软土地区击入土钉基坑支护设计与施工处理

申锦华 陶西贵

南京市河西地区某建筑群,由4栋高层住宅楼及地下车库组成,总建筑面积12万m2。整个地下场地为1层车库,局部2层车库。基坑开挖面积16 000 m2,实际开挖深度2 m～8 m。

1 工程地质情况

该场地靠近长江边,属长江漫滩地貌。地基土软弱厚大、力学强度低。地下水位埋深仅0.50 m～1.00 m,赋存于填土层和浅部土层中,富水性较弱。主要接受大气降水及地表水补给,地下水位受季节影响明显。基坑周边临近市政干道和小区道路。

基坑开挖深度范围内的土质较为软弱。土层分布自上而下为:杂填土、素填土、淤泥质与粉质黏土,具体见表1。影响,从而影响土钉的设计计算[3]。

1)击入成孔的影响。击入式土钉的钉材植入时,挤压周围土体,除正常受土压力外,还受到径向的挤压应力,使得击入式土钉大于钻孔土钉锚体的径向应力,由物理学知识和式(2)不难得到,击入土钉的钉土粘结强度比一般土钉要大。

2)不注浆的影响。注浆时,浆体可渗入土的孔隙与岩体裂隙,从而提高粘结范围。浆体不能渗入渗透系数小于10-3cm/s的粉细砂内,但在压力注浆下能使其密实,也改善粘结性能,提高粘结强度。

当采用击入土钉不进行注浆支护时,仅钉材和其周围土体产生粘结,虽然由于挤压作用钉材和其周围土体接触紧密,但其钉土的接触面小,相对注浆土钉来说粘结范围较小,由式(1)知土钉的抗拉承载力并不理想。所以要提高其支护效果,选择与土体接触面积大的钉材,以提高其锚体抗拉承载力。

2.2 土钉设计参数

表1 主要土层物理力学性质

基坑壁、底均存在淤泥质黏土及饱和粉土层。开挖后,除基坑壁易向坑内滑移外,坑底还可能产生土体隆起。坑壁失稳将对市政道路、地下管线造成危害。

2 基坑设计与施工

为节约资金,选取毛竹作为土钉钉材,间距500 mm×500 mm,毛竹长度6 m,坡面面层喷射C20细石混凝土,厚80 mm。其中水泥、石子、砂、水的重量配合比为 1∶2∶2∶0.5,水泥为 42.5级普通硅酸盐水泥,喷浆分两次进行,第一次厚30 mm,第二次挂网后再喷50 mm。

基坑开挖支护面积大,受场地、造价、工期等因素限制,确定基坑西北角开挖7.15 m及基坑东侧中部开挖7.7 m处采用钻孔灌注桩加单层内支撑支护,钻孔灌注桩桩径800 mm,桩中心距

2.3 土方开挖顺序和方法

1 000 mm,桩长 15 mm,嵌固深度 9 m。其余段均采用 1∶0.6放坡加击入土钉挂网支护,坑内不同高差处放坡开挖。

2.1 击入土钉特点

对土钉设计,关键是如何比较准确的确定土钉的抗拉承载力。抗拉承载力可由下式得到[1,2]:

其中,T为土钉锚体抗拉力,kN/m;Ka为注浆增加系数,经验值可取1.3～1.5;D为土钉锚体直径,m;τ为土钉锚体与土体间各层土的粘结强度,kPa。

准确确定土钉的抗拉承载力,关键是要准确确定土钉锚固体和其周围土体的界面粘结强度(τ),从而可以确定其他的设计参数。界面粘结强度可以通过土钉抗拉试验确定,也可由下式确定[1,2]:

其中,σ为平均深度处垂直应力;c,φ分别为土钉切向密切面处的粘聚力和内摩擦角。

不同的成孔方法及注浆压力可对界面的粘结性能产生较大

基坑施工确定分层、分段长(每层土体开挖长度不大于20 m,分段间隔开挖和支护)的基坑土方开挖顺序和支护施工方法,并考虑基坑开挖时,淤泥质黏土和饱和粉土大量出露的不利因素,为缩短工期在坑壁底预留了反压台阶结合现场实际和地层条件,使土钉墙支护、灌注桩施工、基坑开挖等有机结合,大大降低了支护风险。

挖土过程中尽量减小击入毛竹土钉产生的振动和真空吸力,以最大限度减少土体产生的蠕变。

3 施工中的处理措施

3.1 基坑的滑坡处理

在坡面增设3排斜向加强毛竹土钉,毛竹长度6 m,与水平面倾角成 45°,水平间距1 m;坡脚增设坡脚竹筋,土钉支护段如图1所示。坡脚竹筋的作用是利用置入开挖面以下的嵌固段的抗剪、抗弯能力,提供保持边坡稳定所需的滑动抵抗力,增大基坑工程的安全系数,使复合支护结构满足基坑稳定性要求。

及早铺垫层,特别是地下室底板浇筑、混凝土养护达到一定强度后回填一定厚度的土,特别有利于边坡稳定,减少地下室施工的风险。

3.2 工程桩倾斜处理

加快运土速度运走堆积于工程桩上方的土,对倾斜的工程桩用千斤顶使其复位,然后在桩周注浆加固。采用整板刚性承台代替原群桩小承台。由于刚性整板式承台有较强的调整不均匀沉降的能力,加强了整体性和抗倾覆能力,设计中可视接桩与原基桩变形协调一致,共同受力,避免了对上部结构的不利影响,有利于承台底板下的土体发挥承载作用。

本工程结构封顶以来的沉降观测表明,总沉降和不均匀沉降均满足设计要求,说明加固处理措施正确,能保证建筑物的安全使用。

4 结语

该基坑支护,虽施工过程中,坑壁局部开裂变形,给施工工期和周围环境造成了一定的影响。但经分析和处理后,基坑壁稳定,坑周建构(筑)物再没受到损坏,基本达到了预期的支护目标,为软弱土地区运用击入式土钉墙支护施工提供了参考,同时,也为本地区基坑土钉墙支护积累了较多的施工经验和教训。

击入土钉基坑支护中,要重视信息化施工监测工作,坚持信息化管理,建立有效的肉眼巡视和裂缝观测制度,对施工中出现的问题随时进行调整,及时有效地采取相应措施,把险情消灭在萌芽状态。

[1] 陈肇元,崔京浩.土钉支护在基坑工程中的应用[M].北京:中国建筑工业出版社,2000:2-43.

[2] 秦四清,王建党.土钉支护机理与优化设计[M].北京:地质出版社,1999:9-15.

[3] 金亚兵,赵行立.不同成钉方法的土钉抗拉承载力试验研究[J].工业建筑,2004(sup):169-171.

[4] 丁金海,赵 翔.直立式土钉墙在软土中的应用[J].山西建筑,2009,35(2):93-94.