水泥搅拌桩止水墙+土钉的复合支护结构在达明阁二期基坑支护工程中的应用|土钉墙支护

　　摘要：土钉墙支护结构是我国目前最常采用的支护形式。土钉墙具有技术性可靠、施工简单和造价低等优点，而通过相邻水泥桩搭接而成水泥搅拌桩壁状挡墙在止水方面具有很好止水作用，因而在深基坑支护工程中被广泛应用。在此，结合本工程实例，介绍水泥搅拌桩止水墙+土钉的支护结构的施工技术。
　　关键词：复合支护；土钉墙；水泥搅拌桩；深基坑
　　中图分类号：TV551.4文献标识码：A 文章编号：
　　Abstract: soil nailing wall structure is our country at present most often used to support form. The soil nailed wall has technical reliable, simple construction and cost advantages, and through the adjacent ShuiNiZhuang lap and into cement mixing pile retaining wall in the shape of water stop wall is very good to stop water effect, thus in the deep foundation pit bracing engineering has been widely used. In this, combined with the engineering examples, this paper describes the cement mixing pile wall of water + of nail supporting structure construction technology.
　　Keywords: composite support; The soil nailed wall; Cement mixing pile; Deep foundation pit
　　
　　
　　1．水泥搅拌桩止水墙+土钉的复合支护结构的概念及特点
　　基坑支护就是在狭窄的场地施工深基础、地下室或地下构筑物，为了防止深基坑开挖造成临近已有建筑物地基沉降、倾斜、开裂或侧向位移，影响居民正常生活等问题的出现，保证工程安全、顺利施工，常常需要在深基坑的四周设置一种特殊的临时性辅助结构物。支护结构的体系很多，其中水泥搅拌桩止水墙+土钉的支护结构是我国目前最常采用的支护形式。
　　土钉墙支护就是在开挖边坡表面铺设钢筋网，然后喷射细石混凝土，并每隔一定距离埋设土钉，使边坡稳定的能力。土钉墙支护有它自身的优点，比如：结构简单，承载力较高；安全可靠，适应性强；工程造价低等。同时缺点也很突出，如：在淤泥、松砂或砂乱石中施工困难；土体内富含地下水时施工困难等等。但水泥搅拌桩却能完好的解决这方面的问题。水泥搅拌桩是通过相邻水泥桩搭接而成，采用水泥作为固化剂，通过专用搅拌机械，将软土、松散至中密的砂层和水泥强制搅拌形成水泥土，利用水泥与软土之间所产生一系列物理、化学作用，使水泥土强度增长，成为水泥土桩，硬化后形成具有止水和一定强度的水泥土壁状挡墙。
　　2．工程概况
　　拟建场地位于广州市花都区新街大道与工业大道交汇处的东北角，微地貌单元属于广（州）―花（都）冲积盆地北部的河流冲积小平原地貌。场地原为耕作地和简易房屋建筑，场地经人工堆填后，地面高差不大。
　　本项目总建筑面积为12745.5m2。建筑场地之内地面之下设计有一层地下室，地下拟采用剪力墙结构，地上框架结构，地下室开挖深约5.2m。基坑面积2915 m2，周长273m。
　　场地四周情况：场地四周已建有围墙与外界相隔，西侧为已建的新街大道，东面为七栋已建七层住宅楼，北面为三层建筑物，南面为规划路，地下室边线与上述道路的中心线距离依次为：23、9.5、15、27m。
　　3．支护结构的选型
　　本基坑安全等级为二级，重要性系数γ0=1.0,本着安全经济的设计原则，综合考虑场地周边情况等各方面因素后，决定采用水泥搅拌桩止水墙+土钉的复合支护方案：1）、基坑东面采用三排水泥搅拌桩止水墙+三排土钉（锚管）的复合支护结构型式；2）、西、南、北面采用二排水泥搅拌桩止水墙+三排土钉（锚管）的复合支护结构型式。
　　4．水泥搅拌桩止水墙+土钉的复合支护结构的设计
　　据该场地勘察报告，根据钻孔揭露，场地内地基按其成因类型自上而下分为：1)、第四系人工填土层（Qml）；2)、第四系冲积层（Qal）；2)、第四系残积层（Qel）；4)、石炭系（C）测水组灰岩。现将上述各土岩层特征从垂直方向由上至下依次简述如下：
　　1)、第四系人工填土层（Q4ml）
　　①杂填土：广泛分布，12个钻孔均有揭露，见于地表，层厚2.1～3.0m，平均约2.5m；其土性主要为人工堆填的碎块、砖头、砼块、砂砾及粘性土堆填而成，呈灰黑色、褐红、暗褐黄色，稍压实或欠压实。
　　2)、第四系冲积层（Q4al ）
　　○21粉质粘土、粉土层:广泛分布，12个钻孔均有揭露，层厚0.7～9.0m，平均厚3.2m。呈黄色、灰白色、棕红等色，可塑或稍密状，组成物为粘粒、粉粒，粘韧性较强。
　　○22细砂层：分布不均， 只有3个钻孔有揭露，层厚为3.4～6.0m，平均4.5m。浅灰、淡黄色，饱和，稍密状，主要由细、中砂组成，局部含较多粘粒。
　　○23中、粗砂层：广泛分布，12个钻孔全揭露，层厚0.9～17.7m，平均厚5.1m。呈灰黄色、灰白色，稍密状～中密状，饱和，主要由中粗砾砂组成，级配良，局部含较多粘粒。
　　○24圆砾层：零量分布，只有3个钻孔揭露，顶板埋深8.2～21.90m，平均12.9m；层厚1.2～3.5m，平均厚2.5m。呈灰黄、灰色，饱和，中密状，局部含较多的粘粒及砾砂。
　　3)基岩（C1dc）
　　本次钻探所揭露场地内基岩均为石炭系测水组灰岩。详见《达明阁二期工程场地岩土工程勘察报告》。
　　根据上述岩土特性，岩土设计参数取值如表1所示。
　　基坑支护设计计算取值参考表 表1
　　指标
　　岩土名称 重度γ0（KN/m3） 直剪快剪
　　 粘聚力C（ KPa） 内摩擦角Φ度
　　①杂填土 18.0 12.0 10.0
　　○21粉质粘土
　　19.5 25.0 12.0
　　○22细砂
　　18.5 0.0 26.0
　　○23中、粗砂
　　19.0 0.0 29.0
　　○24圆砾
　　20.0 0.0 32.0
　　
　　依据场地周边条件，基坑边坡地面超载不得大于20KPa，支护结构计算采用《理正深基坑》软件，验算局部抗拉、内部稳定、外部稳定等项目。
　　1）、基坑东面采用三排水泥搅拌桩止水墙+三排土钉（锚管）的复合支护结构型式
　　① 3φ550@400mm水泥搅拌桩,水泥采用32.5R复合硅酸盐水泥,桩身水泥无侧限抗压强度(90天龄期)不小于1.2MPa，实桩长11m，其水灰比0.5～0.55，水泥掺入量13%~15%,每米水泥用量不小于60kg，搅拌桩成桩全程必须四喷四搅；并在搅拌桩桩顶插入φ16@1200mm, L=1.2m的钢筋，在桩顶设置宽1. 5m厚20cm的混凝土C25压顶梁(其钢筋网片为φ8@200×200mm)；
　　○2 设3排土钉（锚管），其竖向间距1.5 m（第一排距坡顶距离为1.5m ），水平间距均为1.3 m；土钉（锚管）φ48mm,长12m，土钉倾角均为15度。土钉（锚管）分布呈梅花型布置，所使用钢锚管采用直径φ48mm，壁厚δ为3.5mm的焊接钢管，焊接位置的强度不得小于钢管自身强度，土钉成孔直径不小于100mm,土钉成孔并放人钢筋后，向孔内压注水泥浆，注浆形式为重力式，水泥浆水灰比为0.5，水泥采用普通P.C 32．5硅酸盐水泥。水泥浆强度应不低于12MPa，且3天强度不低于6MPa。
　　○3 钢筋网片φ6.5@200×200mm，现场扎丝绑捆，并与压顶梁衔接，钢筋网距边坡50mm，紧贴土钉钢筋侧面，沿横向焊上钢筋作为附加的加强筋，再将土钉伸出孔口采用“L”形锁定筋与钢筋网上的加强筋焊上，纵横加强筋φ16mm通长。面层喷射混凝土C20，厚度80～100mm。混凝土初定配合比为水泥：砂子：碎石=1：2：2(重量比)，且混凝土面板的3天强度不小于10MPa。
　　2）、西、南、北面采用二排水泥搅拌桩止水墙+三排土钉（锚管）的复合支护结构型式
　　只是把1）的水泥搅拌桩排数减少一排；3排土钉（锚管）的其竖向间距1.5m不变，水平间距改为2.5 m；其他均与1）相同。
　　5．基坑支护结构监测
　　为在基坑开挖期间，确保基坑施工安全，拟对基坑边坡进行施工监测，其监测内容如下：支护结构水平位移监测；周边地面、管线和建筑物沉降监测；支护结构侧向变形；地表开裂状态(位置、裂缝宽度)的观察；基坑渗漏水和基坑内外的地下水位变化。
　　对支护结构水平位移的监测采用沿基坑周边布置观测点，布点原则是：在变形最大、受力最大及局部地质条件最为不利的地段设置观测点。同时观测点间距应按不大于30m的规定布置。基坑四周共布置水平位移观测点12个，测斜点(支护结构侧向变形) 观测点17个，周边地面、管线和建筑物沉降测点28个。在支护施工阶段，每天监测1次，在完成基坑开挖、变形趋于稳定的情况下，可适当减少监测次数。自基坑开挖施工至地下一层地下室出地面，共历时4个月，测得基坑施工过程中，基坑顶部土体最大水平位移量东侧为4mm、南西北侧为12mm，沉降测点均无变化，符合规范对基坑变形控制的设计要求。
　　6．应急响应
　　根据基坑水平位移的观测数据，启动相应级别的应急响应：
　　当边坡顶部水平位移达到l5mm，开始二级应急措施：观测变形工作连续进行，观测仪器一直安放，不得移动，监测周期每6―8小时一次。对重要部位，进行加固处理，如加锚杆，补桩，压力注浆补强等。
　　当边坡顶部水平位移达到23mm，开始一级应急措施：安排相关人员进行抢险工作，暂停所有基坑工程，安排采用挖土机坡脚堆土，压镇坡脚；对坡顶进行卸载，必要时摘掉局部土方，放一级台阶。加强观测力度，施工观测变形工作连续进行，观测仪器一直安放，不得移动，监测周期每0 .5―1小时一次。
　　7．结语
　　本文以花都区某项目的深基坑支护工程为例，对水泥搅拌桩止水墙+土钉的复合支护结构进行了有益的实践，现场检测结果表明，该设计方案达到了预期的效果，保证的支护结构的安全使用，同时取得了良好的经济效益。
　　作者：广东省有色金属地质勘查局储运站，，水工环地质工程师，邮政编码510800
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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