的变形量, 降低对拱型析架的围岩压力。同时, 因其桁架通过张紧的锚杆, 同围岩连在一起, 使桁架同围岩贴的更密实, 桁架的稳定性大大提高。支设后整个桁架只在两个底脚处形成两个支点, 围岩略有变形, 就会在桁架上形成较大的弯矩和剪力, 可能使桁架过早的变形损坏。在锚杆安设后, 锚杆直接压在桁架上, 桁架的支点数量增加较多, 相临两支点间距, 即锚杆间距大大缩短, 由于两支点间距的缩短, 使桁架内部的弯曲应力和剪应力降低, 以增加整个桁架的承载能力。
桁架两根副筋和金属网通过锚杆固定在围岩表面。两根副筋具有较强的抗拉能力, 它与在这一排上的多根锚杆构成支护结构, 整体性增强, 要防范个别锚杆由于锚固力不足或预紧力达不到要求使局部支护失效。因其桁架与顶板间有摩擦力, 顶板下沉时, 副筋受拉力作用, 使副筋伸长。巷道围岩表面附近的岩体拉力就部分移到桁架上, 围岩的拉应力减少, 这对巷道表面岩层的稳定有利。
因其桁架是个整体性立体结构, 本身具有一定的承载能力, 在巷道围岩松软破碎时, 能托住金属网, 增加顶板的受控面积, 弥补锚杆支护的间隙, 防止岩块冒落。在相临两根锚杆之间的桁架, 相当于一段梁, 有相当的刚度, 能支承一部分荷载, 从主副筋分开分析, 副筋又相当于一段钢带, 在围岩变形时, 由于副筋较细, 可能出现弯曲变形, 副筋又同锚杆共同作用, 给它们控制的这块岩层提供一定的挤压应力, 使岩层从不利的受拉应力状态改变成有利的受压应力状态, 使围岩的强度得到加强。这种弯曲变形越大, 此结构提供给围岩的挤压应力越大, 对围岩的稳定有利。
2 拱形桁架—描杆—喷射混凝土复合支护
根据“新奥法”施工原理, 软弱岩层在开挖后要及时初喷一层混凝土, 封闭围岩以避免围岩的风化及岩性的恶化, 再铺设金属网和安设桁架, 打锚杆眼, 安装锚杆, 用锚杆把桁架和金属网同围岩连在一起, 形成整体。支护结构就具备了一定的承载能力, 形成巷道的初次支护。根据软弱岩层巷道“先柔后刚”的支护要求, 在支护初期, 允许巷道出现一定的变形, 释放一定压力。在巷道变形基本稳定后, 进行复喷。按照具体情况, 复喷应分一次或两次, 喷至设计厚度, 完成二次支护。最后形成拱型桁架的复合支护, 如图1所示。
巷道开掘后及时初喷一层混凝土, 不但能避免巷道围岩风化和阻止岩性恶化, 它还可迅速的承受一部分荷载, 使开掘后的巷道表面在一定程度上修复, 提高巷道围岩的自承能力。
在拱型桁架、锚杆、金属网安设完后, 拱形桁架对巷道围岩的支撑作用、锚杆的加固作用及金属网的抗拉作用又对初喷混凝土的不足进行了补充, 克服了支护形式单独使用时的主要缺点。锚杆支护有非常高的承载能力和可塑性, 但也不能避免围岩表面风化和开裂, 喷射棍凝土能充填巷道周边岩层裂隙, 隔绝围岩表面和锚杆杆体不受矿井有害空气影响。因喷射混凝土可塑性差, 受拉应力后喷层表面易开裂, 金属网有较好的抗拉性能, 可弥补喷射混凝土的不足。拱型析架在复喷前主要同锚杆配合, 对巷道变形起支撑作用, 由于软弱岩层的移动范围和移动量较大, 这时锚杆和初喷混凝土在阻止围岩塑性变形方面就抗力不足, 需要有一定刚度的支架控制此变形, 拱型桁架具备此条件。几种支护形式相互协调、补充, 就构成了巷道的初次支护结构, 可维护巷道围岩的稳定。
巷道复喷后整个支护结构形成具有复合支护形式的钢筋棍凝土结构。此时拱型桁架就变成了此钢筋混凝土结构的钢筋骨架。锚杆继续发挥原来的作用, 金属网 (或钢带) 成了钢筋混凝土结构的配筋。在复喷初期因混凝土强度低, 拱型桁架仍可发挥其支撑巷道围岩的作用, 由于拱型衔架在刚度上同喷射混凝土匹配较好, 可与巷道变形相互适应。在混凝土硬化到最终强度后, 具有较高的抗压强度, 此强度能消除喷层由于受压的破坏, 一般情况是由于抗拉强度不够而破坏, 这时拱型桁架就成了喷射混凝土的加强筋。桁架主筋主要承受拉应力, 也要提高靠近喷层表面的抗压性能。桁架配筋主要承受剪应力, 提高整个喷层的抗剪性能。拱型桁架结构同锚喷配合使用, 能使锚喷支护结构在刚度上有较大的提高, 具有较强的承载能力, 维持巷道围岩的稳定。
摘要：本文主要对桁架—描杆复合支护、拱形桁架—描杆—喷射混凝土复合支护等复合支护的两种形式进行了分析。
复合支护体系论文 篇4
关键词：郓城煤矿；支护形式优化；回采动压；应用创新
锚网索+钢带复合支护方式起步于20世纪90年代，是煤炭行业安全发展的必然结果。其优势在于提高了巷道的整体安全性，减少了支护材料使用从而降低了成本。本文通过山东郓城煤矿井田某断面的支护方式分析，将传统支护方式与锚网索+钢带复合支护方式进行对比，肯定了复合支护的重要性。并从工程特点出发，分析了郓城煤矿井田的支护策略，以确保煤炭开采安全。
1 郓城煤矿基本状况分析
郓城井田位于巨野煤田最北端，南部毗邻郭屯井田。井田行政区划归郓城县管辖。本井田含煤地层为山西组和太原组，共含煤26层， 其中山西组含煤2层（2、3（3上、3下）），含煤地层总厚平均213.60m。井田内煤层平均总厚10.15m，含煤系数4.5%。3煤层是主采及首采煤层，平均厚6.87m，占煤层平均总厚的68%。本井田的可采及局部可采煤层主要在山西组，有煤2和煤3两层，其中煤3局部分叉为3上和3下。井田内可采及局部可采煤层煤层赋存标高一般在-400～-1500m之间，东部个别地段受断层影响可达-1800m。井田内主要煤炭资源量集中赋存于-1000m水平以浅。
矿井内1300工作面走向长度1255m，工作面长度100m，该工作面最大埋藏深度940米，平均埋深900m，开采深度大，地应力大，地质构造复杂、断层多，巷道围岩变形剧烈，巷道变形严重，深部巷道地应力增加，导致围岩岩性恶化，围岩塑性区和破坏区范围增大，巷道维护困难，因此，应积极采取新型支护和联合支护形式。
2 郓城煤矿巷道断面支护形式及存在问题分析
2.1 支护形式
以1300工作面、1301工作面顺槽巷道断面为例。该巷道断面为矩形断面，胶顺净宽×净高=4.8m×4.0m， 断面积=19.2㎡；轨顺净宽×净高=4.5m×4.0m，断面积=18㎡。原支护形式为顶板支护和帮部支护。
①顶板支护：顶部锚杆为φ22mm，l=2500mm锚杆配W型钢带进行支护，顶板铺设？6金属网和双抗网，金属网网格100×100mm。锚索“323”式点锚布置在顶板， 锚索规格：？21.6L6300mm，间排距1800×1000mm。
②帮部支护：帮部使用锚杆为φ20mm，l=2500mm等强锚杆配钢筋梯、双抗网进行支护，锚杆间排距均为800mm。
2.2 存在问题
为分析郓城煤矿巷道支护中存在的问题，以提出优化方案。工作人员对顺槽巷道的顶底板移近和两帮变化值进行了统计。具体过程如下：选取工作面顺槽巷道80—200m范围内的巷道区间，采用十字布点法和顶板离层仪法综合检测此段范围巷道在工作面回采推进时巷道顶板下沉和巷道两帮内挤情况。其中，1300工作面和1301工作面顺槽均出现了不同程度的损坏，局部巷道出现顶板下沉，两帮收缩等剧烈变形，在施工过程中先后进行了挑顶、扩刷、补打锚索、支设木垛等返修支护。这说明原巷道的支护方案不能满足巷道的使用要求。初步分析认为，锚杆、锚索的支护方案与现场条件不适应，支护刚度低，没有充分发挥锚索的主动支护作用，不能有效控制围岩离层与破坏，围岩强度与完整性丧失过大。支护方案优化具有必要性。
3 支护方案的优化
3.1 锚网索梁联合支护基本原则
受郓城煤矿井田自身地质条件和多次动压的影响，传统的支护方式需要进行适当的调整。锚网索+T型钢带的复合支护方式可有效改善矿井工作环境，减少材料浪费并且具有较高的安全系数，因此其应用具有必要性。在支护过程中，应遵循的整体原则为：以爆破手段进行掘进时要采用一定的辅助手段防止巷道变形；以施工工程特点为前提进行锚杆排列和设计；郓城井田铺网方式为从顶板中部向两边铺。
3.2 郓城煤矿锚网索+T型钢带复合支护方案及效果
根据上述工程状况，提出优化后的支护方案为：锚网索+T型钢带复合支护。
①顶板支护：顶板铺设？6金属网，取消双抗网，金属网网格60×60mm。T型钢带配合锚索用于顶板，T型钢带规格为4000×140×10mm，T型钢带硬度较W型钢带高。锚索“333”式矩形布置，间排距1800×1000mm，锚索规格：？21.6L7300mm；顶板锚杆点锚支护。
②两帮铺设双抗网，锚杆配合钢筋梯两帮使用等强螺纹钢锚杆配钢筋梯支护，帮部底板向上1500mm、2900mm位置各施打1根？21.6L4300mm锚索加强帮部支护，排距1000mm。
低帮实体加固：对巷道内的低帮实体处应采用高强预拉力刚锚杆+钢带复合支护方式。其中：锚杆间距为600mm、锚杆排距为800mm，锚固力应不小于100kN。
③煤柱支护：要求施工人员在煤柱侧以三排锚杆为单位布置高强预应力锚索桁架支护系统+220m的槽钢架梁，以确保煤柱的稳固性。其中，锚索的孔距约为210m、钢绞线的夹角约为45b，并将二者用桁架连接器连接。该工程中，采用长锚固定，锚应力为90kN。
④整体注意事项及施工效果。山东郓城矿井煤炭软质煤炭较多，稳定性不高，同时顶板的完整性差。施工过程中如出现煤矿巷道的顶板或帮底破裂，可使用短锚杆超前支护防止其恶化。施工实践证明，锚网索+T型钢带复合支护方式能够有效的减少以往支护中的不安全因素，确保施工人员安全。
4 总结
山东省郓城煤矿井下煤层埋藏深，巷道压力较大、出水量大，地质构造复杂，煤岩层破碎，巷道变形大，严重影响巷道推进进度和施工安全。因此巷道的支护形式需不断的创新发展，从而减少返修工程量、减少经济投入，确保施工安全，具有重要意义。
参考文献：
[1]何尾根.锚网索梁喷联合支护在巷道过断层施工中的应用[J].中州煤炭，2011，3（4）：71-73.
深基坑工程中的复合支护 篇5
近几年,由于城市地铁工程的迅速发展,地铁车站、局部区域明挖等也涉及大量的基坑工程,水利、电力也存在着地下厂房、地下泵房的基坑开挖问题。无论是高层建筑、地下停车场还是人防工程等的深基坑工程,由于都是在城市中进行开挖,基坑周围通常存在交通要道、已建建筑、管线等各种构筑物,还要考虑地下水的影响,这就涉及到基坑开挖的一个很重要内容,要保护其周边构筑物的使用安全。因此如何选取一种在经济技术上都合理的支护类型就必须充分考虑现场环境、工程地质条件以及工程具体要求。
现结合国家体育总局航海运动学校经营用房及博物馆深基坑工程,简述高压旋喷桩止水帷幕+钢管桩+锚杆喷射混凝土相结合的复合支护方案在工程中的应用。
2 工程应用
2.1 工程概况
工程位于青岛市市南区某地,拟建物为1栋地上地下各两层的经营用房及博物馆,采用框架结构、独立基础,设计地下室底标高-6.70 m,场地标高3.40 m～6.03 m,基坑周长约326 m,基坑开挖深度约10.0 m。
基坑东侧约2.0 m处有一挡土墙(南段为毛石砌筑,北段为钢筋混凝土结构),基坑北侧约5.0 m为青岛市排水管理处南海路泵站办公室及地下室,基坑西侧和南侧0.5 m～3 m为海滨木栈道,基坑西南侧为海员俱乐部,基坑放坡空间不足,需支护开挖。
拟建场地地形平坦,地貌类型为剥蚀斜坡。
勘察单位对场区进行勘探时发现旧基础拆除处基坑内存在地下水,水位标高1.78 m。本工程基坑开挖深度较大且位于下坡地段,周边场区地表水、地下水及西侧海水易汇入其中,地下水抗浮设计水位标高按3.0 m考虑。
本区不具备发生破坏性地震的构造条件,从未来地震危险区预测结果看,本区地震危险性主要受远震的影响,其抗震烈度不大于6度。故拟建场区区域尚属相对稳定地块。
2.2 支护方案设计
根据场地条件和技术要求,不允许放坡,须支护开挖,基坑采用高压旋喷桩止水帷幕+钢管桩+锚杆喷射混凝土相结合的复合支护方案,基坑排水采用坑内设置集水井和排水沟,明排方式,在基坑顶部适当位置用红砖砌筑排水沟,用以拦截地表水,坡顶排水沟经沉淀池与市政排水系统连通;基坑底部用红砖砌筑排水沟,基坑底部各拐角点设置集水井,用以排除基坑内积水。
据勘察资料,基坑位于透水层中,地下水比较丰富且距离海边较近,为保证基坑在开挖后获得干燥的作业空间,必须对地下水进行控制才可保证基础工程的正常施工。帷幕采用高压喷射注浆法(旋喷)止水方案较安全、可行。
根据设计基底标高,本工程基坑开挖深度约10.0 m,根据场区现场施工条件,结合止水帷幕的设置,为加快工期降低工程造价,采用喷锚+肋梁+钢管桩支护较合理。
本工程土方开挖应分层分段进行,与基坑的支护工作密切结合,穿插施工;坡面上可视情况设置泄水孔。
2.3 施工组织设计
该基坑工程主要包括止水帷幕、基坑支护两部分。根据现场情况,施工分两大分项工程,进行流水作业控制施工:
第一部分:止水帷幕。主要施工内容是:高压旋喷桩施工。
第二部分:基坑支护。主要施工内容包括:钢管桩施工、土石方开挖、锚杆钻孔安装及注浆加固、腰梁肋梁及钢筋网安装、喷射混凝土面层、锚杆预应力施工等。
高压旋喷桩的施工方法及质量要点:在施工轴线上按设计要求进行放线定位,各孔采用统一编号,孔位桩打入地面下0.1 m,妥善保护。高喷分两序施工(间隔喷浆),先钻Ⅰ序孔,为确保钻孔垂直度,选用SGZ-Ⅲ型地质钻机钻孔,该钻机具有机身重,钻杆粗,回转运行稳定,成孔垂直高等优点,用于高喷造孔较100型、150型地质钻机及振动成孔有明显优势。钻具采用水冲岩芯钻具,钻孔孔径127 mm,钻进采用泥浆循环护壁,钻至设计深度结束。首先按设计要求布孔,然后按Ⅰ序、Ⅱ序钻孔,钻孔前应将钻机放置水平,钻进过程中应随时利用水平尺检查钻机水平状况,以保证垂直度,偏斜不大于孔深的1%。钻孔结束后测量孔斜率及孔斜方位,并做好记录,对施工中出现的异常现象及时报告,以便采取相应措施,确保质量。
灌浆:保证浆液各项指标符合设计要求,同时启动高压水泵、空压机、搅拌机、泥浆泵等配套设备,将各项工艺参数调整到设计要求,开始喷射,待孔口返浆后按设计要求速度开始提升,这样就自下而上形成了高压喷射灌浆防渗板墙。在灌浆过程中,随时检查浆液比重,随时注意孔口冒浆现象,如孔中出现不返浆,说明地层中有大空隙或集中漏水通道,此时应立即停止提升,采取充砂或掺加速凝剂等措施,保证返浆以确保防渗墙的连续性,喷射过程中应随时检查设备运行状况,做好各环节配合,避免中断,如中断应视中断时间长短采取补救措施。
采用高压喷射灌浆,通过试验落实各项施工参数。Ⅰ序孔、Ⅱ序孔灌浆间隔时间不小于7 d,遇特殊情况,及时进行处理,确保板墙连续完整性。从孔口冒出的部分浆液,除了被切割的地层颗粒外,大部分为水泥浆,将冒浆导入沉淀池,使地层中粗颗粒沉淀,并尽快将沉淀后的水泥浆泵送回搅拌机回收利用,这样既节约水泥、节省投资,又保护了环境。
回灌:待喷射管提到设计高程后,喷射灌浆结束,然后向孔内不断灌入合乎质量要求的水泥浆,直到浆液不再下沉为止。
因停电、机械故障造成停喷时间达24 h以上,继续喷射时则应将喷头下插50 cm开喷,确保板墙在高度上的连续性。
封孔:采用回浆回灌封孔,上部不满部位采用粘土回填夯实封孔。
弃浆排放:舍弃的浆液排放至指定地点。
根据本工程的特点,采用XY-300型工程钻机进行钢管桩钻孔施工,桩孔终孔后,利用泥浆将沉渣冲出,直至孔内沉渣厚度小于100 mm,为了保证施工质量,必要时进行二次清孔,钢管桩所选用钢管为直径168壁厚5 mm的无缝钢管,钢管长度根据孔深及地面标高、桩顶标高确定,钢管焊接必须平直,不得有局部弯曲,钢管桩的倾斜度小于1%,施工平面位置误差为±10 cm,每根钢管桩均用砂浆填满管桩顶冠梁连接钢管桩6.0 m长,整根无需焊接;168钢管桩12.0 m长,内衬焊接,桩内灌注纯水泥浆水灰比0.5,纯水泥浆掺入适量黄砂,膨胀剂掺入量根据现场试验确定。
待高压旋喷桩结合钢管桩形成的止水帷幕达到要求强度,即可进行帷幕内土石方开挖,严格分层开挖,分层支护,基坑边坡支护主要内容有:锚杆成孔、杆体安装及注浆加固,腰梁、肋梁及钢筋网安装、喷射混凝土面层、施加锚杆预应力等。锚杆钻孔前,根据设计要求和土层条件,定出孔位,做出标记,按设计要求制作锚杆,为使锚杆处于钻孔中心,应在锚杆杆件上安设定中架或隔离架(粗钢筋杆体沿轴线方向每隔2.0 m设置一个定中架)。安放锚杆杆体时,应防止杆体扭曲、压弯,注浆管宜随锚杆一同放入孔内,管端距孔底为50 mm～100 mm,杆体放入角度与钻孔倾角保持一致,安好后使杆体始终处于钻孔中心。注浆材料选用水灰比0.40～0.45的纯水泥浆,必要时可加入一定量的外加剂或掺合料,浆液硬化后不能充满锚固体时,应进行补浆,注浆量不得小于计算量,其充盈系数为1.1～1.3。注浆完毕应将外露的钢筋清洗干净,并保护好。肋梁及腰梁截面为300×300,混凝土C20,配筋为4Υ20,主筋通长配置,箍筋6@200。钢筋质量符合规范要求,采用绑扎或焊接施工,钢筋网紧贴岩面并与锚杆连接牢固。喷混凝土采用湿喷法施工工艺,用TK-961型混凝土喷射机自上而下分层喷射,人工喷水养护。网喷混凝土施工工艺采用:施工准备※岩面冲洗、验收※喷基层混凝土(3 cm～5 cm)※钻孔※注浆※锚杆安装※挂网※面层分层喷混凝土※回弹料清理※洒水养护。
为了基坑工程施工的安全,顺利按计划进行,保证工程质量,并且在施工过程中,使周围已有建筑物、市政设施、地下管线等不受损伤、少受干扰,必须对基坑工程全过程进行系统监测。在施工过程中,随时掌握基坑围护结构的位移、沉降、受力水平及周围建筑物的动态(沉降或倾斜),以科学数据为依据,做到信息指导施工,对可能出现的工程隐患及时预报以采取相应措施,防患于未然。
帷幕形成后基坑采用明排降低地下水位,具体施工方法为:在基坑四周开挖排水沟,在基坑四角设置集水井抽水。
3 结语
根据该工程实际效果,高压旋喷桩止水帷幕+钢管桩+锚杆喷射混凝土相结合的复合基坑支护方案在地下水位较高,基坑开挖坡度较大的深基坑支护中能够起到良好的止水及护坡作用,也是目前工程中常采用的基坑支护方案
摘要：结合具体工程实例,详细介绍了高压旋喷桩止水帷幕+钢管桩+锚杆喷射混凝土相结合的复合支护方案在深基坑工程中的应用,具体阐述了各重点工序的施工方法和操作要点,为类似工程施工积累了宝贵经验。
关键词：深基坑,复合支护,止水帷幕,钢管桩
参考文献
[1]CECS 22∶2005,岩土锚杆(索)技术规程[S].
[2]JGJ 120-99,建筑基坑支护技术规程[S].
[3]GB 50330-2002,建筑边坡工程技术规范[S].
[4]GB 50086-2001,锚杆喷射混凝土支护技术规范[S].
[5]GB 50007-2002,建筑地基基础设计规范[S].
[6]GB 50010-2002,混凝土结构设计规范[S].
复合软岩巷道联合支护研究 篇6
东荣三矿-650m水平, 埋深830m, 该区域地质条件复杂, 地层总体走向为EW, 受断裂作用影响, 局部地块走向变化较大, 区内断裂构造十分发育, 断层交错, 岩层多为炭质页岩、泥岩、泥质粉砂岩, 煤层及小构造的地方易于垮塌和膨胀。有的岩石泥质胶结、层理紊乱且光滑面多, 胶结较差, 破碎严重, 岩石中泥质矿物成分和结构面决定了岩层的力学特性, 显示出可塑性、膨胀性、崩解性、流变性和易扰动性的特点。
2 工程概况
东西主运巷、井底交叉点、车场绕道及硐室均为半圆拱形断面, 交叉点和硐室最大跨度8.5m, 高度5.5m, 原设计采用被动支护方式, 先后采用料石砌碹支护、U29钢棚支架支护、锚索+锚杆+网+喷砼联合支护, 巷道破坏比较严重。巷道局部经过第二次和第三次修复效果仍不理想。
由于巷道顶板和底板均布置在软岩破碎带中, 在埋深-830m和高应力以及风化和水浸的作用下, 围岩破碎和泥化、软化现象严重, 再加上支护设计参数不尽合理, 造成巷道顶板和底角围岩出现膨胀和碎胀现象。进而产出显著的塑性流动变形, 使巷道出现两帮内挤、顶板下沉、底鼓等现象, 断面小于使用要求, 破坏巷道如图1所示。
东西主运巷、井底交叉点、车场绕道及硐室担负着整个荣华立井的运输任务, 因此必须采取合理的支护与加固措施, 保证巷道的长期稳定, 以满足矿井安全生产需要。
3 锚喷、钢棚、底锚、钢筋砼联合支护技术
3.1 联合支护方案的确定
东荣三矿-650m水平围岩集膨胀岩石、深部地压、断层破碎 (地质构造复杂) 于一体的复合软岩地层, 巷道支护形式不可能确定为惟一的一种方案。从目前的围岩揭露情况看, 既有长距离的火成岩入侵地段, 又有坚硬完整的沉积砂岩, 胶结差的第三纪围岩, 松散的断层破碎带和遇水沙化、泥化严重的膨胀岩体。根据软岩支护的特点, 巷道支护分二个阶段, 先软后硬、刚柔相济, 即先采用锚索-杆-网-喷柔性联合支护来主动支护巷道, 允许巷道变形来释放巨大的地压, 待变形释放到一定程度, 必须采用足够的刚性支护来顶住巷道的压力变形, 维护巷道的完整性, 保证巷道的使用功能。
根据东荣三矿的围岩岩性和地质构造, 综合考虑巷道及硐室的服务年限、用途和有无后期维修条件等因素, 确定荣华立井-650m水平巷道及硐室的支护方案:
3.1.1 超强支护。
对于服务年限长不间断使用, 无后期维修条件并且地质构造复杂, 地压较大的巷道及硐室, 如井底水仓、变电所西侧、水泵房、副井井底出入车线和3吨底卸站等巷道和硐室, 采用锚-索-网喷临时支护, 让压释放后采用钢骨架砼永久支护。确保巷道和硐室的服务年限内具备使用功能。
3.1.2 高强支护。
对于服务年限长, 不间断使用、无后期维修条件, 但地质构造简单, 地压较小的巷道和硐室, 如变电所东侧、管子道、硐室通络等巷道硐室, 采用锚-索-网喷临时支护, 钢筋砼刚性永久支护。
3.1.3 柔性联合支护。
对于服务年限长, 使用频繁, 有一定后期维修条件并且变形大, 压力大的巷道, 如东西主运道、总排回风道、4层石门等主要巷道, 采用锚杆-锚索-金属网-H型钢带-喷射砼联合支护。
3.1.4 U型钢让压支护。
对于施工工期较长, 巷道变形较大, 压力释放充分的巷道维修, 采用以联合支护为临时支护, U型钢支架永久支护。如中央风井临时车场, 消防材料库等巷道硐室。
3.1.5 底锚施工。
TR系列高强、轻型中空注浆锚杆施工方法, 它将传统的先灌浆后锚固工艺改为先锚固后注浆, 形成有压注浆, 不但可以充填锚孔, 而且在裂隙发育的地区, 浆液还在注浆压力的作用下渗透进裂隙。用普通凿岩机钻孔并清孔。安装止浆塞:垫板、螺母。连接注浆机:通过快速注浆接头将锚杆尾端和所选注浆机连接, 开动机器注浆。
3.2 联合支护技术参数的确定
3.2.1 钢骨架砼支护方式。
U36钢支架+φ22mm钢筋+混凝土全封闭支护。钢支架采用U36矿用支撑钢, 顶梁与两立腿采用搭接, 搭接长度400mm, U型卡子固定;底梁采用小挠度弯曲, 梁端用δ=10mm钢板焊接棚腿套。支架间排距0.5m和1.0m两种, 视施工巷道变形严重程度, 围岩性质和地应力情况而定。配筋采用φ22mm螺纹钢, 混凝土为工作面现浇整体混凝土, 标号C20, 厚度500mm。
3.2.2 钢筋砼支护方式。
双层φ22mm钢筋+500mm厚混凝土全封闭支护, 配筋采用φ22mm螺纹钢, 长度不超过3m全断面绑扎, 混凝土为工作面现浇整体混凝土标号C20, 厚度500mm。
3.2.3 联合支护。
东荣三矿-650m水平所有岩石巷道均采用锚杆-锚索-金属网-喷射砼联合支护, 在施工中根据围岩的实际情况采取增减锚索, 喷层厚度150毫米。
3.2.4
U型钢让压支护对于施工期较长, 巷道变形较大, 压力释放充分的巷道维修, 采用以联合支护为临时支护, U型钢支架永久支护, 配φ8mm钢筋网, 网后充填矸石, 底板底梁采用小挠度弯曲, 梁端用δ=10mm钢板焊接棚腿套, 配筋采用φ22mm螺纹钢, 长度不超过3m底板绑扎, 底板混凝土为工作面现浇整体混凝土标号C20, 厚度500mm。如东主运巷、装车站, 人车库等巷道硐室。
3.2.5 底锚施工。
TR中空注浆锚杆将锚杆和注浆管的功能合二为一。注浆时它是注浆管, 注完浆后无需拔即成为一个锚杆。
4 联合支护施工工艺与要求
交叉点、大硐室采用分段分层的施工方法, 首先施工断面上部再施工下部, 每段施工长度为20m, 采用炮掘, P-30耙斗机出岩。
锚喷联合支护为第一层, 从上至下, 由后向前施工, 锚杆、锚索间排距严格按设计施工, 要求:锚杆抗拔力不小于53KN, 锚索锚固力不小于40mpa。二层支护, 由底板架设底梁浇筑砼到两帮架棚绑筋浇筑砼最后在顶板封顶, 砼采用搅拌机进行搅拌, 输送泵配φ127钢管进行输送, 要求:钢筋间排距300mm×300mm, 搭接长度不小于700mm;钢棚搭接处必须采用大力扳手拧紧, 底盒焊接强度必须达到要求, 棚间距不大于设计±100mm, 配比:水泥:砂子:石子=1:23.56。联合支护断面如图2所示。
5 锚喷、钢棚、底锚、钢筋砼联合支护技术效果
井底车场、东主运巷和水仓硐室施工完成后, 经过2年多的观察, 巷道、交叉点和硐室的变形量很小, 未再出现较明显的变形破坏现象, 表明5种支护施工方案取得了预期效果, 能够保证工程长期稳定。支护效果如图3、图4所示。
6 结语
实践表明, 对东荣三矿巷道应从服务年限、使用功能、有无维修条件和围岩压力变形5个方面确定刚性支护方式, 能有效地提高巷道支护结构的承载力, 保证巷道稳定, 从而达到最佳的功能与投资效益的组合。该项技术具有较高的应用价值, 值得在软岩巷道普遍推广。
参考文献
[1]康红普, 林健.煤巷锚杆支护成套技术在潞安矿区的应用[J].煤炭学报, 2001增刊.
[2]林健, 吴拥政.宁武煤矿小煤柱护巷技术及其应用[J].煤炭科学技术, 2005 (12) :5-7.
复合支护体系论文 篇7
广州市商旅二区综合楼工程地处广州市天河路与体育西路交叉口,是一个总投资达3.6亿元的超高层建筑,基坑东西长115.34 m,南北宽107.24 m,占地面积19 600 m2,开挖深度达到15.6 m。基坑建筑场地上部土层多呈可塑～硬塑～坚硬状态,表层填土厚约0.6 m～2.9 m,-10.0 m以下为不透水层。基坑西南边有3层～6层建筑物,其基础为嵌岩桩基,并设有1层地下室,与本工程地下室最近处仅2 m;东、北两面距基坑边5 m～6 m为马路,交通繁忙。
上述这些因素对深约16 m基坑的开挖及边坡支护带来很大难度,特别是东边靠近交通重要路段。有利的因素是残积土层埋藏相对较浅,强风化岩层埋藏深8.2 m～19.0 m,在深基坑开挖过程中有利于减少边坡变形。
鉴于以上分析,最后决定对该深基坑支护结构采用两种不同的形式,除东面外,其他三面采用复合土钉墙结合预应力锚杆的支护方式;东面因工作距离小,又临近人行道,所以仍采用人工挖孔桩结合预应力锚杆作支护结构(见图1)。
2技术原理
土钉墙支护是在基坑开挖过程中将较密排列的细长杆件置于原位土体中,并在坡面上喷射钢筋网混凝土面层。通过土钉、土体和面层的共同作用,形成复合体。在土体发生变形的条件下,通过土钉与土体接触面上的粘结力或摩擦力,使土钉被动受拉,并通过受拉工作面给土体约束加固。土钉墙的特点是边开挖边支护,这使得基坑边缘的土体单元处于两轴受力状态,垂直于基坑边方向的土体应力被先行释放,决定了这种支护形式的基坑变形会比较大。
复合土钉墙支护技术很好地解决了这个问题,以钢管桩作为超前支护挡土结构,以水泥搅拌桩作为防渗帷幕,解决土体的自立性、隔水性以及喷射面层与土体粘结问题。本基坑支护工程,分别在-4.5 m和-10 m的位置设置2道预应力锚杆,控制基坑边坡的水平位移。钢管桩与预应力锚杆及混凝土腰梁形成组合结构,可起到肋的作用,加强边坡竖向刚度,同时可以控制在开挖过程中边坡土体的侧向变形,基坑边缘的土体单元始终处于三轴受力状态,土体应力被有效约束,决定了这种支护形式的基坑变形会比单纯的土钉墙小得多,保证了基坑的整体稳定。本工程复合土钉墙构造见图2。
3施工方法
3.1 复合土钉墙施工方法
3.1.1 深层搅拌桩施工方法
基坑采用连续的深层搅拌桩止水帷幕,桩径500 mm,桩间搭接150 mm,从原地面计起桩长7.50 m～9.00 m,进入不透水黏土层大于1.00 m,上段3.00 m空搅。现场采用单轴搅拌机施工方法为4喷4拌搅喷浆法。水泥浆液用32.5 MPa普硅水泥,掺入5%纯黏土粉制成,水灰比控制在0.45～0.5。
施工工艺流程:搅拌桩机就位→保持不停喷浆→搅拌头下沉、提升各2次→移机。
3.1.2 钢管桩施工方法
钢管桩桩端进入基坑底2 m,钢管桩采用ϕ140 mm钢管,水平间距1 500 mm,使用钻机成孔ϕ150 mm,洗管后即投钢管入孔,管内灌注M20水泥砂浆,底端管口开设2个漏浆缺口,灌浆时,使浆体流入管外侧,浆在管外与土起着加固作用,至管口冒出纯水泥砂浆即可停止灌浆。
施工工艺流程:钢管桩定位→钢管加工→钻机就位成孔→清孔下管→灌注浆(可填适量细石)→移机。
3.1.3 钢管土钉施工方法
采用ϕ48 mm钢管,长度12 m～15 m,水平间距1 000 mm,层间间距1 300 mm设置。钢管头切割焊成密闭尖头状,钢管上每隔500 mm留注浆孔,孔上用一小段ϕ10 mm小钢管顺入土方向倾斜焊于钢管,加工好的花管就像一根鱼脊骨。钢管倾角10°～15°,直接用气压动力锤打入土中。用32.5 MPa普硅水泥按水灰比0.4～0.5配制水泥浆,管口用止浆袋封口,用0.5 MPa左右压力灌浆,稳压3 min。使浆体在土体中充分渗透及扩散,既可增强钢钉抗拔,又可增强土体强度及抗渗能力。
施工工艺流程:开挖工作面→修边坡→锤击钢管土钉→灌注水泥浆。
3.1.4 钢筋土钉施工方法
按不同的区段采用ϕ25,ϕ28及ϕ32钢筋作锚杆,杆长12 m～16 m。采用锚杆钻机成孔,土层成孔直径必须不小于100 mm,角度应控制为10°～15°。在置筋前,采用压缩空气将孔内残留及扰动废土清除干净。钢筋搭接采用加帮条的双面焊接,并每隔1.5 m设置对中支架。注浆采用一次注浆法,用32.5 MPa普硅水泥按水灰比0.4～0.5配制水泥浆,掺入3%早强剂,灌浆压力0.5 MPa,使用止浆袋稳压3 min。
施工工艺流程:开挖工作面→修边坡→钻孔→绑扎钢筋网→安放土钉→灌注水泥砂浆。
3.1.5 喷射混凝土面层施工方法
土钉墙面为含钢筋网的喷射混凝土面层。钢筋网为ϕ6@200,另有一层加强筋网,加强筋为ϕ16,为斜向交叉布置,并与钢花管或钢筋锚杆头焊接。喷射混凝土为细石混凝土,强度等级C20,掺入3%～5%早强剂,混凝土面层厚120 mm。对于较松散土体,在开挖后必须尽快喷射一层混凝土,厚度在50 mm左右。采用干法喷射,水泥和砂石经强制式搅拌机拌和后,用压缩空气将干性混合料送入管道,再送到喷嘴里,在喷嘴里引入高压水,与干料合成混凝土。
3.2 预应力锚杆施工方法
预应力锚杆采用2×7ϕ5钢绞线制作,锚杆孔径为130。锚杆长17 m,水平间距1.5 m,水平倾角15°,预施加预应力分别是150 kN,200 kN。采用螺旋钻杆控水钻进,尽量不扰动原土层状态,钻到深度后马上拆卸钻杆,人工送索。钢索每间隔约1.3 m～1.8 m安装一个支托架,端部加集束套,自由段用塑料管包裹,锚固末端用单孔锚具锁住。锚杆孔内采用32.5 MPa普硅水泥,按水灰比0.4～0.5配制的水泥浆灌浆,为一次注浆法,通过一根注浆管自孔底起开始注浆,待浆液流出孔口时,止浆袋封堵,继续以不小于1.0 MPa的压力注浆,并稳压3 min以上。在锚索及腰梁完成7 d后,采用穿心式油压千斤顶对锚索(杆),分级拉拔至设计要求的应力值,锁定值为设计张拉力的1.05倍～1.08倍。
施工工艺流程:开挖工作面→修边坡→绑扎钢筋网→喷射细石混凝土→钻锚杆孔→清理锚孔、安锚杆→灌注浆→安装腰梁模板→喷射及浇筑细石混凝土→张拉→锁定。
4质量检验与监测
4.1 土钉抗拔力试验
土钉抗拔力为土钉设计中的主要参数,也是衡量土钉施工质量和土钉与土钉土体相互作用的重要指标,本工程试验的土钉长16 m,为ϕ32螺纹钢筋,共试验3根,平均抗拔力为276.5 kN,且土钉在拉动破坏前,其位移仅为16.3 mm,说明土钉与土体具有良好的协同作用。
4.2 土钉与预应力锚杆受力状态监测
土钉受力状态监测是采用沿土钉长度方向每隔一定距离粘结应变片的方法,测取土钉钢筋受力的大小,以评估土钉墙稳定性并指导施工,选其中7根土钉进行监测,土钉沿长度方向受力是不均匀的,大致为中间部分大,两端小,最大点土钉拉力为178 kN。
预应力锚杆受力监测方法是在锚头处设置受力感应器。选其中5根锚索进行监测,监测结果是锚索锁定后,压应力较为稳定,随着基坑挖深稍有增大,幅度小于初始值的1%。
4.3 基坑变形监测
本工程在基坑边缘布置21个基坑变形监测点(见图3)。
使用精密全站仪观测平面变形,使用精密水准仪观测沉降变形,基坑边缘的观测点,最大水平位移为47 mm,沉降为35.10 mm,均在规程所要求的控制值(50 mm,40 mm)范围以内。
5应用体会
本工程基坑深达15.6 m,为缩短工期、节约成本,经过对土层的严格计算,采用了复合土钉墙替代大部分人工挖孔桩的做法,突破了《广州地区建筑基坑支护技术规定》规范规定土钉墙与预应力锚杆基坑支护不宜超过12 m的规定。经过监测,基坑开挖至设计标高,坡顶最大位移为47 mm,周围民居和道路无开裂、下沉迹象,支护系统处于良好的工作状态。特别是基坑暴露期间,经受了广州地区夏秋季台风暴雨的考验。基坑安全稳定,与全部使用人工挖孔桩支护的方案相比,节省工程造价230多万元,缩短工期20 d,取得了较大的经济效益,为同类工程的施工提供了一个很好的例子,复合土钉墙支护技术的确是一种值得推广应用的先进技术。
摘要：结合具体工程实例,探讨了复合土钉墙支护的技术原理,详细地介绍了复合土钉墙及预应力锚杆的施工方法,并进行了复合土钉墙支护的质量检验与基坑变形监测,得出了复合土钉墙支护技术经济效益显著、值得推广的结论。
关键词：复合土钉墙,深基坑,预应力锚杆,质量检验
参考文献
[1]罗飞,蔡琨,付琛.复合土钉墙支护在某基坑中的应用[J].山西建筑,2007,33(10):150-151.
复合支护体系论文 篇8
1 试验巷道概况
该矿主采煤层为16煤。16煤顶板以泥岩及粉砂质泥岩为主, 次为粉砂岩, 个别孔见有细砂岩, 偶见泥岩、炭质泥岩伪顶。从矿井实际揭露资料来看, 顶板稳定性极差。底板以泥岩、砂质泥岩为主, 次为粉砂岩, 个别孔见细砂岩和泥岩、炭质泥岩伪底。底板稳定性差, 特别是泥岩、砂质泥岩底, 极易出现底鼓。围岩整体强度小, 顺槽断面尺寸宽为4.5m, 高2.7m, 运输巷掘进后, 复合顶板早期离层、下沉量大, 两帮剧烈移近, 底鼓量大, 巷道维护成本明显增加。
2 数值模型的建立
2.1 数值模型
根据新龙矿地质资料, 建立数值模型。本模型中煤层埋深100m, 煤层倾角80°, 最大水平应力为10MPa。模型中心至地表、左右边界、底板均为100m。巷道开挖高度均为2.5m, 宽度分别为3.0m、4.0m、4.5m、5.0m。采用的锚杆为顶板20mm×2400mm、两帮20mm×1800mm。锚杆材质20Mn Si。顶板锚索17mm×7000mm矿用锚索。应用FLAC程序分析模拟分析。
2.2 数据模型分析
(1) 巷道周围水平应力分析
水平应力仅在底板集中, 顶板无水平应力集中, 仅有水平应力作用, 且水平应力作用值较小。
水平应力集中位于巷道底板右侧, 并随巷道宽度增加, 应力集中作用更深 (但不会超过底板砂岩) , 作用范围更大。
巷道宽度的增加还会导致巷道底板左边出现新的应力集中处。但巷道底板中心位置处受力有所减小。
(2) 巷道周围垂直应力分析
垂直应力在巷道顶底板中心线及巷道两帮中心线处出现减小区。但随着巷道宽度的增加, 巷道两帮的垂直应力减小区逐渐减小, 顶板的逐渐增大。
垂直应力在巷道两底角及肩窝处出现应力集中。
(3) 巷道顶板位移分析
Y轴方向位移主要出现在巷道顶板处, 巷道底板Y轴方向位移量较小。
随巷道宽度的增加, 顶板的破坏范围逐渐加深, 分别为:10m、13m、14m、15m。
顶板离层最大点位于巷道顶板中心线处, 随巷道宽度增加, 顶板离层量逐渐增加。其顶板表面位移分别为:15mm、20mm、25mm、25mm。
(4) 巷道两帮位移分析
X轴方向位移在两帮均有体现, 且右侧位移大于左侧。
随巷道宽度增加, 两帮的位移范围明显增加, 左帮分别为:2.5m、3.0m、3.5m、3.5m。右帮分别为:2.0m、2.5m、3.0m、3.0m。均超出锚杆支护范围。
2.3 支护分析
锚杆及锚固剂:锚杆采用左旋无纵筋高强度螺纹钢锚杆, 直径为Φ20mm, 长度分别为2200mm、2000mm两种, 顶部锚杆、帮部锚杆均用2块树脂锚固剂固定, 锚杆外露长度为15mm~50mm;托盘规格为10mm×100mm×170mm, 用8mm的钢板压制成弧形;锚杆均使用配套标准螺母紧固。树脂锚固剂为Φ25mm, 快速药卷长度为500mm, 慢速药卷长度为700mm。每根锚杆眼底使用1块CKB2550型和1块C2570型锚固剂, 以保证锚杆安装质量。
金属网采用8#铁丝制作的经纬网, 网的规格分为4800×1200mm、2200×1200mm两种, 网格为长×宽=50mm×50mm, 网要压茬连接, 搭接长度不小于100mm, 相邻两块网之间要用12#铁丝连接, 连接点要均匀布置, 间距200m。
锚索:现场备用17.8mm×7000mm的锚索、配250mm×250mm×20mm的铁托盘, 每根锚索使用1块CKB2550和3块MQZ2570锚固剂。迎头备用一台锚索张拉器。
2.4 主要技术要求
(1) 空顶距应在巷道条件所能允许的最大距离之内。最大空顶距不能超过1.5m。
(2) 如果顶板条件恶化或者发生变化, 空顶距应适当减小。
(3) 顶板和两帮支护均应在迎头空顶距范围内完成。完成切割循环后, 对新暴露的顶帮及时进行支护, 滞后时间不允许超过1小时。
(4) 锚杆安装顺序应从已安装的最后一排锚杆开始, 向迎头方向依次逐排安装, 安装完顶锚杆后, 再按同样的顺序安装帮锚杆。
(5) 不允许在未支护的顶板下或靠近未支护的两帮进行支护作业。
(6) 两帮最上部的帮锚杆应保证将顶网和帮网穿压在一起。
(7) 顶、帮锚杆采用快速安装工艺, 安装锚杆时必须边搅拌边将锚杆推进至孔底, 严禁先推进后搅拌。
(8) 锚杆间排距误差在±50mm以内。
3 观测结果
顶板支护采用2.4m长左旋连续螺纹锚杆, 每孔使用MSCK2360和K2360各一块树脂锚固剂, 锚固长度约为1.65m。从顶板多点位移计观测可知, 顶锚杆对顶板的控制性较好, 离层主要发生在顶板2.1m以下, 且顶板岩层离层量较小, 稳定50天后的最大离层量为35mm。个别区域的顶板离层在2.4m以上, 但在锚索的控制范围内且离层量微小, 巷道顶板稳定在4~5天, 即迎头掘进35~55m左右, 稳定期较长。
两帮支护采用2.0m长左旋连续螺纹锚杆, 每孔使用MSCK2360一块树脂锚固剂, 锚固长度约为0.82m。从两帮多点位移计观测可以看出, 两帮煤体变形有的控制得较好, 离层主要发生在1.5m~1.8m之间且离层量较小, 约为20mm。巷道两帮变形稳定期与顶板基本一致。
从测力锚杆受力观测可以看出顶板锚杆所受轴向力均小于50k N, 远小于顶锚杆的屈服强度110k N。顶锚杆所受轴向力最大值位于其中间位置。顶板锚杆所受剪切力为1MPa~2MPa, 且所受剪切力位置为0.8m往上至锚杆端部均有剪切力存在。两帮锚杆受最大轴向力为70k N, 且帮锚杆全长范围内有两处受轴向力较大点。帮锚杆全长范围内均有剪切力存在, 最大剪切力约为3MPa。
(4) 从离层观测结果中可以看出, 顶板及两帮离层均超出了锚杆支护范围, 因此, 要保证锚杆施工质量, 其拉拔力及预紧力均要达到规定要求。并且顶板锚索长度要符合煤巷锚杆支护的规定, 离层值加大或遇特殊地段时要减小锚索排距, 以保证安全。
5 结论
(1) 现用的锚杆—锚索联合支护的设计思想是以锚杆及时支护巷道周围浅部围岩, 提高围岩的承载能力和自稳性, 预应力锚索在锚杆支护的基础上进一步提高支护强度和将超过锚固范围的顶板松动区岩石悬吊在深部稳定的岩层中。常规预应力锚索对软弱破碎围岩只起到提高支护强度作用, 没发挥出悬吊作用, 其主要问题是锚索在发挥悬吊支护作用前已破断, 围岩在变形破坏过程中作用于锚杆或锚索上的变形压力远远大于锚杆或锚索可发挥“悬吊作用”的承载能力。
(2) 在巷道破碎围岩条件下, 锚杆支护的作用机理是巷道锚固系统形成锚固平衡拱, 承担更大范围内岩层的载荷。即巷道锚杆支护所贡献的不仅仅是对锚固体的增强作用, 而且改变了岩层的承载结构, 使处于破坏状态的巷道顶板岩层的承载能力得到大幅度提高。
(3) 通过观测结果看出, 支护强度能够满足正常支护段的要求。新龙矿井下地质条件不稳定, 一条顺槽内多次出现断层、淋水等特殊地质条件, 需要制定专门措施增加辅助支护。
摘要：三软煤层复合顶板的稳定受地质及地质结构、地应力、岩体力学性质、工程因素、地下水及时间条件等的约束, 极易离层、而两帮强度小, 破坏范围大, 极易导致煤巷失稳破坏, 极难维护, 本文采用数值计算与工业试验相结合, 确定了合理的锚杆支护参数, 取得较好实践效果。
关键词：三软煤层,复合顶板,数值计算,锚杆支护
参考文献
[1]柏建彪, 侯朝炯.复合顶板极软煤层巷道锚杆支护技术研究[J].岩石力学与工程学报, 2001, 1.
[2]施现院, 轩绍军.复合顶板回采煤巷支护技术研究[J].能源技术与管理, 2014, 1.
复合支护体系论文 篇9
【关键词】桩锚；复合土钉墙；深基坑支护工程
在当前我国社会经济发展的过程中，人们对建筑工程的施工质量的要求也越来越高，而基坑工程施工作为整个建筑工程施工的基础，我们在对其进行施工的过程中，它的质量问题直接影响了整个建筑结构的稳定性和可靠性。因此为了保障其工程的施工质量，人们就将一些先进的科学技术应用到其中，从而使得建筑工程施工的质量符合工程设计的要求。其中由于桩锚和复合土钉墙的施工方法比较简便，稳定性较好，而且对建筑工程施工的成本得到很好的控制，因此得到了人们的广泛应用。
一、工程实例
某建筑工程其地上结构一共有9层，地下室结构有2层，总建筑高度为33m，其建筑面积达到了18460㎡，而建筑地下基坑结构的深度在10m左右，建筑结构属于框剪结构。然而，在对高建筑工程进行施工之前，施工单位为了保障建筑工程的施工质量，技术人员首先要对该工程施工的地质情况进行相应的勘查，从而根据建筑工程的地质情况和水文地质，来对其施工方法进行相应的选取。而在基坑支护工程施工的过程中，由于该建筑工程的施工土质中分布得较多的粗粒花岗岩和残积土，这就对整个基坑工程的稳定性和可靠性有着严重的影响，而且在该建筑工程的周围，也存在着许多的管道系统，因此为了保障该建筑项目深基坑工程可以顺利的完成，我们就要根据工程施的实际情况，采用相关基坑支护施工技术来对其进行处理，以确保基坑工程的施工质量。
二、基坑支护方案的设计
1、方案的选取
在建筑工程施工的过程中，对深基坑支护结构安全等级的综合确定有着十分重要的意义，它不仅使得深基坑结构的稳定性得到有效的保障，还满足了人们对建筑结构质量施工的相关要求。而且在该建筑基坑工程施工中，由于其周围埋藏着许多的市政管道系统，而且其地下水位也比较好，因此我们在对其进行基坑结构进行施工的过程中，就要根据该建筑工程施工的实际情况和相关要求，来对其支护方案进行选择。其中因为深基坑支护结构的施工情况比较的复杂，所以我们在对其进行施工时，就将桩锚和复合土钉墙基坑支护技术应用到其中，进而使得建筑工程的安全等级和稳定性得到进一步的提高。
而且为了避免在对建筑基坑工程施工过程中，工程结构的稳定性、可靠性以及经济性受到影响。人们在桩锚支护施工的过程中，就要根据工程施工的实际情况和相关要求，来对其桩锚支护结构的位置进行确定，这样不仅使得工程施工的质量得到进一步的保障，还减少了建筑工程施工对周围施工环境的影响。
2、计算方法及参数
基坑支护结构正常使用年限为1年，施工阶段支护结构的最大水平位移一级控制在20mm以内，二级控制在40mm以内，基坑顶边周围1．5m范围内地面设计荷载取10kPa，基坑顶边周围1．5m范围外地面设计荷载取20kPa，出土口处取40kPa，考虑到基坑南边离原有建筑物很近，因此南边基坑外地面设计荷载取l0kPa。基坑的计算深度需加上新建建筑物筏板基础的厚度。
3、复合土钉墙设计
基坑北边采用复合土钉墙支护形式，土钉墙适当放坡，坡角取78°，土钉采用二级钢，土钉下倾角取20°，土钉的长度为8～12m，土钉钻孔直径取120mm．土钉间距取1300mm×1300mm，土钉的抗拔承载力设计值取80～130kN。预应力锚索采用3x7Φ5钢绞线，钢绞线强度设计值为1220MPa，下倾角取20°，锚索的长度为15～16m，钻孔直径取150mm，锚索间距取2600mm×2600mm，抗拔承载力设计值取200kN。
对于复合土钉墙设计，需要特别注意的一点是关于土钉设计长度的确定。原规程根据郎肯土压力三角形分布理论。越接近基坑底部的单根土钉受到的土压力越大，土钉的长度越长，但实际工程中，土钉墙底部的土钉往往不能充分发挥出其极限承载力，因此，在新规程中，考虑了土压力重分布的规律，增加了土钉轴向拉力调整系数，使土钉的受力更接近实际情况。
4、复合桩锚支护设计
基坑东、南、西三边采用复合桩锚支护结构，采用多支点弹性支点法计算，桩锚支护的桩径采用1．2m，桩间距1．5m，桩底入基坑底部4～5m；预应力锚索采用一桩一锚，上下共两道锚索，采用3×7巾5钢绞线，锚索的抗拔承载力设计值为330kN，锚索间通过腰梁连接。考虑到基坑的南边离现有建筑物只有3．6m，且现有建筑物是采用浅基础的带一层地下室的框架结构，在确定第一排锚索的高度和角度时需确保锚索与原有建筑物的浅基础之间保持一定的安全距离，因此第一排锚索离自然地面的高度确定为4m，下倾角采用30°。而基坑的东面和西面则无需考虑该因素，第一排锚索高度确定为2．5m，下倾角采用20°。
对于桩锚支护，设计的要点在于根据基坑的深度，合理调整桩的嵌固深度、锚索的排数、各排锚索的竖向间距这几项重要参数，以确保支护桩的弯矩沿桩长均匀分布闷。除此之外，还应合理确定锚索的预拉力值，如过小，则基坑顶的水平位移值难以控制，如过大，须增大锚固段长度，则不经济。对于该工程，由于已有建筑物的浅基础离基坑距离较近，还应按照规范的要求，在计算时充分考虑该浅基础的竖向附加压力对支护结构造成的侧压力。
三、地下水的控制
对于基坑支护设计，必须采取合理的方法对地下水进行控制．防止因地下水造成支护结构涌水和基坑周围土质恶化等现象，避免造成对周围建筑物和道路的破坏。
本基坑的三边分别有采用浅基础的框架结构建筑物和市政道路，尤其是南边原有建筑物离基坑的距离较小。对沉降变形十分敏感，结合该场地的地形地貌、基坑深度范圍内的土质情况等因素，确定基坑的东、南、西三边使用施工空间要求比较小的高压单管旋喷桩止水，对于北边，场地相对开阔，则采用复合土钉墙止水。
四、结束语
总而言之，在当前建筑工程施工的过程中，基坑支护施工有着十分重要的意义，它不仅可以保障建筑工程的施工质量，还使得整个建筑结构稳定性得到进一步的保障，从而致使建筑工程的施工质量满足了工程设计的相关要求。而且在不同的建筑工程中，我们对所采用的基坑支护技术也存在着一定的差异，因此我们在对其基坑支护方法进行选择的过程中，就要根据工程施工的实际情况，来对其进行选择，从而保障工程施工的质量。
参考文献
[1]杨光华,黄宏伟.基坑支护土钉力的简化增量计算法[J].岩土力学,2004(01)
[2]魏屏.复合土钉墙在软土深基坑中应用分析[J].昆明大学学报,2007(04)
复合支护体系论文 篇10
某中心基坑深度为6.0m, 结构形式为框剪结构, 主楼13层, 裙楼4层, 地下2层, 基础采用筏板基础。其南侧紧靠原有办公楼 (距办公楼外墙最近处为1.95m, 基础为筏板基础) , 北侧距围墙2.5m, 西侧场地较为开阔, 东侧距围墙8m (见图1) 。
场地土层自上而下依次为:⑴杂填土:杂色, 湿, 松散, 主要为红砖块、砂、炉渣及粉土等。⑵粉土 (2) -1夹薄层粉质粘土 (2) -2: (2) -1土黄色, 软塑, 很湿-饱和; (2) -2黄褐色-褐色, 软塑, 饱和。⑶粉土 (3) -1局部夹薄层淤泥质粉质粘土: (3) -1土黄色-浅黄色, 软塑-流塑, 饱和。⑷粉质粘土:褐色-灰褐色, 软塑-可塑, 饱和。⑸粉土:土黄色-浅黄色, 软塑, 饱和, 局部粉砂含量高。⑹粉质粘土:褐色-灰褐色, 可塑, 饱和。地下水位距地表2.5m左右。各土层主要指标见表1。
2 基坑支护方案
根据施工场地条件, 西侧场地较大, 考虑采用放坡开挖;北侧和东侧有一定的放坡空间, 考虑采用放一定坡度后进行支护;南侧紧临六层办公楼, 无施工场地, 只能采用直坡开挖。该基坑支护设计方案的难点是在保证基坑边坡的安全、稳定的条件下不影响南侧办公楼的安全和正常使用。
2.1 基坑西侧、北侧和东侧支护方案
(1) 基坑西侧:西侧边坡采用1∶1的放坡, 坡面喷30mm厚素混凝土面层, 防止地表水等其他因素造成边坡土体强度降低而引起局部塌方。
(2) 基坑北侧和东侧:为了保证新建建筑物施工空间和基坑边坡安全, 对该部位的边坡进行1∶0.2放坡, 并采用3道土钉进行支护, 土钉长度分别为8m、7m、6m, 梅花形布置, 面层厚80mm, 内配Φ8@200×200钢筋网。具体支护方法见图2所示。
2.2 基坑南侧支护方案
该工程的基坑开挖和建设将可能对原有的办公楼产生两方面的不利影响: (1) 基坑开挖过程中, 由于降水和基坑边坡侧向变形引起办公楼的不均匀沉降; (2) 新建建筑物施工完成后, 将对原有建筑物产生附加应力的不均匀沉降。已有建筑物的不均匀沉降将可能造成建筑物的开裂或倾斜, 影响其安全和正常使用。
为了保证已有建筑物的安全和正常使用, 综合考虑场地和已有建筑物的实际情况, 提出处理方案: (1) 采用微型桩对原有建筑物基础进行局部托换, 通过微型桩把原有建筑物上部结构的部分荷载传递到土层深部, 减小作用于基坑边坡上的荷载; (2) 采用合理的支护形式, 限制边坡的沉降和位移。通过两方面的综合处理, 减轻基坑开挖后边坡的沉降和位移, 减小新建建筑物对已有建筑物基础产生的不均匀沉降量, 既要满足基坑边坡的安全稳定, 不影响新建建筑的施工, 又要保证已有建筑物的安全和正常使用。
2.2.1 原有建筑物基础托换
原有建筑物为筏板基础, 整体刚度较好, 因为该建筑物受影响最大的部位是北侧, 为了防止该基础发生过大不均匀变形, 导致建筑物倾斜, 故只对建筑物北侧基础进行加固。由于建筑物北侧距离边坡的距离变化较大, 考虑只对距边坡最近处进行托换。微型桩桩位距外墙的距离为300mm, 桩间距为1200mm, 布置4颗微型桩。具体托换方案如图3所示。微型桩与原筏板基础采用Φ12@400梅花形布置的插筋连接, 承台宽度为500mm, 高度为300mm。
2.2.2 基坑支护方案确定
根据南侧基坑开挖深度、工程地质条件等方面综合考虑, 通过技术、经济比较确定边坡支护方案设计。
悬臂支护桩支护是以基坑底面土的被动土压力来平衡边坡的主动土压力和水压力的作用。该土层主要是饱和粉土, 土性参数c、φ值较小, 要达到支护边坡稳定需要支护桩有较大的嵌固深度, 同时要提供被动土压力则需要较大的位移, 因此, 边坡的位移将会很大, 有可能导致基坑周围地面、建筑物的开裂和破坏。
支护桩加预应力锚杆支护方案既可以减小支护桩的嵌固深度, 又可减小支护桩的水平位移。但由于该土层性质较差, 如桩间距较大, 桩间土可能流出, 同时要达到支护边坡的稳定需要预应力锚杆的长度较长。而且支护费用较高, 施工工期较长。
普通土钉具有经济可靠、快速简便的特点, 但在土性参数较小的土层中使用土钉, 需要土体发生较大变形土钉才能完全发挥, 土钉支护的边坡位移较大, 可能对周边建筑物产生较大影响, 同时每步基坑开挖的深度较小, 施工工期加长, 无法体现土钉快速简便的优势。
复合土钉 (土钉+微型桩) 支护方案中, 由于微型桩可以起到超前支护的作用, 既可以保证基坑按正常分步开挖, 边坡土体不会发生部分坍塌, 体现普通土钉经济、施工快速简便的特点, 又可以在一定程度上减小边坡的位移。
综合以上支护方案的优缺点, 确定南侧边坡采用复合土钉进行支护。
2.2.3 基坑复合土钉支护设计
现阶段复合土钉设计多采用以受力稳定性为主设计, 辅助于控制变形的设计方法, 通过施工过程中变形监测, 及时反馈信息, 完善复合土钉设计, 已达到控制变形的目的。
复合土钉设计采用对土钉长度、土钉抗拉承载力、边坡稳定性主要采用普通土钉设计方法进行设计, 以保证基坑边坡的稳定, 另外辅助于施加微型桩来限制基坑变形的设计思路进行。
因场地条件限制, 只能采用直立边坡, 水泥砂浆土钉, 土钉直径为100mm, 内配一根Φ28钢筋。土钉长度及竖向间距如图4所示, 水平间距为1.2m, 梅花形布置。面层厚150mm, 内配Φ12@200×200双层钢筋网。
1-1剖面采用4道土钉进行支护, 微型桩长度为9m, 嵌入基底以下3m, 桩间距为600mm;2-2剖面的土钉长度、间距、微型桩长度与1-1剖面相同, 不同之处是微型桩间距为1000mm, 支护范围为11.2m。具体支护方法见图4所示。
由于基坑南侧边坡东部距建筑物相对较远, 从基坑工程造价和施工场地方面考虑, 该部位的边坡开挖成直坡, 采用4道普通土钉进行支护, 土钉长度分别为14m、13m、9m、9m, 梅花形布置, 面层厚80mm, 内配Φ8@200×200钢筋网。
3 基坑支护施工
3.1 微型桩施工
根据图3、4所示的桩位, 进行微型桩施工。微型桩采用泥浆护壁成孔, 必要时使用跟进套管护壁。成孔清孔后放入钢筋笼, 后插入注浆管至孔底, 用压力注1∶0.3的水泥砂浆, 内掺高效减水剂及早强剂, 直至管满为止, 注浆压力为0.2MPa。微型桩进入第五层粉土1.0m。
对原有建筑物托换的微型桩施工, 在清孔完成放入钢筋笼时, 钢筋笼外侧对称绑扎两根φ30的钢管, 长度为1m, 沿钢管长度方向每隔300mm四周均匀布置4个2mm直径的花眼, 花眼位置均套胶皮。在微型桩水泥砂浆初凝后, 从两根钢管采用1~2MPa压力注入水泥浆进行二次压浆, 水灰比为0.5。在原基础下形成扩大头。微型桩施工完成5d后可进行基坑开挖施工。
3.2 基坑开挖与土钉施工
3.2.1 施工顺序
在微型桩施工完成5d后, 开始进行基坑开挖。基坑开挖前首先进行深井降水, 待水位稳定后再进行基坑开挖。开挖采用分层开挖, 施工顺序依次为:开挖、修坡、导管成孔、钢筋制作、安放钢筋、注浆、绑扎面层钢筋网、喷射混凝土面层、养护。
3.2.2 开挖与土钉支护
开挖时应采取分层逐段开挖, 作业面长度控制在10m以内, 同时严格控制超深开挖。该基坑第一步开挖1.7m, 以后每层开挖厚度为1.2m, 直至基底, 每步开挖后立即进行土钉施工和面层混凝土施工。上层土钉注浆体及喷射混凝土面层达到强度的70%后方可开挖下层土方及下层复合土钉施工。
基坑开挖第二步中, 发现在基坑北侧、东侧和南侧东部采用普通土钉支护的坡面上, 土体暴露时间超过2h, 就易发生局部土体坍塌现象, 并逐步向土体内部发展, 同时在开挖后槽底处发生较为明显的土体侧向挤出, 影响了基坑的正常开挖和土钉施工。但采用微型桩+土钉复合支护技术的边坡未出现上述问题。针对以上情况, 对普通土钉施工工艺及时做出修改。通过改变基坑每步开挖的土层厚度和坡度、开挖形式以及施工顺序, 较好地解决了普通土钉施工中土体局部坍塌和土体侧向挤出的施工问题。同时监测坡顶水平位移、沉降及建筑物情况, 发现问题及时解决。
3.2.3 施工要求
(1) 成孔。用Φ48钢管采用击入法埋置土钉, 孔深允许偏差50mm, 孔径允许偏差5mm, 孔位允许偏差100mm, 成孔倾角偏差5%。
(2) 注浆。用二次挤裂注浆方法, 土钉置入后插入注浆管, 以0.3~0.5MPa压力进行一次注浆, 及在首次注浆终凝2~4h内, 用高压 (2~3MPa) 向钻孔中的二次注浆管注入水泥砂浆, 注满后保持5~8min。注浆材料选用水泥砂浆, 其配合比可选用1:1.5, 水灰比为0.45, 水泥采用普通水泥, 充盈系数必须大于1。
(3) 抗拔力试验检测。土钉采用抗拔试验检测承载力, 试验数量不少于土钉总数的1%, 且不少于3根。土钉试验的合格标准为:土钉抗拔力平均值应大于设计极限抗拔力, 抗拔力最小值应大于设计极限抗拔力的1.2倍。
4 基坑监测
为保证基坑支护结构在开挖及基础施工期间的安全与稳定, 以及南侧建筑物的安全。在基坑边坡顶设置了水平及沉降观测点, 在南侧已建建筑物四周设点沉降观测点, 观测基坑边坡顶的变形与建筑物的倾斜。在每层开挖及支护后均进行观测, 同时注意基坑四周的裂缝观察 (见表2、表3) 。
基坑开挖完成后, 南侧建筑物产生的整体倾斜最大为0.77‰, 远小于规范4‰的要求, 建筑物未出现任何新裂缝。由表3中可以看出, 1-1、2-2剖面复合土钉支护边坡位移比4-4剖面普通土钉支护边坡位移降低很多, 可以减小边坡位移30%~50%, 采用复合土钉支护技术能够较好地解决土钉技术基坑变形大的问题;同时解决了采用普通土钉支护坡面软弱土体暴露时间过长, 发生局部土体坍塌的现象;开挖槽底处发生较为明显的软弱土体侧向挤出等问题, 保证了基坑的正常开挖和土钉施工。
5 结语