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华贸中心写字楼

花钢管复合土钉墙技术及应用总结

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中建三局惠州华贸中心写字楼项目经理部
二OO九年十二月
目 录

1、花钢管复合土钉墙施工技术与惠州华贸中心写字楼概况 1
2、核心筒加深区域边坡支护体系的选择 1
3、花钢管复合土钉墙支护体系施工 5
⑴施工准备 5
⑵花钢管复合土钉墙支护体系施工工艺 6
⑶花钢管复合土钉墙支护体系的监测 7
4、花钢管复合土钉墙支护体系特点 7
5、华贸中心写字楼工程花钢管复合土钉墙支护体系效益 8
6、结语 8

深基坑支护及边坡防护技术---花钢管复合土钉墙技术及应用总结
【摘要】：本文介绍了工程核心筒区域加深5～6米时采用花钢管复合土钉墙支护及边坡防护技术，详细介绍了核心筒区域加深部位的土方开挖、支护方案的选择，花钢管复合土钉墙支护体系的施工工艺、监测、特点，及缩短工期和降低成本等优点。施工结果表明具有良好的效果和推广价值，适用于存在核心筒加深区域结构形式的工程支护、防护。
【关键字】：惠州华贸中心写字楼 花钢管复合土钉墙 施工工艺 优越性
1、花钢管复合土钉墙施工技术与惠州华贸中心写字楼概况
花钢管复合土钉墙是20世纪90年代研究开发成功的一项深基坑支护新技术。它是由普通土钉墙与普通钢管有机结合成的基坑支护截水体系。花钢管复合土钉墙具有支护能力强，适用范围广，可作超前支护，并兼备支护、截水等性能，是一项技术先进，施工简便，经济合理，综合性能突出的基坑支护技术。
惠州华贸中心写字楼总承包工程位于江北6号小区，坐落在惠州市中心地带，东临会展中心，西临体育馆，南侧与江畔花园及城市花园隔文昌一路相望，北临博物馆，在华贸中心项目的东南角。本工程由1＃写字楼（地上34层，局部36层）、2＃写字楼（地上27层，局部29层）组成，地上由商业裙房（3层）联系两栋塔楼，使之成为一个完整的整体。地下室共3层，深12.9m，2＃楼部分局部为地下2层，深9.4m,1#写字楼高162.4m,2#写字楼高134.4m。工程总建筑面积163322m2,为框架核心筒结构。惠州华贸中心写字楼工程建成后是集办公、商业、餐饮多功能为一体的综合性写字楼。
2、核心筒加深区域边坡支护体系的选择
根据工程特点及现场实际情况：本工程基坑四周采用的桩基支护结构，本文中不对其进行阐述。针对本工程的1号核芯筒与周边底板相比，高差最大处有5.45m，2号核芯筒处与其周边底板相比，高差最大处有5.15m。同时基坑底土质条件差，采用什么支护体系进行支护进行总结。为此，本工程初步考虑了三种支护体系方案：
注：以2#核心筒支护体系为例进行说明、总结，1、2#核心筒支护体系相同。
1）采用微型钢管桩+土钉墙支护体系：
根据现场实际情况，结合写字楼地勘报告，显示在核心筒区域内的10、11、24、25#地勘点存在大量的淤泥，淤泥塑形变形大，基坑支护不及时将导致基坑支护变形，导致安全隐患。为此拟定采用的第一个核心筒土方开挖支护方案：采用直径150mm的微型钢管桩+土钉墙的支护体系，在核心筒内深度小于等于1.8m时采用土钉墙支护体系进行支护，深度大于1.8米部位均采用直径150mm的微型钢管桩+土钉墙的支护体系，局部淤泥区采用双排微型钢管桩+土钉墙进行支护，做法示意图如下：

2#核心筒平面布置图（微型钢管桩+土钉墙支护体系）
2）采用钢筋混凝土挡土墙支护体系：
根据现场实际情况，与业主、设计进行沟通，将核心筒上口1.8m高度范围进行60度放坡。拟定采用的第二个核心筒土方开挖支护方案： 核心筒开挖时，从底部按1：0.75大放坡，之后在核心筒内底设置200mm厚的钢筋砼垫层，四周设置200mm厚的钢筋砼挡土墙，最后在挡土墙与放坡面的空隙间回填素土，核心筒上部1.8m高范围内采用挂网喷锚支护，做法示意图如下：

2#核心筒平面布置图（钢筋混凝土挡土墙支护体系）

3）采用花钢管复合土钉墙支护体系：
根据现场实际情况，与业主、设计进行沟通，将核心筒上口1.8m高度范围进行60度放坡。拟定采用的第三个核心筒土方开挖支护方案：采用花钢管复合土钉墙支护体系，即：一边开挖一边进行坡边砼素喷，打入花钢管，挂网喷锚支护。支护时，开挖一层施工一层的花钢管复合土钉墙支护。做法示意图如下：

2#核心筒平面布置图（花钢管复合土钉墙支护体系）
以上三种方案的分析对比：
①采取第一种支护方案：需要在核心筒土方开挖前先进行微型钢管桩施工，之后在进行土方开挖，同时开挖一层做一层的土钉喷锚支护，直至核心筒土方开挖支护施工完毕。按此方案进行施工需要工期为35天，成本造价极高。
②采取第二种支护方案：在核心筒土方开挖时，需要将核心挖大很多，之后再在坑内做底板钢筋砼垫层和四周的钢筋砼挡土墙，最后对挡土墙与边坡间的空隙进行回填土。按此方案进行施工需要工期25天，成本造价较高。
③采取第三种支护方案：一边进行核心筒土方开挖一边进行花钢管复合土钉墙支护。按此方案进行施工需要工期10天，成本较低。
综上，经过比较、分析和论证，并综合考虑安全、工期、费用及方案的可行性等方面，决定采用第三种方案 。
3、花钢管复合土钉墙支护体系施工
现就工程核心筒土方开挖支护施工过程中采用的花钢管复合土钉墙支护施工技术进行分析、总结。
⑴施工准备
①现场准备
A、测量放线：放出基坑开挖上口线，并在场区四面的支护桩上作标记，以备开挖后测放边线；
B、施工用电、用水配置：依据所投入机械设备用电功率统计，设备总计电力约10kVA，依据用水设备和施工经验及本地区的水压，需水量5～10立方米/小时，只需直径50mm管的水源就能满足施工用水。
②人员准备
现场工长在作业班组操作前必须根据方案对作业班组进行技术、安全操作交底，针对现场情况及施工难点作出详细的书面交底。
③设备准备
A、考虑到场区内地层情况，设计要求及工期要求，拟投入的喷射砼施工机械如下表所示：
喷射砼施工机械设备一览表
设备名称
设备型号
数量
空压机
100m3
1～2台
砼喷射泵
Pz-5
1～2台
搅浆机

1～2台
注浆泵

1～2台
B、花钢管的加工可利用现有的电焊机加工设备进行加工。
④材料准备
根据施工方案提出材料进场计划，进场的钢管、角钢材料必须符合以下要求：
A、钢管采用国标《直缝电焊钢管》（GB/T 13793）中规定的3号普通钢管。
B、钢管应为力学性能适中的Q235钢，其力学性质符合国家现行标准《碳素结构钢》（GB700-89）中Q235A钢的规定。
C、采用φ48×3.5钢管。
D、角钢、焊条必须符合相应规范条文。
⑵花钢管复合土钉墙支护体系施工工艺
①花钢管复合土钉墙边坡支护的施工工艺流程为：
挖土→整理坡面→初喷→打孔插杆→挂网→复喷。
②开挖整理坡面
花钢管复合土钉支护是分层分段进行的，因此挖土深度不能超过设计深度，同时要保证坡角达到设计要求°，坡面平整光滑，坡角未达到设计要求的则要进行专门修整。
③初喷
为使挖好的坡面不产生垮塌，凡挖好的坡面需立即进行混凝土喷射，以使表层固结。其混凝土材料的配合比为水泥：石子=1.5:1.5，水灰比=0.5～0.6。
④钻孔插杆
用空压机将加工好的花钢管按设计间距打入土体内。花钢管的设置形式如下图：

⑤挂网
上道工序完工后，按设计要求，将直径中8mm的钢筋，按200mm×200mm的网距焊接，固定于坡面之上；同时，在危险坡上的土钉之间用金属件连接在一起，以进一步加强支护强度。
⑥复喷
挂网后，整个坡面复喷混凝土，其喷射厚度达到设计要求。
一般花钢管长度在6～9m之间，直径48mm，花钢管插入深度不得小于设计要求的90%。
⑶花钢管复合土钉墙支护体系的监测
①花钢管复合土钉墙支护的施工监测应包括下列内容：支护位移、沉降的测量；地表开裂状态(位置、裂宽)的观察；基坑渗、漏水和基坑内外的地下水位变化。在支护施工阶段，每天监测不少于3 次；在支护施工完成后、变形趋于稳定的情况下每天1 次。监测过程应持续至核心筒砼浇筑完成为止。
②观测点的设置：观测点的总数不宜少于4个，间距不宜大于30m。其位置应选在变形量最大或局部条件最为不利的地段。观测仪器宜用精密水准仪和精密经纬仪。
③应特别加强雨天和雨后的监测，以及对各种可能危及支护安全的水害来源（如场地周围生产、生活排水，上下水管、贮水池罐、化粪池漏水、人工井点降水的排水，因开挖后土体变形造成管道漏水等）进行仔细观察。
④在施工开挖过程中，基坑顶部的侧向位移与当时的开挖深度之比超过3‰（砂土中）和3‰～5‰（一般黏土中）时应密切加强观察、分析原因并及时对支护采取加固措施，必要时增用其他支护方法。
4、花钢管复合土钉墙支护体系特点
①工期短：由于花钢管复合土钉支护在工艺上采用了边开挖边支护的施工方法，不单独占用作业时间，从而缩短工期。
②造价低：花钢管复合土钉支护将土体作为支护结构的一部分，整个工程包括的特殊土方的开挖量和支护结构的混凝土量大大减少，因此土钉支护的造价远低于其他常规支护形式。
③施工简便、快捷：花钢管复合土钉的加工不需要复杂的技术和大型机械设备，施工方法灵活，对环境干扰小，尤其在施工场地狭小、无法使用大型、重型机械的情况下，更显示其独特的优点。
④结构轻巧、柔性大：花钢管复合土钉支护属柔性支护，自重小，不需要专门的基础结构，并具有非常良好的抗震能力。
⑤延性好：花钢管复合土钉支护即使破坏一般也需要经过结构变形、塑性变形、渐进性开裂变形和破坏四个阶段，而且由于土钉数量众多的群体作用，即使个别土钉出现质量问题或失效对整体影响不大。
⑥可以动态调整：花钢管复合土钉施工可以根据现场开挖发现的土质情况和现场监测的土体变形数据及时调整土钉长度和间距，甚至采取加固措施。
5、华贸中心写字楼工程花钢管复合土钉墙支护体系效益
工程核心筒采用花钢管复合土钉支护体系,加快了核心筒土方开挖、支护的施工进度,确保了地下室结构的如期全面封顶,避免了工期滞后造成的巨额罚款,并等到了业主、监理及社会各界的高度赞赏,这是一笔无形的社会、经济效益。
工程因为采用花钢管复合土钉支护体系，简化和优化施工工序，保证支护体系安全、稳定性和工程整体质量，缩短工期，降低造价。
①第一种方案，采用微型钢管桩+土钉墙支护体系
每个核心筒土方开挖支护需要工期35天，成本费用预算需要400000元（估算，含微型钢管桩+土钉支护）
②第二种方案，采用钢筋混凝土挡土墙支护体系
每个核心筒土方开挖支护完成需要工期25天，成本费用预算需要：260000元（估算，含钢筋、模板、砼等）
③第三种方案，采用花钢管复合土钉墙支护体系
每个核心筒土方开挖支护完成需要工期10天，成本费用预算需要：173700元（估算，按300元/平米考虑）。
三种方案进行分析对比：
综上，底板内的1 、2#核心筒土方开挖及支护采用花钢管复合土钉墙支护技术，代替原方案中的钢筋混凝土挡土墙支护体系。既有利于核芯筒区域的边坡支护，又有利于防水和钢筋绑扎，同时施工简单，每个核心筒施工节约工期15天，每个核心筒支护成本节约86300元。为此两个核心筒共计节约工期30天，节约成本172600元。（由于采用微型钢管桩+土钉墙支护体系施工工期太长、成本太高不予以对比）
6、结语
花钢管复合土钉支护体系作为《建筑业10项新技术》推广技术之一。目前， 在局部小面积的土方开挖支护采用花钢管复合土钉支护体系代替传统的挡土墙、土钉墙支护体系越来越多，在实践过程中，花钢管复合土钉支护体系的优越性已经得到广泛认可。我们相信, 通过实践与应用, 不断改进和完善, 它将成为一种规范化、标准化、安全可靠的支护体系为人们所利用。