何柏林,姜志伟
(1.石家庄刘颖工程设计咨询有限公司,河北 石家庄 050000;2.北华兴基础工程有限公司,河北 石家庄 050000)
土钉墙+排桩组合结构在深基坑支护中的运用
何柏林1,姜志伟2
(1.石家庄刘颖工程设计咨询有限公司,河北 石家庄 050000;2.北华兴基础工程有限公司,河北 石家庄 050000)
介绍了土钉墙喷锚支护的加固机理,对于毗邻既有民房的深基坑,采用土钉墙+排桩组合结构支护是一种新的尝试,应用结果证明这种支护方法安全可行。
土钉墙支护;排桩支护;深基坑;既有建筑物;变形控制
伴随着我国城市建设的快速发展,我国城市使用土地面积已经愈发紧张。为进一步有效加强对地下空间的使用,我国许多高层建筑中的地下部分层数也开始不断增加,随之其基坑也不断变大变深。而深基坑支护在施工过程中,不仅需要具备结构的安全,使得地下施工得以在安全顺利的情况下进行,更需要保障工程周边环境、建筑物不受到破坏。
土钉墙喷锚和排桩技术被广泛地应用于深基坑支护工程中。一般情况下,土钉墙喷锚支护适用于深度相对较小、且对基坑周边变形控制不太严格的边坡支护,排桩适用于各种要求的边坡支护,但费用较高。在一些较深的基坑支护中,往往会采用上部土钉墙+下部排桩联合支护的方法。本文结合一工程实例,把土钉墙和排桩技术有机地组合起来并行采用,在邻近较低房建工程的基坑支护技术中做出了新的尝试。
土钉墙喷锚支护结构结合了钢筋网喷射混凝土和土钉的优点,对基坑边坡提供柔性支撑。混凝土在高压气流作用下与钢筋网形成支护面层,在面层与被支护土体间产生嵌固层效应,从而改善边坡受力条件,有效地控制其侧向位移,保证边坡稳定。土钉深固于土体内部,与土体共同作用,形成一个复合的重力式结构,以提高整个边坡土体的强度。钢筋网能有效地调整喷射混凝土面层与土钉的应力分布,增加支护体系的柔性和整体性。这种技术使土体荷载成为支护结构的一部分,变被动支护为主动支护。
排桩支护结构适用于各种地质条件,多用于深基坑,做成排桩挡墙,顶部浇筑混凝土冠梁或圈梁,具有支护刚度大、抗弯能力强、变形相对较小,施工时无振动、无挤土现象,对周边环境影响较小等特点。当采用单独的悬臂桩,桩端嵌固深度过大,施工的可行性、经济性均不甚合理,当对基坑边坡变形有较严格的要求时,一般考虑采用护坡桩与预应力锚杆或锚索结合(即桩锚支护),并用腰梁对预应力锚索进行横向连接。受力形式从一端固定改为简支梁体系,极大地减少了变形,发挥了更为有效的支护作用。
排桩支护结构设计的基本理论和计算方法大体有:古典理论-极限平衡法、弹性抗力法(也称为弹性地基梁有限元法)、有限元法。一般采用弹性抗力法,这也是现行规范推荐的基坑支护结构计算方法。
3.1 工程概况
石家庄市某商务楼,地上8层,地下1层。基坑开挖深度为-7.00 m。基坑西坡南段现存一地上1层民房,基础埋深为0.80 m,房宽度为5.00 m,基坑下口线距离1层民房基础边缘0.50 m。
场地地下水位深度不小于40 m,基坑边坡相关土层及其参数见表1。
表1 某商务楼基坑边坡相关土层及其参数
3.2 支护结构设计
3.2.1 设计思路
拟支护边坡位置紧邻1层民房,且南侧邻近围墙(建筑红线),大型设备无法进入施工现场,且坡顶宽度不允许采用大口径排桩。鉴于前述情况,考虑到既有民房的荷载不大,制定了一套土钉墙+排桩组合支护非常规方案。
土钉墙可确保整体结构的稳定性,可保证结构体具有抗滑及抗倾覆作用,但不能有效控制边坡土体变形。而在面层上增加小口径排桩,可有效控制坡顶和既有民房变形,以达到支护目的,确保边坡安全、稳定和既有民房正常使用。
采用的计算模型和参数见图1。
图1 支护结构设计计算模型
3.2.2 设计方案概况
按照前节计算模型,根据现行规范推荐的基坑支护理论,分别进行了土钉墙和排桩验算,验算结果:桩身最大水平位移8.64 mm,地面最大沉降量17 mm。
最终确定支护设计方案见图2、图3。其中,排桩配筋采用1根18号槽钢,采用人工洛阳铲成孔,桩身混凝土强度C25。
为确保排桩整体性,选用1根18号槽钢作为冠梁,与排桩主筋焊接。
图2 支护侧立面图
图3 边坡支护正立面图
3.2.3 施工工艺措施
(1)排桩:桩身孔径300 mm,桩间距0.70 m,采用人工洛阳铲成孔,间隔成桩;冠梁与排桩主筋焊接。
(2)土方开挖:分步开挖,每步开挖深度须满足前述支护设计工况要求。
(3)土钉:土钉孔径100 mm,采用二次注浆。(4)面层:面层内设钢板网,喷射C20细石混凝土,面层厚度80 mm。
(5)腰梁:采用1根16槽钢,与土钉铆接,土钉预加力不小于20 kN。
3.2.4 技术效果
基坑开挖和使用过程中,变形监测结果显示:桩顶和既有民房变形均在预定的控制范围内,支护效果良好,支护结构的适用性和安全性得到了实践的验证。
土钉墙+排桩组合支护法适用于基坑深度不大、周边存在的既有荷载较小且又对变形有一定要求的边坡支护。
4.1 相对于单纯的土钉墙或桩锚支护,该法具有的优点
(1)基坑边坡变形在可控范围之内,可根据变形监测情况随时调整土钉结构,必要时可适当增加锚杆或锚索,方案具有灵活性。
(2)既有土钉墙的经济性,又有桩锚支护的安全性。
(3)结构简单,具有施工便利性,有利于解决狭小场地施工难度问题。
(4)基坑周边环境一般比较复杂,经常毗邻低矮的房屋、围墙或围挡、道路、管道等,可广泛应用和推广。
4.2 该法支护尚存缺点
(1)施工工艺简单,应用范围具有局限性,仅适用于土层性质相对较好且含砂厚度不大的边坡。
(2)土钉排数多于一般的锚杆或锚索设置,面层刚度相对于大口径排桩强度较小,对土方开挖工序和工艺要求相对较高。
(3)土钉墙和排桩作用的协调性不易掌握,设计基本上属于纯经验阶段。
(4)计算理论不够完善,有待于进一步研究和验证。施工过程中,必须加强对桩顶和既有建筑物的变形监测。
This paper introduces the reinforcement mechanism of soil nailing wall spray anchor bracing.For the deep foundaction pit,adjacent to the houses,using the soil nail wallt+supporting pile composite structure is a new attempt.The application result proves that this support method is safe and feasible.
soil nailing wall supporting;row piles retaining structure;deep excavation;existing building;deformation control
何柏林(1966-),男,本科,高级工程师,研究方向为岩土工程。
蔚清)(
2014-9-10)