岩土工程基础施工中深基坑支护施工技术的应用.pdf

岩土工程基础施工中深基坑支护施工技术的应用李瑞宇(中国建筑第二工程局有限公司华东公司上海)收稿日期:作者简介:李瑞宇()男江西新余人本科助理工程师主要研究方向:建筑深基坑支护施工技术摘 要:岩土工程基础施工中深基坑工程是满足城镇化建设中对地下空间充分利用原则的工程类型其具备施工复杂、投入资金量大和周期长的特点施工技术的引入与资源配置和质量控制密切相关 鉴于此深入探究深基坑支护技术的切实应用以常见的土钉墙支护技术和排桩支护技术为切入点阐述目前岩土工程基础施工中如何应用深基坑支护技术并以某工程为研究案例依托工程拟建背景优化土钉墙施工和排桩方案从稳定性、基坑水平位移等多个方面优选方案关键词:岩土工程深基坑支护土钉墙排桩中图分类号:文献标志码:文章编号:():/引 言现阶段我国土地资源可利用量逐年递减因此应当充分借助超高层建筑施工技术最大化利用土地 在开挖岩土过程中所应用的支护技术要与岩体结构和特点匹配安全合理开展施工作业切实保证在建筑物使用时不会出现明显裂缝和沉降 当前主要应用的深基坑支护技术为排桩支护和土钉墙支护为满足安全可靠和合理施工要求需要根据拟建工程情况科学应用相应技术 常用深基坑支护施工技术 土钉墙支护技术土钉墙支护技术应用的基本流程:场地平整、测量放线第一层土方开挖、第一层土钉墙施工第二层土方开挖、第二层土钉墙施工第 层土方开挖、第 层土钉墙施工基坑排水施工基坑余地清理、验收土钉墙护坡施工流程:土钉预埋、注浆、挂网隐蔽验收测量放线土方开挖、修坡孔位布点成孔焊接钢骨架钢筋及焊接土钉连接件喷射混凝土强度达 以上可进行下一层土方开挖土方开挖运用人工作业与机械作业相结合的形式防止出现欠挖或超挖的情况配合使用测量仪器监测开挖深度一般在距离设计深度 左右时停止运用机械手段采取人工开挖、修整的方法完成开挖作业 布设孔位环使用潜孔锤打出孔径为 的预成孔并依照土钉倾角为完成作业 成孔中准确记录钻出岩体性状避免出现前期勘测结果与实际情况不符的问题 运用焊接方式将土钉与钢筋网片连接保证土钉间距与横压加强筋间距对应设置斜向加强筋作用于基坑边坡失稳位置控制岩体变形 按照科学水灰比配比注浆材料施工中随用随拌 现场扎丝绑扎钢筋网片铺设过程中要采取自上而下的施工方式在壁面处预留空隙并将锁紧钢筋与钢筋网焊接设置在土钉锁紧装置下 喷射两层混凝土坡顶宽度超过 根据配合比设计规程拌制混凝土 控制喷射气压一般维持在 附近防止气压影响喷射质量 混合料在进场后随用随拌当放置时间超过 时应当检查混凝土性状是否发生改变保证质量后垂直于受喷面保持喷头与其间隔 左右喷射混凝土 按照自下而上的喷射顺序完成喷射 铺设钢筋网要在混凝土喷射前完成以此形成稳定壁面降低松散土掉落影响支护质量事件发生可能性 依次在各层各段喷射混凝土分两次在各个分段由下而上施工管控水灰比检查表面是否存在滑移流淌、干斑问题保持表面湿润度和平整度由于所喷射的混凝土略薄长时间暴露于空气中易干裂需要在完成最后一层喷射操作后等待混凝土凝结立即开始养护 运用喷养护剂、覆盖保湿和表面洒水的方式连续养护 施工完毕后划定混凝土取样抽检范围在每 处取 个试样检测单轴抗压强度 所使用的工艺为钻芯法 同时按照每 划分混凝土厚度检测试样组每组抽取 个样本测定面层厚度要求误差为 设计厚度质量检验达标后进入基坑排水作业展开排水沟施工分别在基坑底周边和基坑顶周边设置排水和截水沟按照每 设计集水井的施工方法所设计集水井一般为边长为 的正方体 底部混凝土多为 厚度为 采取砂浆抹面和砖砌的方式作用于侧壁土方开挖遵循先整体后局部的原则自上而下分层分段开挖并采取支护与开挖同步作业的施工方式挖完周边基坑后开挖中间区域 开挖长度和深度要结合工程岩体和土体的具体特征而定 开挖后由施工人员将槽底杂物和石块等清理干净 排桩支护技术排桩技术即钻孔灌注桩技术将此种技术应用于岩土工程基础项目深基坑施工中的支护流程为:平整场地旋喷桩、灌注桩施工冠梁施工土方开挖 针对旋喷桩施工中需使用高压旋喷桩止水结构按照图纸中给出的桩长、间咬合和灌注桩及旋喷桩咬合长度运用单管旋喷方法定位后使用钻机将钻孔钻至设计标高借助旋喷机边旋边提升直至承装 施工中一般使用普通硅酸盐水泥按照/的速度提升 完成旋喷桩施工作业后采取抽芯法检测养护 的旋喷桩强度强度达标后方可进入下一阶段施工 针对灌注桩的施工流程为:埋设护筒结构利用钻机开孔钻进检查钻孔成孔质量制作钢筋笼拼接下放导管水下浇筑 钻孔环节根据岩层特点确定钻进速度维持护臂稳定状态控制孔位位移 安装钢筋笼采取现场作业办法将制作完成的钢筋笼垂直吊入孔口中加设防浮钢管支撑钢筋笼 将隔水栓塞悬挂向导管内灌入水泥砂浆并将导管插入桩身采取超灌方法控制桩体质量 钻进中钻架与转盘中心处于同一直线控制钻孔偏差要求满足低于 的标准 由前期勘测结果确定泥浆配合比和钻头型号钻孔中避免出现不按设计移动钻具的情况依据钻进中岩体的性状判定所用泥浆是否契合 此种技术应用中同样需进行土方开挖施工基本流程和作业内容与土钉墙支护施工技术类似在此不作赘述 岩土工程基础施工中深基坑支护施工技术的应用 工程概况本工程经勘探岩土层共为 层对应的岩土层岩性为:层 素填土和杂填土 层 淤泥层显灰色 层 粉质黏土 层 细沙 层 中砂 层 圆砾层 粗砂 层 砾砂 层 强风化泥质砂岩呈紫红色用镐难以挖动风化裂隙非常发育成分明显变化结构基本被破坏 岩体质量等级为级 层 中分化泥质砂岩呈现暗红色风化裂隙不发育结构被部分破坏岩体较为完整 属于软岩质量等级为级 拟建区域的地壳较为稳定不存在软弱夹层分布、空洞和无可溶岩 方案优化 土钉墙施工方案按照工作面开挖边坡修整混凝土初次喷洒定位钻孔清污土钉安装注浆钢筋网铺设固定二次喷洒混凝土的支护过程完成土钉墙施工 施工中根据坡比开挖配合修坡作业维持平整度 初次喷洒混凝土的强度等级为 面层厚度为 最大骨料为 钢筋网中钢筋间距为 直径为 型号为 级 焊接加强筋和土钉钢筋网片的参数为 使用钢筋钉固定钢筋网片并预留一定搭接空间 针对搭接超出 的部分实施施工缝操作将误差控制在 范围内 在钢筋上涂刷防锈涂料或以水泥砂浆充当防腐层防止使用中被锈蚀 本工程中拟使用洛阳铲和螺旋铲根据图纸中标定的位置确定成孔直径 同时清除孔内残渣目的是为钢筋或钢管入孔提供良好施工环境提高对准精确度 将定位架设置在距离孔位 的位置成孔直径设为 注浆孔间距设为 注浆孔孔径设为 注浆孔处于钢管末端 的区域内 本工程使用纯水泥浆注浆压力超过 通过旋紧止浆塞将土钉与周围土体形成统一结构保证贴合的紧密性 排桩方案按照测量放线定位打孔垂直度检验杂物清理制作安放钢筋笼串筒悬挂混凝土灌注的流程完成排桩支护施工任务 或采取湿式成孔的施工方式在钻机就位后将护筒设置在桩位处预拌水泥砂浆清孔后将钢筋笼吊放至孔内将导管插入后灌注混凝土最终在质量合格后将护筒取出 优化结果优化区域为深基坑 段在此段共存在四层土体结构第一层至第四层的土体及其厚度为:素填土、黏性土、圆砾和粗砂厚度为 、对应的土层参数见表 表 土层参数信息层号土体特征与土钉摩阻力/与锚固体摩阻力/内摩擦角/()粘聚力/浮重度/()重度/()层厚/一素填土 二黏性土 三圆砾 四粗砂 稳定性分析在获取基础信息后借助理正软件分析两种深基坑支护技术的可行性 分析土钉墙支护技术可行性要在生成土钉参数信息后将箍筋直径、混凝土强度等级和混凝土面层厚度输入软件中计算抗拔承载力和内部整体验算表 分别列出在不同工况下开挖深度分别为 、时不同土钉长度(和 )下抗拔和抗拉承载力大小与设计值对比形成结果报告 在内部整体稳定验算结果表中要将不同工况下内部安全系数、圆心坐标和半径列出 计算基坑抗隆起值的公式为:()()()()/()()式中:为抗隆起安全系数为土钉坡面宽度为地面均布荷载的计算宽度 为土体粘聚力 为内摩擦角为基坑底面到抗隆起计算平面之间土层的重度为基坑底面以上的土的重度为地面均匀荷载 本工程中土钉墙安全等级设定为二级为 经计算抗隆起为 满足稳定性要求参照土钉墙抗隆起计算原理对采用排桩支护技术的施工效果进行分析 本文设定三个工况分别是基坑开挖 运用排桩支护在 处加设预应力锚索继续开挖至 通过分析加预应力锚索后剪力变化、弯矩变化、位移变化和土压力变化大小与经典施工技术应用后的规律相同但在位移方面打入锚索后位移量变小说明此操作能够控制基坑侧壁位移 同时经过计算运用排桩支护技术的稳定性系数为 满足 的设计需要由此可见运用两种施工技术均可实现整体结构稳定的目标排桩支护稳定性稍强于土钉墙支护 性能分析借助 软件模拟岩土工程中两种支护方式的结构通过建立有限元模型分析参数变化与性能间的关系根据分析结果指导施工作业开展分别建立排桩支护和土钉墙支护的 剖面结构模型通过改变锚杆、土层、桩参数等探究参数变化对支护方案的切实影响 经分析得到以下结果首先对于排桩支护技术应用调整桩嵌固深度将影响基坑水平位移但将深度由 升至 水平位移的变化程度较小说明在开展排桩支护施工作业时无需打深桩应当寻找最佳嵌固深度避免浪费成本调整桩间距将影响基坑水平位移但将间距由 变为 水平位移仅有 的变化说明间距大小的考量主要从成本和施工便捷程度方面着手调整锚杆倾角将影响基坑水平位移当倾角增大时主拉应力在弯曲作用下使得横向约束降低说明土钉需按照水平方向设置其次对于土钉墙支护技术应用调整基坑与荷载的距离将影响基坑水平位移但当达到一定值时影响变化较为微弱说明土钉墙不适宜应用于荷载密集区域调整土钉倾角和长度均会对水平位移有所影响但影响程度较小需在保证基坑安全性的前提下合理选定长度和倾角 结束语在岩土工程基础施工中深基坑支护技术应用时要根据岩土特点和基本参数合理选择支护类型并严格遵从稳定性、安全性和经济性要求实施施工方案如此保证土地利用率 本文重点研究土钉墙支护技术和排桩支护技术在岩土工程基础施工中深基坑支护作业的切实应用发现在所举例的岩土工程中运用两种施工技术均可实现整体结构稳定的目标排桩支护稳定性稍强于土钉墙支护 同时土钉墙不适用于荷载密集区域实际应用中需选定土钉长度和倾角受到技术因素限制并未借助信息化技术深刻分析基坑变形情况因此在未来研究中要注重 等信息技术引入保证研究结果更为全面、科学:参 考 文 献:李涛任东伟刘学成等.考虑深基坑支护结构变形的邻近管线变形解析方法.中国矿业大学学报():吴留伟熊署丹吴蕾等.深厚软土地基大型排涝闸站深基坑支护技术研究.建筑结构():李宇杰冯忠居朱彦鹏.兰州特殊红砂岩地层深基坑支护监测与数值模拟分析.岩土工程学报():莫品强刘尧黄子丰等.复杂支护条件下深基坑支护桩 冠梁 支撑的变形协调及空间效应研究.岩土力学():廖原乔绍财黄海荣等.某超高层深基坑支护设计及智能监测技术的应用.桂林理工大学学报():何旭升田发派付晓茜等.某圆砾地层异形深基坑支护变形规律及开挖空间效应研究.广西大学学报(自然科学版)():王妙灵王浩.高层房屋建筑深基坑支护承压结构局部抗震性试验分析.地震工程学报():唐福源衣利伟曹勇等.填海地层深基坑支护参数优选与基坑变形分析.科学技术与工程():李兵隋文谢晋.注浆对深基坑支护结构抗震性能的影响分析.沈阳建筑大学学报(自然科学版)():(上接第 页)中夹岩抗剪性能的判定应从岩土体本身的抗剪能力出发进而考虑应力偏向产生对中夹岩有所影响的剪切力根据中夹岩的抗剪性能以及受剪切的情况进行一一比对才能对中夹岩的抗剪切性能有最好的考量 结 语根据基于破裂面的中夹岩剪切破坏模型极限剪切力与抗滑力的关系使得中夹岩发生剪切破坏其剪切破坏主要发生在中岩墙破裂角上因此需要针对中岩墙本身力学性质得到破裂角相对应能得到中夹岩破裂面从而成为中夹岩的薄弱区域同时该极限剪切力与隧道埋深、净距、压力拱下松散土体压力等有关则在隧道埋深和净距确定的情况下可以有针对性对中夹岩的各区域进行有效的加固预防剪切的发生中夹岩剪切破坏的发生主要原因为:小净距隧道的左右双洞由于开挖的应力分布不均因而出现极限剪切力大于抗滑力由而发生剪切破坏可采用错距开挖使其影响降到最低工程中发生剪切破坏大多在隧道运营中由于剪切力在增大超过抗滑力而产生的破坏因此在隧道设计中考虑中夹岩的抗剪强度和抗剪切疲劳隧道拱顶或拱肩处由于径向应力的消失切向应力增大而对中夹岩产生剪切作用采用平滑的隧道断面避免隧道临空面上的切向应力集中:参 考 文 献:刘芸周玉兵.软岩小净距隧道中夹岩柱分区及加固方法研究.地下空间与工程学报():.李享松张心源覃娟等.小净距隧道中夹岩安全系数法研究与验证.安全与环境学报():.章慧健仇文革冯冀蒙.小净距隧道夹岩力学特征分析.岩土工程学报():.():蔡闽金.小间距隧道中夹岩力学模型及稳定性评价方法研究.成都:西南交通大学 陈皓鲁聪李小青.小净距隧道中夹岩柱应力、应变特性及合理净距数值模拟分析.交通科技():李广信.高等土力学.北京:清华大学出版社