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超前微型桩复合土钉墙在深基坑工程中的应用

更新时间:2016-07-05

近年来深基坑工程不断出现,促使深基坑设计计算理论的提高和施工工艺的发展。合理的基坑支护形式和施工,对工程进度和保护周围环境能发挥重要作用。土钉支护经济可靠、灵活、施工速度快、对环境影响小等优点而广泛使用,但在高水位、松散土层中,基坑自稳能力差,无法满足直立放坡要求、施工成本增加,土钉墙质量下降,导致基坑稳定可靠性降低。超前预支护微型桩复合土钉墙采用微型钢管桩预支护,结合土钉墙以及预应力锚杆复合支护形式,对于自立性较差的松散土层或直立边坡可起到超前支护作用,避免土钉施工过程中的边坡局部失稳,有效控制基坑变形,而对基坑深度较大或周边环境对变形限制较为严格时,还可增设预应力锚杆,同时微型桩嵌入坑底土层一定深度,能有效提高基坑底部抗隆起、渗流稳定性要求。该支护技术已被广泛应用于国内外的一些基坑支护工程中,取得了较好的支护效果,也从中积累了丰富的工程实践经验。中国社会科学院中心图书馆12 m深基坑工程、山东某时代广场11.5 m深基坑工程、广州某9 m深基坑工程等,基坑周边的施工环境复杂,施工场地狭窄,场地地质条件很复杂,采用超前微型桩复合土钉支护,成功地保证了基坑稳定性和基坑变形,取得了满意的效果。

1 微型桩复合土钉墙的性能特点

1.1 构造组成

微型桩复合土钉墙由微型桩、土钉、喷射混凝土面层、排水系统组成,如图1所示。微型桩指沿基坑侧壁连续分布、用于控制基坑变形、提高基坑稳定性的小截面尺寸竖向构件,目前应用较多的是钢花管注浆及预制管桩。土钉指植入土中并注浆形成的细长杆件,承受拉力与剪力并对原位土体进行加固,常见的有钢筋杆体与注浆固结体组成的钢筋士钉、击人土中的钢管土钉,构造如图2所示。钢筋网喷射混凝土面层由内置钢筋网、加强筋及喷射混凝土组成,起到保护基坑侧壁防止水土流失作用。排水系统包括坑内排水措施、边坡泄水孔、基坑顶部防水截水措施。

《本体与常无:经济学方法的对话》中林毅夫教授对于理论与经验的看法是:“现有的理论是过去的历史经验总结出来的,需要通过历史经验检查才能知道那些理论是可以暂时接受的,那些理论是可以暂时舍弃的,所以我们必须给予历史经验足够的重视。”他的看法与老师在课上给我们总结的关于经验与理论的看法是相似的。老师和我们在课上探讨的关于理论与经验的看法得出的结论是:契合性与错位性。并且在处理二者的关系问题上得出的结论是:既要尊崇契合性,又要尊崇错位性。

1.2 应用范围

微型桩复合土钉墙支护属于临时基坑支护措施,适用于安全等级为二级或三级土层基坑,使用时间不应超过1年,且不应超过设计规定。适用于地下水位以上或降水后基坑、自立性较差土层或直立边坡的基坑,非软土基坑深度不宜大于12 m,淤泥质土基坑深度不宜大于6 m。当基坑潜在滑动面内有建筑物、重要管线时不宜采用。

1.3 构造要求

微型桩复合土钉墙的构造如图3所示,应采用微型桩与土钉墙面层贴合的垂直墙面。土钉各向间距,根据基坑深度及土层强度宜控制在l ~2 m,倾角宜为5°~20°,土钉长度按承载力计算确定,但应使各层土钉受力均匀。土钉成孔采用较多的是洛阳铲或打入式钢管,洛阳铲成孔速度快、比较经济,一般土层宜优先使用,打入式钢管能有效克服松散土层塌孔、缩径导致的土体扰动和沉陷,保护基坑周边环境。打入式钢管采用钢花管,钢管的外径不宜小于48 mm,壁厚不宜小于3 mm,注浆孔应设置在钢管末端(1/2~2/3)管长范围内,每个注浆截面的注浆孔宜取2个,且应对称布置,注浆孔的孔径宜取5~8 mm ,注浆孔外应设置保护倒刺。

综上而言,相比穴位针刺治疗难治性PFP,NMES治疗的疗效更确切,治愈率更高,且操作方便、无创伤、起效快、疗程短,值得临床应用。

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根据地层条件、基坑安全等级确定复合土钉墙变形控制指标的建议值,复合土钉墙侧向位移范围一般在0.1%H~1.5%H,软土中多数在0.3%H~1.5%H之间,一般土层中多数在0.1%H~0.7%H之间。

1.4 工作性能

一般土钉墙与联合支护土钉墙的受力变形有一定区别,如图4所示,一般土钉墙墙顶水平位移随着开挖深度逐步向坑内发展,坑壁变形成倾斜直线,坑底以下(0.2~0.6HH为基坑开挖深度)处位移为零。复合型土钉墙的位移表现为墙顶小、下中部大,墙体又向前凸起的趋势,坑底以下相当深度处仍有这种位移趋势。微型桩复合土钉墙从受力性能上,可视为由微型桩、面层、土钉和加固范围内的原位土体四部分组成,故其破坏形式分为微型桩破坏、加固体体外整体破坏、加固体体内破土钉破坏和面层破坏。

2 设计计算理论

微型钢管桩属于土钉墙支护中的超前支护,且属于柔性支护体系,在设计计算中仍采用土钉墙的理论进行计算。计算取单位长度按平面应变问题分析,采用简化圆弧滑移面条分法进行基坑整体稳定性验算,如图5所示。最危险滑裂面是指土体、土钉及各复合构件提供的安全度之和为最小值的滑移面,通过试算搜索求得,验算时应考虑开挖过程中各工况,验算公式宜采用分项系数极限状态表达法[1]。根据工程统计结果,整体稳定验算考虑微滑移面以下超前微桩的抗力作用,通过设置组合作用折减系数,限制了这些复合构件的作用程度。当复合土钉墙底部存在软弱黏性土时,还有可能出现坑底土体被坑周土体压挤隆起,坑边土体严重下沉的情况,应按地基承载力模式进行坑底抗隆起稳定性验算,如图6所示。

(5)当电路同时发生d2点、d3点短路故障时,与同时发生d1点、d2点短路故障一致。将使开关跳闸、熔断器熔断,危及电源及电路绝缘等,非常危险,而该回路中的负荷1至负荷4,由于两侧电压均为零,没有电流流过。

3 施工要点

微型桩复合土钉墙施工工艺及微型钢管注浆桩施工工艺流程如图7所示。

3.1 微型桩施工要点

场区排水应包含地表排水系统、坑内排水系统、坡前引水系统。地表排水系统主要是沿基坑周边设置坡顶挡水墙截水沟,避免雨水流入基坑,地面排水坡度不宜小于0.3%。坑内排水系统由排水沟和集水井组成,坑内排水沟将积水排入集水井,并通过水泵及时排除到坑外,排水沟宜离开坡脚一定距离,以免冲刷、浸泡坡脚,危及边坡的稳定性。坡前引水系统主要是在喷射混凝土层中架设导水管,将部分地下水引入坑内集水井,并通过集井及时排除坑外。

支护施工阶段,每天监测1次,在完成坑开挖,变形趋于稳定的情况下,可适当减少监测次数,直到支护退出工作为止。各观测点和基准点要严格保护并做明显标记。观测严格按时间进行,不许漏测,开挖接近槽底时,观测人员不得离开现场。加强对周边建筑物的沉降观测。边坡支护进行之前,做好基准点,在相临建筑物上按标准留置足够数量的观测点。

某核电站在调试期间关闭反应堆压力容器顶盖,出现了3颗法兰螺栓咬死,编号分别为19、33、55号。螺栓咬死后,采用松动剂浸泡,铜棒敲击、加大反转力矩拧出几圈后彻底不能转动。

3.2 复合土钉墙施工要点

为了及时掌握边坡变形动态,保证边坡安全稳定和工程顺利进行,要对边坡进行变形监测,以便于及时发现问题,起到预控目的。监测对象根据基坑安全等级主要有:地下水位、邻近建筑物和道路的水平位移、支护结构水平位移及坡顶沉降等内容。

采用微型桩预支护时,宜在基坑上部设置预应力铺杆。微型桩伸入基坑、底的长度宜大于桩径的5倍、且不应小于1 m,间距不宜大于1 m。微型桩可用无缝钢管或焊管,管径48~150 mm,应采用水泥浆或水泥砂浆灌注密实。

基坑开挖所产生的地层位移受时空效应的影响,开挖暴露的面积越大,位移也越大,为控制位移,施工应按照设计工况分段、分层开挖,分层厚度应与土钉竖向间距一致。下层土的开挖应等到上层土钉注浆体强度达到设计强度的70%后方可进行,每层开挖后应及时施作该层土钉并喷护面层,封闭临空面,减少基坑无土钉的暴露时间。工程中因超挖而造成的基坑坍塌事故屡有发生,即使未造成基坑坍塌事故,基坑开挖期位移过大,也会使基坑使用期的安全度下降。因此,分层开挖时应严格控制每层开挖深度,协调好挖土与土钉施工的进度,严禁多层一起开挖或一挖到底。

地面超载是施工中土方、材料、构件、机具等临时性堆料及大型运输车辆。地面堆载摆放不合理极易导致基坑坍塌事故的发生,所以施工过程中应严格平面布置图选择合适的安全距离堆放,不得随意更改大型运输车辆行车路线。

3.3 排水措施

水患是基坑工程的“大敌”。地下水、雨水、施工用水下渗、旧管道渗漏等,影响施工进度、延误工期,另外长时间排水不畅,会使土体强度降低,导致基坑坍塌。因此应做好场区的排水系统和地面硬化。

微型桩桩径较小间距较密,施工时严格按照定位线成孔要求桩位误差<50 mm。为保证微型桩垂直度<0.5%,避免钻孔向坑内外倾斜、孔底交叉,要求钻孔前进行场地整平、钻机就位后调整水平与垂直度。边投料边振动钢管,保证投料逐步下沉,为防管内投料卡管,严禁快速倾倒,应少量投入,确保管内碎石的均匀。微型钢管桩施工完成后在围墙和桩之间实施压密注浆,来解决早期由于施工不当引起的位移裂缝,同时达到加固地基的目的。

3.4 变形监测

复合土钉墙施工必须符合“超前支护,分层分段,逐层施作,限时封闭,严禁超挖”的要求[2]。超前支护是指在基坑开挖前进行微型桩施工,待其强度达到规定后方可开挖,预支护可以控制地下水和限制基坑侧壁位移的作用,保证基坑稳定。

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面层喷射混凝土的强度等级不应小于C20,3 d龄期的喷射混凝土强度不应小于12 MPa。面层厚度不应小于80 mm,面层内应设钢筋网,钢筋直径宜为6~10 mm,间距宜为150~300 mm,当面层厚度大于120 mm 时,宜设两层钢筋网,坡面外露的土钉头之间应设直径14~20 mm 的加强筋予以连接。

3.5 基坑开挖预警措施

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,砂性土为主土层超过3‰、黏性土为主土层超过5‰时,应密切加强观察并及时对支护采取加固措施。当发现基坑顶位移超标,地面裂缝较大时,土钉墙部分应采用加密土钉或打预应力锚杆的方法解决,桩锚支护部分采用补打锚杆的方法补救,严防事态扩大。

4 结语

在基坑施工过程中,微型桩复合土钉墙有效控制坡顶变形,无局部塌陷发生,确保边坡安全稳定,与护坡桩方案相比,节约造价、施工速度快,此在深基坑支护应用方面会有很大的发展空间。同时,由于计算分析理论、工作性状认识尚不完善,使得微型桩复合土钉墙的使用受到一定程度的限制,这就要求在设计施工过程中多结合经验、构造要求,尤其加强基坑变形监测。

参考文献

[1] GB50739—2011,复合土钉墙基坑支护技术规范[S].

[2] GB50086—2015,岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范[S].

相较于卡夫卡,大江将更多的元素融进“边缘意识”,如“暴力”“性”“政治”“核问题”等。如《万》中,鹰四发动的暴力斗争、万延元年的农民暴动、1945年的朝鲜人部落袭击事件,一切都与“暴力”挂钩。这些“暴力”事件是“边缘情绪”的体现,处于边缘的人物只有通过“暴力”向“中心”发起挑战。又如性描写,在《审判》《城堡》中卡夫卡也描写过性场面,但大江在《个》与《万》中对性描写得更裸露,性用语可以说充斥其中。然而,从他们的性描写中都感受不到色情主义。他们只把性描写当做一种创作手法,通过性的想象,对现实进行再创造,对处在“边缘世界”的人物倾注更丰富的情感。

刘岩,庞博,王文博
《承德石油高等专科学校学报》2018年第2期文献

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