2023年深搅桩配合土钉墙基坑围护设计及施工探讨.doc

深搅桩配合土钉墙基坑围护设计及施工探讨 闵炳国  …    文章来源：江苏正太建设集团股份 225500    点击数：1351    更新时间：2005-12-3     目前，在上海市的许多建设项目上，因受场地及环境因素的制约及上海地区软弱地质情况的影响，针对地下结构的施工，大量采用深层搅拌桩围护，并且随着深层搅拌桩围护设计及施工技术的日益成熟，为防止搅拌桩围护的一些弱点，又增加了深层搅拌桩配合土钉墙基坑围护的复合土钉墙围护技术，本文就一些工程实例对此种设计及施工工艺进行探讨。 深层搅拌桩围护方法较正式的称呼为“水泥土围护结构〞。水泥土是将原状土和水泥均匀拌和后形成的一种土的加固体，被称为DMM工法〔Deep Mixing Method〕。常规所见的用于围护结构的水泥土为湿法〔拌水泥浆〕工艺，区别于粉喷桩技术。而连续搭接施工所形成的挡土墙定名为水泥土围护结构。 水泥土在采用常用的水泥掺和量时，其渗透系数随土质而变化，粘性土不大于10-8cm/S，砂质粉土和粉细砂一般不大于10-7cm/S，均可认为是不透水的。在确保连续搭接施工质量的前提下，深搅桩围护墙本身即是良好的隔水帷幕，采用深搅桩围护的基坑工程一般不需要在坑内设井点降水系统，采用排水沟和集水井就足以疏干地表水；但当基坑面积较大、基坑土层自由水含量较高时，在挖土前须在基坑内设临时井点系统，疏干已被围护墙包围的坑内土体。 深搅桩围护墙常被称为重力式挡土结构，建造在软土地基上的这类围护墙不但需要足够的墙厚形成重力墙，而且必须要有和开挖深度相近的插入深度。因为深搅桩挡土结构的稳定不是完全依赖于墙身自重，在很大程度上依赖于隋插入深度增大而急剧增大的墙前被动土压力。墙的主要几何尺寸由地基稳定、抗渗和墙体抗滑动计算后选定，一般在常见的不大于5米开挖深度的情况下，常规经验尺寸为：墙宽B=(0.6~0.8)h0，插入深度D=(0.8~1.2)h0，h0为基坑开挖深度。 土钉墙也称为土锚，正式名称为土层锚杆支撑系统。根据海外文献记载，用作基坑围护工程已近六十年。复合土钉技术就是锚杆一端与围护墙联接，另一端锚固在稳定地层中，使作用在围护墙上的水土压力，通过自由段传递到锚固段，再由锚固端将锚杆拉力传递到稳定地层中去。因此土层锚杆支护是土层——挡墙——土锚的相互作用体系。 土钉墙锚杆的锚固段与地层之间的摩阻力是土锚抗拔力的主要来源。因此应经可能的将锚固段设置在抗剪强度较高的地层中。根据海外文献记载，有些国家和地区的标准明确规定将锚段埋设在砂性地层和粘性地层中。但经过在国内特别是上海地区的试验和研究，在淤泥质粘土、淤泥质粉质粘土及淤泥质粘质粉土中埋设锚杆，也能取得较满意的效果。在上海地区的③、④层土中，一般都夹有薄层粉砂，对提高注浆效果、取得较高摩阻力有利。在施工中，如果采用二次注浆，在形成锚固体的同时，因压密加固作用，客观上也加强了周围地层。 在2023年3月，我在借用期间，由上海申德地基工程施工东方馨园商住楼及地下车库PHC管桩，作为技术负责人会同同济大学建筑设计研究院对东方馨园商住楼及地下车库基坑围护工程提出设计方案并编制施工组织设计。 该工程位于上海杨浦区邯郸路、国定路口，由南空部队干部住宅开展中心上海办事处开发建设，上海市房屋建筑设计院进行建筑设计。 拟建场地地质情况可参考地层特性表：                               表1 层 号 地层名称 层厚 〔m〕 层顶 标高 (m) 主要物理力学特性指标 含水量 w % 孔隙比e 内摩擦角 φ 度 内聚力 c Kpa 压缩系数a0.1-0.2 Mpa-1 比贯入阻力 Ps Mpa ①1 杂填土 0.0~2.7 ①2 暗浜填土 0.0~3.6   ②1 褐黄色粉质粘土 0.0~1.7 3.2~1.1 28.8 0.803 16.1 20 0.30 1.00 ②2 灰黄色淤泥质 粉质粘土 0.0~1.7 2.2~0.5 40.0 1.122 9.2 13 0.57 0.56 ③ 灰色淤泥质 粉质粘土 2.0~5.1 0.9~-0.4 45.9 1.273 9.3 10 1.04 0.34 ③夹 灰色粉质粘土 0.4~0.6 -2.0~-4.4 30.6 0.863 10.1 14 0.33 2.08 ④ 灰色淤泥质粘土 5.2~7.3 -3.0~-4.4 46.1 1.303 7.1 10 1.08 0.42 ⑤1a 褐灰色粘土 3.6~6.5 -8.7~-10.4 41.8 1.176 8.9 13 0.71 0.57 ⑤1b 褐灰色粉质粘土 6.4~8.7 -14.2~-15.8 36.3 1.05 11.1 17 0.53 0.84 ⑥ 灰兰~暗绿~褐黄色 粉质粘土 3.0~4.3 -22.0~-23.1 24.1 0.662 14.7 22 0.29 2.37 ⑦1a 褐黄色、草黄色 砂质粉土 2.7~4.0 -25.6~-26.7 27.4 0.785 23.7 12 0.15 10.80 ⑦1a 褐黄色、灰黄色~ 灰色 砂质粉土夹粉质粘土 2.6~≥7.8 -28.8~-30.7 28.9 0.818 22.9 13 0.17 7.61 注：以上均为平均值。 其基坑主要技术数据为： 1、      天然地坪标高按地质报告提供数据，按绝对标高平均值3.820m确定。 2、      商住楼±0.000相当于绝对标高4.800m，基坑底标高-4.400m，开挖深度为3.42米，矩形南北长度为20.0米、东西长度为87.2米； 3、      地下车库±0.000相当于绝对标高3.600m，基坑底标高-3.650m，开挖深度为3.87米，矩形南北长度为20.0米、东西长度为56.2米； 4、      两个基坑东侧平齐，南北镶套，南北间距为2.1米。因两个基坑地面标高仅相差45cm ，故本围护将两个基坑综合考虑在一起，俯瞰为两个矩形基坑相接，呈手枪形，基坑长92.38m，宽35.49m。 因开挖深度不超过5米，根据常规经验数据，考虑深搅桩围护墙宽B=0.7×3.87=2.709米，插入深度D=1.0×3.87=3.87米，常规桩长选择不小于3.87+3.87=7.74米，确定选择5排深搅桩做围护，桩长选择为8米。 又因地质报告说明，拟建场地第②、③层均为粉质土，渗水性较高，为防止基坑底部水压力过大而形成基坑底部隆起，必须阻断高渗水性的土层，故考虑最外侧的一排桩必须插入至淤泥质粘土层，根据土层埋深情况，止水桩长定为16.5米较为适宜。 在地下车库基坑东侧1.8米外就有一2层稳固商业用房，甚至离2层稳固商业用房向西3.1米处有一南北走向的煤气管道，如果按原建筑设计，必须先行撤除管线。经多方协调，业主及设计院将地下车库东侧缩短了2.55米，为避让煤气管道，留给了施工单位仅0.8米左右的围护施工空间。因此在地下车库东侧的围护考虑使用16.5米长的深搅桩围护墙加土钉墙复合围护方法。 以上选择均为经验选择，经过按基坑工程设计规程〔DBJ08-61-97〕中6.2.2计算图式及5.6.2计算主动土压力及相邻根底荷载引起的侧向土压力〔可忽略侧向水压力〕，结合表9.7.8提供的土钉墙锚固体与土层的极限摩阻力试验值，并由同济大学建筑设计研究院对施工单位提出的设计初稿的进行了审定，确定了如下围护方案根本原那么： 1、     基坑侧面用一排搅拌桩隔水〔桩长16.5m〕，四排支挡一局部土体〔桩长8.0m〕，桩顶标上下于自然地坪20cm，不做卸土面。 2、     商住楼基坑北侧及地下车库基坑南侧，因基坑暴露直线边缘过长，故考虑在基坑内增加深搅桩土墩作为附加支撑，桩顶标高与基坑底部标高一致。 3、     地下车库基坑东侧因近邻一2层建筑物，采用复合土钉墙围护加一排搅拌桩隔水〔桩长16.5m〕。 4、     因水泥土搅拌时不可防止的不均匀性，开挖时常见墙顶下1~2米左右的墙面出现水平裂缝，甚至出现错位现象，使墙顶位移迅速开展，故需考虑在桩体中插毛竹，我考虑为结合砼压顶的施工，在桩顶上部插钢筋并联接到砼压顶中。 具体部署如下： 1、     地下建筑物外轮廓线外,预留30cm 土建操作面。 2、     除地下车库东侧，其余围护桩宽2.7米，外侧止水深搅桩桩长16.5米〔穿过上部砂土和粉土层进入④层〕，内侧4排挡土桩桩长8米，土墩在商住楼基坑内为7.48米、在地下车库基坑内为7.03米，每20米间距布置一个土墩，土墩宽2.2米、长6.2米； 3、     桩顶标高均为自然地坪下20cm〔绝对标高3.620m〕。桩顶用15厚C20砼护面，配Φ8@400双向钢筋网； 4、     搅拌桩水泥掺量为14％，采用425x普通硅酸盐水泥，水灰比不大于0.6； 5、     每根桩中插入一根2米长的Φ8钢筋，插入深度1.55m，留45mm待桩体强度足够后，纵向弯入砼护面，与钢筋网绑扎牢固。 6、     根据土建单位进度安排，基坑的开挖分两步进行，先期开挖商住楼局部，为建设单位节约本钱着想，故考虑在“地下车库11轴线～商住楼43轴线〞之间，东西方向的基坑壁采用1：1放坡〔详见3-3’剖面图〕，待商住楼主体结构建至自然地坪以上后，再开挖地下车库基坑，因两个基坑高差仅45cm，故不会在第二次开挖时对商住楼建筑造成破坏性影响。 7、     在围护工作完成后，在基坑内布置4套井点降水设备，布置位置如附图所示，在基坑开挖前14天时间内，进行不间断的降水作业。 8、     地下车库局部井点降水必须在开挖商住楼基坑之前进行，在商住楼基坑开挖后不撤除，连续降水，可以降低土体含水率，利于商住楼基坑的开挖和保护。 9、     土钉墙技术参数如下： 基槽开挖深度3.87m(相对标高-3.65m)处                                表2 每层土开挖厚度〔m〕 土钉位置〔m〕 土钉长度〔m〕 第一层 1.70 1.50 9.0 第二层 2.70 2.50 9.0 第三层 3.70 3.50 6.0 第四层 0.17 人工铲平，并跟踪浇筑垫层 10、       土钉孔采用二次压浆，注浆压力不小于0.6Mpa，每根土钉注浆量不小于40L/m，并宜参加速凝剂，下一层开挖须等上一层注浆体的强度到达设计强度的70%。土钉主筋与网片连接采用“井〞字架焊接牢固，焊接长度不小于30mm。面层喷砼强度为C20，水灰比0.45，粗骨料粒径5~10mm。搅拌桩施工工艺流程如以下列图  针对土钉墙施工，配合土方开挖，必须采用分段流水作业，每个作业段一般为30米，作业呈梯形推进。 挖土 土钉支护应按设计规定分层开挖，在完成上层作业面的土钉与喷射混凝土以前，不得进行下步土的开挖； 当用机械进行土方作业时，严禁边壁出现超挖或造成边壁土松动。基坑的边壁宜留30~50cm，并保证侧平面面层不出现渗水。 支护分层开挖深度，应保证修正后德裸露边坡能在规定的时间内保持自立，并在限定的时间内完成支护，即及时设置土钉或喷射混凝土。基