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【摘 要】土钉墙在工程实践中已得到较多应用,在广西柳州地区尤为常用。本文介绍了该基坑采用土钉墙支护的设计实践,并经受异常恶劣天气考验,分析了基坑实际使用过程中引起基坑变形异常的主要原因及采取的措施,为今后此类工程的设计和施工提供参考。
【关键词】深基坑;支护结构;土钉墙;排水
Design applications of soil nailed wall in foundation engineering
Fu Wen
(Guangzhou Pearl River Foreign Investment Architectural Designing Institute Guangzhou Guangdong 510060)
【Abstract】The soil nail wall in engineering practice has been more applications, especially common in Guangxi Liuzhou area. This article describes the foundation with soil nailing wall design practice, and withstood the test of abnormal weather, the actual use of the foundation process of the main reasons for abnormal deformation caused by excavation and the measures taken for the future of such projects design and construction of reference.
【Key words】Deep excavation; Supporting structure; Soil nail wall; Drainage
土钉墙是由密集的土钉群、被加固的原位土体、喷射混凝土面层及必要的防水系统组成。土钉采用土中钻孔、植入变形钢筋并沿孔全长注浆的方法构成。土钉依靠与土体之间的界面粘结力或摩擦力使土钉沿全长与周围土体紧密连结成为一个整体,从而使土体保持稳定和整体性,达到稳定基坑或边坡的目的。土钉支护方式由于其经济可靠、施工简便快捷、对周边环境影响小等优势,故在我国许多省市的基本建设中得到广泛应用。
本文结合工程实例,介绍其具体应用及应重视的细节,为今后的应用提供参考。
1. 工程概况
该工程设两层地下室,基坑周长500米,平面面积约12000m2,基坑开挖深度为10米。地上建筑为四层商业裙楼及57层、32层两栋塔楼。基坑周边环境概况如下:基坑周围地面相对平坦,周边建筑物稀少,四周为城市道路,无重要的地下管线,地下室外边线:北侧距红线距离约22米;南侧距红线距离5米;西侧距红线距离7.7米,距城市主干道边线约17米;东侧距红线4.5米,距主干道边线约13米;周边建筑物情况仅西南侧距基坑边3米有一个两层售楼部(钢结构)。基坑平面图见图1。
2. 地质条件
2.1 地形地貌特征。
该场地属柳州市溶蚀准平原地貌,场地相对平坦。场地地面的黄海高程一般为90.2~90.8米。
2.2 场地地质条件。
拟建场地岩土层自上而下分层简述如下:
(1)第四系人工填土层(Q4ml):属新近填土,黄褐色、红褐色,主要由粘土组成,局部含少量砖、碎石等,高压缩性,该层分布于大部分场地,厚度0.3~3.8米。
(2)红粘土层(Q4el ②1层):黄褐~灰褐色,主要由粘粒组成。土体裂隙较发育,该土层复浸水特性属1类,即失水收缩后复浸水膨胀,能恢复到原位。土质较均匀、饱和,呈坚硬~硬塑状态,中等压缩性。标贯击数(修正后)8.4击,埋深一般0.0~3.8m,厚度8.0~19.8米。
(3)红粘土层(Q4el ②2层):灰褐色,饱和、可塑状态,标贯击数(修正后)4.0击,零星分布,埋深一般12.0~21.0m,其层厚一般为0.7~5.0米。
(4)白云岩(C,③1层):属石灰系,灰色带灰白色,分强风化、中风化、微风化带。该岩层裂隙较发育。本区域白云岩特点是比较风化、破碎。该场地岩溶较发育,主要表现为基岩面高低起伏较大,基岩面埋深最浅处为9.0m,最大处为30.2m,最大高差约为21.2m,其岩面坡度一般为0~30.4%,局部出现垂直性发育的风化溶蚀裂缝。
2.3 水文地质条件。
场地地下水主要受大气降水补给。雨水所形成的上层滞水储存于红粘土的土体裂隙中,并通过土体裂隙往下渗透,补给深部的岩溶裂隙水。
该场地距离柳江河约1Km,岩溶裂隙水与柳江河水有一定的互补的水力联系,但场地地下水连通性较差,该场地红粘土渗透系数K=0.1m/d。该场地地下水位稳定于78.0~80.0米。
2.4 各土层有关物理力学参数取值。
根据岩土勘察报告并结合类似场地参数取值经验,该工程主要土层物理力学参数取值见表1:
3. 基坑支护设计
3.1 基坑方案的选择。
该基坑工程规模比较大(长×宽×深为185米×65米×10米),合理经济的支护方案对工程造价具有举足轻重的作用。支护方案的选择是在综合考虑诸如以下若干因素:基坑的开挖深度及形状、场地地质条件、周边环境、地区经验等基础上选择。结合本工程具体情况:基坑开挖深度约10米;在基坑开挖深度范围内土质情况主要有人工填土层、可塑~硬塑状红粘土;基坑周边无重要建筑物及管线,且距离城市主干道边线约17米,西南角有一钢结构二层临时建筑售楼部,基础为独立柱基,基础边距离基坑约2米。故综合考虑基坑方案:北侧采用分级放坡方式,其余三面采用土钉支护方式,并在距离基坑边较近的售楼部区域增设竖向微型钢管桩来控制施工期间因土钉施工的“开孔效应”对基坑的削弱影响,进行超前加固,减小基坑变形。
3.2 土钉墙支护设计。
3.2.1 根据现场实际场地条件,土钉墙面坡度1:0.1,设计采用北京理正深基坑软件。
3.2.2 土钉采用梅花型布置,竖向间距1.1~1.2米,水平间距1.5米,土钉长度9~12米,选用22钢筋,倾角15°,钻孔直径130。采用压力注浆,注浆压力0.4~0.6MPa,注浆材料采用水泥浆,强度不低于M20。喷射混凝土强度等级为C20,厚度120mm,钢筋网采用8@150×150,设斜向加强筋216,且基坑周边一定范围地面硬化处理。典型设计断面见图2
3.2.3 优化措施:在确保基坑稳定、有效控制基坑边形同时又体现合理经济原则基础上,在场地允许条件下,在表层杂填土处采用一定坡度放坡(1:1.3)以减少土钉支护工程量,防
止松散的表层土塌方。
3.3 基坑监测。
基坑监测布置点详附图一。结合当地水文条件及当地经验、专家意见:该市范围内地下水位稳定且稳定的地下水位很低,取消地下水位监测。水平位移控制值不超过50mm,预警值40mm,水平位移速率不超过5mm/d。
4. 基坑使用过程中异常现象分析及处理措施
本工程基坑施工时间为2008年12月~2009年3月,基坑开始回填时间为2009年11月,期间经受了当地20年一遇的洪水考验。
4.1 当西南处售楼部基坑开挖至基坑底时,该处基坑位移激增,一天位移约20mm,总位移值46mm,地面未发现裂缝。该范围设计方案原定设有钢管桩,后因各方面因素取消了钢管桩。原因分析:在施工过程中,基坑开挖至基坑底时,土钉未及时施工,开挖面裸露的暴露时间偏长。随后马上采取措施:暂停该范围工作面的继续铺开,土钉施工工序马上跟进,同时加强监测频率,在随后的时间里,该区域基坑边形未出现异常情况。
4.2 2009年7月初当地遭遇20年一遇洪水,期间基坑东南角水平变形过大,小面积基坑壁拱起,附近地面多处出现裂缝,裂缝最宽30mm。
图2
在2009年6月27日~7月7日当地普降暴雨,当地水文站7月5日录得柳江最高水位89.64m,超过警戒水位7.14m,为20年一遇水位洪峰。市内出现内涝,多条交通道路中断。7月7日柳江水位降至警戒水位82.5m以下,为81.18m。该段时间正值施工地下室承台阶段。由于地下水冒出及雨水致使基坑内积水,施工方紧急用泵排水至南侧地面水沟,然后汇集至东南角处集水井通过市政管网排出。基坑水平位移监测结果摘录如表2:
从监测结果看,已远超过设计限值。主要原因分析:是南侧排水沟原本排地表水,紧急状况出现时被临时用作主排水沟排基坑内积水,排水不及,地表水渗漏严重,直接导致土体粘聚力降低,剪切应力增加,土体软化,从而在重力作用下土体易失去稳定而引起异常,严重者可导致塌方。针对此异常情况,业主、设计、监理、施工等建设各方高度重视,紧急商议,采取应急措施:(1)修补原排水沟、局部排水沟改道;(2)坡顶地面清除松土部分后尽快做硬化处理、并封闭地表裂缝;(3)修整坡面喷射混凝面层拱起部分;(4)基坑下部临时用钢管支撑支顶,顶到已完成的负二层侧壁墙上(混凝土强度已达到设计要求)。随后继续加强观测,基坑变形未再出现异常情况。
从埋设在坡面的泄水孔观察到在雨季期间(5月～10月)基坑底部二排泄水孔局部有水滴现象,在暴雨期间基坑底部多排泄水孔见到水线。
5. 基坑支护效果简评及体会
该基坑从开挖至回填时间近一年,经受了异常恶劣气候的考验,基坑边坡是安全的。
5.1 土钉支护方式中“水”是其最为敏感的问题。
不但在施工前做好降排水工作,还需充分考虑基坑使用期间地表水及地下水的排放,保证排水顺畅。同时基坑周边地表加以固化处理以防止地表水向下渗流。解决好“水”的问题则基坑使用的安全就减少一大隐患。根据调查,水患是造成许多基坑工程事故的直接或间接的客观原因之一。
5.2 基坑支护工程必须采用信息化施工,进行动态设计,设计者需了解施工过程,掌握监测信息。根据实际情况及时修改完善设计。对可能出现的险情制定有效合理的应急措施。
参考文献
[1] 《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99
[2] 《简明深基坑工程设计施工手册》 赵志缙、应惠清主编 中国建筑工业出版社2000年
[文章编号]1006-7619(2010)05-17-434
【关键词】深基坑;支护结构;土钉墙;排水
Design applications of soil nailed wall in foundation engineering
Fu Wen
(Guangzhou Pearl River Foreign Investment Architectural Designing Institute Guangzhou Guangdong 510060)
【Abstract】The soil nail wall in engineering practice has been more applications, especially common in Guangxi Liuzhou area. This article describes the foundation with soil nailing wall design practice, and withstood the test of abnormal weather, the actual use of the foundation process of the main reasons for abnormal deformation caused by excavation and the measures taken for the future of such projects design and construction of reference.
【Key words】Deep excavation; Supporting structure; Soil nail wall; Drainage
土钉墙是由密集的土钉群、被加固的原位土体、喷射混凝土面层及必要的防水系统组成。土钉采用土中钻孔、植入变形钢筋并沿孔全长注浆的方法构成。土钉依靠与土体之间的界面粘结力或摩擦力使土钉沿全长与周围土体紧密连结成为一个整体,从而使土体保持稳定和整体性,达到稳定基坑或边坡的目的。土钉支护方式由于其经济可靠、施工简便快捷、对周边环境影响小等优势,故在我国许多省市的基本建设中得到广泛应用。
本文结合工程实例,介绍其具体应用及应重视的细节,为今后的应用提供参考。
1. 工程概况
该工程设两层地下室,基坑周长500米,平面面积约12000m2,基坑开挖深度为10米。地上建筑为四层商业裙楼及57层、32层两栋塔楼。基坑周边环境概况如下:基坑周围地面相对平坦,周边建筑物稀少,四周为城市道路,无重要的地下管线,地下室外边线:北侧距红线距离约22米;南侧距红线距离5米;西侧距红线距离7.7米,距城市主干道边线约17米;东侧距红线4.5米,距主干道边线约13米;周边建筑物情况仅西南侧距基坑边3米有一个两层售楼部(钢结构)。基坑平面图见图1。
2. 地质条件
2.1 地形地貌特征。
该场地属柳州市溶蚀准平原地貌,场地相对平坦。场地地面的黄海高程一般为90.2~90.8米。
2.2 场地地质条件。
拟建场地岩土层自上而下分层简述如下:
(1)第四系人工填土层(Q4ml):属新近填土,黄褐色、红褐色,主要由粘土组成,局部含少量砖、碎石等,高压缩性,该层分布于大部分场地,厚度0.3~3.8米。
(2)红粘土层(Q4el ②1层):黄褐~灰褐色,主要由粘粒组成。土体裂隙较发育,该土层复浸水特性属1类,即失水收缩后复浸水膨胀,能恢复到原位。土质较均匀、饱和,呈坚硬~硬塑状态,中等压缩性。标贯击数(修正后)8.4击,埋深一般0.0~3.8m,厚度8.0~19.8米。
(3)红粘土层(Q4el ②2层):灰褐色,饱和、可塑状态,标贯击数(修正后)4.0击,零星分布,埋深一般12.0~21.0m,其层厚一般为0.7~5.0米。
(4)白云岩(C,③1层):属石灰系,灰色带灰白色,分强风化、中风化、微风化带。该岩层裂隙较发育。本区域白云岩特点是比较风化、破碎。该场地岩溶较发育,主要表现为基岩面高低起伏较大,基岩面埋深最浅处为9.0m,最大处为30.2m,最大高差约为21.2m,其岩面坡度一般为0~30.4%,局部出现垂直性发育的风化溶蚀裂缝。
2.3 水文地质条件。
场地地下水主要受大气降水补给。雨水所形成的上层滞水储存于红粘土的土体裂隙中,并通过土体裂隙往下渗透,补给深部的岩溶裂隙水。
该场地距离柳江河约1Km,岩溶裂隙水与柳江河水有一定的互补的水力联系,但场地地下水连通性较差,该场地红粘土渗透系数K=0.1m/d。该场地地下水位稳定于78.0~80.0米。
2.4 各土层有关物理力学参数取值。
根据岩土勘察报告并结合类似场地参数取值经验,该工程主要土层物理力学参数取值见表1:
3. 基坑支护设计
3.1 基坑方案的选择。
该基坑工程规模比较大(长×宽×深为185米×65米×10米),合理经济的支护方案对工程造价具有举足轻重的作用。支护方案的选择是在综合考虑诸如以下若干因素:基坑的开挖深度及形状、场地地质条件、周边环境、地区经验等基础上选择。结合本工程具体情况:基坑开挖深度约10米;在基坑开挖深度范围内土质情况主要有人工填土层、可塑~硬塑状红粘土;基坑周边无重要建筑物及管线,且距离城市主干道边线约17米,西南角有一钢结构二层临时建筑售楼部,基础为独立柱基,基础边距离基坑约2米。故综合考虑基坑方案:北侧采用分级放坡方式,其余三面采用土钉支护方式,并在距离基坑边较近的售楼部区域增设竖向微型钢管桩来控制施工期间因土钉施工的“开孔效应”对基坑的削弱影响,进行超前加固,减小基坑变形。
3.2 土钉墙支护设计。
3.2.1 根据现场实际场地条件,土钉墙面坡度1:0.1,设计采用北京理正深基坑软件。
3.2.2 土钉采用梅花型布置,竖向间距1.1~1.2米,水平间距1.5米,土钉长度9~12米,选用22钢筋,倾角15°,钻孔直径130。采用压力注浆,注浆压力0.4~0.6MPa,注浆材料采用水泥浆,强度不低于M20。喷射混凝土强度等级为C20,厚度120mm,钢筋网采用8@150×150,设斜向加强筋216,且基坑周边一定范围地面硬化处理。典型设计断面见图2
3.2.3 优化措施:在确保基坑稳定、有效控制基坑边形同时又体现合理经济原则基础上,在场地允许条件下,在表层杂填土处采用一定坡度放坡(1:1.3)以减少土钉支护工程量,防
止松散的表层土塌方。
3.3 基坑监测。
基坑监测布置点详附图一。结合当地水文条件及当地经验、专家意见:该市范围内地下水位稳定且稳定的地下水位很低,取消地下水位监测。水平位移控制值不超过50mm,预警值40mm,水平位移速率不超过5mm/d。
4. 基坑使用过程中异常现象分析及处理措施
本工程基坑施工时间为2008年12月~2009年3月,基坑开始回填时间为2009年11月,期间经受了当地20年一遇的洪水考验。
4.1 当西南处售楼部基坑开挖至基坑底时,该处基坑位移激增,一天位移约20mm,总位移值46mm,地面未发现裂缝。该范围设计方案原定设有钢管桩,后因各方面因素取消了钢管桩。原因分析:在施工过程中,基坑开挖至基坑底时,土钉未及时施工,开挖面裸露的暴露时间偏长。随后马上采取措施:暂停该范围工作面的继续铺开,土钉施工工序马上跟进,同时加强监测频率,在随后的时间里,该区域基坑边形未出现异常情况。
4.2 2009年7月初当地遭遇20年一遇洪水,期间基坑东南角水平变形过大,小面积基坑壁拱起,附近地面多处出现裂缝,裂缝最宽30mm。
图2
在2009年6月27日~7月7日当地普降暴雨,当地水文站7月5日录得柳江最高水位89.64m,超过警戒水位7.14m,为20年一遇水位洪峰。市内出现内涝,多条交通道路中断。7月7日柳江水位降至警戒水位82.5m以下,为81.18m。该段时间正值施工地下室承台阶段。由于地下水冒出及雨水致使基坑内积水,施工方紧急用泵排水至南侧地面水沟,然后汇集至东南角处集水井通过市政管网排出。基坑水平位移监测结果摘录如表2:
从监测结果看,已远超过设计限值。主要原因分析:是南侧排水沟原本排地表水,紧急状况出现时被临时用作主排水沟排基坑内积水,排水不及,地表水渗漏严重,直接导致土体粘聚力降低,剪切应力增加,土体软化,从而在重力作用下土体易失去稳定而引起异常,严重者可导致塌方。针对此异常情况,业主、设计、监理、施工等建设各方高度重视,紧急商议,采取应急措施:(1)修补原排水沟、局部排水沟改道;(2)坡顶地面清除松土部分后尽快做硬化处理、并封闭地表裂缝;(3)修整坡面喷射混凝面层拱起部分;(4)基坑下部临时用钢管支撑支顶,顶到已完成的负二层侧壁墙上(混凝土强度已达到设计要求)。随后继续加强观测,基坑变形未再出现异常情况。
从埋设在坡面的泄水孔观察到在雨季期间(5月～10月)基坑底部二排泄水孔局部有水滴现象,在暴雨期间基坑底部多排泄水孔见到水线。
5. 基坑支护效果简评及体会
该基坑从开挖至回填时间近一年,经受了异常恶劣气候的考验,基坑边坡是安全的。
5.1 土钉支护方式中“水”是其最为敏感的问题。
不但在施工前做好降排水工作,还需充分考虑基坑使用期间地表水及地下水的排放,保证排水顺畅。同时基坑周边地表加以固化处理以防止地表水向下渗流。解决好“水”的问题则基坑使用的安全就减少一大隐患。根据调查,水患是造成许多基坑工程事故的直接或间接的客观原因之一。
5.2 基坑支护工程必须采用信息化施工,进行动态设计,设计者需了解施工过程,掌握监测信息。根据实际情况及时修改完善设计。对可能出现的险情制定有效合理的应急措施。
参考文献
[1] 《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99
[2] 《简明深基坑工程设计施工手册》 赵志缙、应惠清主编 中国建筑工业出版社2000年
[文章编号]1006-7619(2010)05-17-434