鋼花管土釘墻加水泥土攪拌樁止水帷幕技術(shù)應(yīng)用                          

基于鋼花管土釘支護(hù)發(fā)展起來的復(fù)合鋼花管土釘支護(hù)技術(shù)應(yīng)用于基坑、邊坡等工程結(jié)構(gòu)的支護(hù)中,主要包括鋼花管土釘與水泥土攪拌樁(止水帷幕)、鋼花管土釘與微型鋼管樁、鋼花管土釘與預(yù)應(yīng)力錨桿三種主要形式。復(fù)合鋼花管土釘支護(hù)的作用機(jī)理主要是以鋼花管土釘支護(hù)為主,依據(jù)不同土質(zhì)條件、工程環(huán)境,借助于水泥土攪拌樁止水帷幕、微型鋼管樁和預(yù)應(yīng)力錨桿等其它組件的共同作用來穩(wěn)定土體和邊坡,起到止水抗?jié)B作用、分擔(dān)與傳遞荷載作用、局部穩(wěn)定作用和超前加固作用。

1、復(fù)合鋼花管土釘支護(hù)主要型式及構(gòu)造方法

針對(duì)工程中復(fù)合鋼花管土釘?shù)膽?yīng)用實(shí)例,目前實(shí)際工程施工中應(yīng)用相對(duì)較多的復(fù)合鋼花管土釘支護(hù)形式及其構(gòu)造方法主要有:(l)、鋼花管土釘十超前微樁復(fù)合支護(hù);(2)、鋼花管土釘+預(yù)應(yīng)力錨桿(索)復(fù)合支護(hù);(3)、鋼花管土釘+超前微樁+預(yù)應(yīng)力錨桿(索)復(fù)合支護(hù):(4)、鋼花管土釘+水泥土攪拌樁止水帷幕(包括單層樁和雙層樁)復(fù)合支護(hù);(5)、鋼花管土釘+水泥土攪拌樁止水帷幕(包括單層樁和雙層樁)十預(yù)應(yīng)力錨桿(索)復(fù)合支護(hù);(6)、可施加預(yù)應(yīng)力的鋼花管土釘+超前微樁;(7)、可施加預(yù)應(yīng)力的鋼花管土釘+水泥攪拌樁止水帷幕。

1.1復(fù)合鋼花管土釘支護(hù)的作用機(jī)理

專家對(duì)軟土地質(zhì)條件和實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn),認(rèn)為復(fù)合型鋼花管土釘支護(hù)就是以水泥土攪拌樁帷幕等超前支護(hù)措施解決土體的自立性、隔水性以及噴射面層與土體的粘結(jié)問題,以水平向壓密注漿及二次壓力灌漿解決土體加固及鋼花管土釘抗拔力問題,以相對(duì)較長(zhǎng)的插入深度解決坑底的抗隆起、管涌和滲流等問題。復(fù)合型鋼花管土釘支護(hù)一般可由防滲帷幕、超前支護(hù)及鋼花管土釘?shù)冉M件構(gòu)成。

在上述分析中,在定義復(fù)合鋼花管土釘支護(hù)概念時(shí)也基本清楚地表達(dá)了相應(yīng)的復(fù)合鋼花管土釘支護(hù)的作用機(jī)理。歸納起來,復(fù)合鋼花管土釘支護(hù)的作用機(jī)理主要有以下三點(diǎn):

(1)、水泥土攪拌樁等形式超前支護(hù)的作用是解決基坑邊壁土體的自立性及隔水性問題(但超前微樁不能解決隔水性問題),當(dāng)邊壁土體含水量較大時(shí),網(wǎng)噴混凝土面層不易與土體粘結(jié)在一起,若噴層直接噴在水泥土攪拌樁上則很容易粘結(jié)在一起。(2)、水平鋼花管土釘?shù)膲好茏{及二次壓力灌漿,增強(qiáng)了鋼花管土釘?shù)目拱瘟?由于漿液的滲透,同時(shí)對(duì)土體有加固作用。(3)、超前支護(hù)插入坑底以下較長(zhǎng)的深度,可解決坑底的抗隆起、管涌和滲流問題。由于復(fù)合鋼花管土釘支護(hù)的形式較多,其作用機(jī)理也不盡相同,復(fù)合鋼花管土釘支護(hù)的作用機(jī)理主要與復(fù)合的形式有關(guān),不能統(tǒng)一而論。因此,復(fù)合鋼花管土釘支護(hù)的作用機(jī)理是與復(fù)合鋼花管土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)中的各分支體系(組件)的作用機(jī)理密切相關(guān)的。

1.2鋼花管土釘與止水帷幕復(fù)合支護(hù)

在工程中,當(dāng)對(duì)基坑有防滲要求時(shí)(以防止因基坑外地下水位下降過大而引起地面沉降過大),常采用鋼花管土釘與止水帷幕復(fù)合支護(hù)型式,鋼花管土釘與止水帷幕復(fù)合支護(hù)形式通常在基坑內(nèi)降水,基坑外不進(jìn)行降水。止水帷幕一般采用水泥攪拌樁,單排厚度為500mm,水泥摻量為15%—18%,水泥土攪樁施工完2—3天后即可進(jìn)行基坑開挖。鋼花管土釘與止水帷幕復(fù)合支護(hù)型式的施工步驟是在開挖基坑之前沿開挖線做止水帷幕,等到非水帷幕達(dá)到一定強(qiáng)度后,再進(jìn)行基坑土體的開挖與鋼花管土釘支護(hù)。

采用止水帷幕結(jié)合鋼花管土釘支護(hù)避免了土體開挖后土體滲水、土體強(qiáng)度降低,以至不能臨時(shí)直立而失穩(wěn)及基底隆起、管涌等問題,并且由于立即進(jìn)行基坑支護(hù),在完成后,坡面基本是直立平整且干燥無水。

1.3鋼花管土釘與水泥土攪拌樁復(fù)合支護(hù)

（1）施工技術(shù)要求及技術(shù)核心

深攪樁深度較深,要求兩樁之間的搭接寬度應(yīng)滿足要求,具必須根根直立,確保質(zhì)量與美觀。基坑開挖較深,四周均有城市管網(wǎng),要求鋼花管土釘施工的速度要快,要盡早在開挖后對(duì)土體形成封閉。注漿的質(zhì)量好壞,關(guān)系到工程的成敗,因此,要求每根鋼花管土釘?shù)淖{壓力與注漿量均應(yīng)達(dá)標(biāo)。所有鋼花管土釘接頭應(yīng)達(dá)設(shè)計(jì)要求。

（2）支護(hù)施工過程

①土方沿深攪樁內(nèi)側(cè)開挖,人工修整壁面,進(jìn)行鋼花管土釘支護(hù)施工。

②修整坡面后,用白灰在壁上定點(diǎn),同時(shí)鉆機(jī)就位。用土層螺旋鉆引孔,首先穿透止水帷幕層。

③沖擊鉆機(jī)定位,調(diào)整好角度,將加工好的鋼花管土釘直接打入土層中,具體施工要求有:

ⅰ、孔位誤差不大于200mm,成孔的傾角誤差不大于3°,在成孔過程中遇有地下障礙需調(diào)整位置時(shí),不得降低支護(hù)結(jié)構(gòu)原定的強(qiáng)度。

ⅱ、當(dāng)鋼花管土釘長(zhǎng)度需搭接時(shí),接頭處綁焊三根長(zhǎng)3Ocmφ16園鋼,確保搭接處鋼花管土釘強(qiáng)度。

④鋼花管土釘置入設(shè)計(jì)深度后,在孔口預(yù)埋排氣孔,并用水泥砂漿封口,封口長(zhǎng)度應(yīng)大于100cm。

2、水泥土攪拌樁復(fù)合鋼花管土釘墻支護(hù)的設(shè)計(jì)計(jì)算

水泥土攪拌樁復(fù)合鋼花管土釘支護(hù)的設(shè)計(jì)計(jì)算一般包括止水帷幕深度的設(shè)計(jì)、坑壁整體穩(wěn)定性分析及鋼花管土釘抗拔力驗(yàn)算等。

2.1止水帷幕的設(shè)計(jì)

止水帷幕一般包括幕簾式和落底式兩種形式。幕簾式帷幕是指帷幕未完全隔斷含水層，其墻底未進(jìn)入相對(duì)隔水層中；落底式帷幕指帷幕體墻底進(jìn)入到相對(duì)隔水層中，將含水層完全隔斷。

（1）當(dāng)基坑底為軟土或砂土、基坑內(nèi)作用有較大滲透水壓力時(shí)，止水帷幕嵌固深度應(yīng)滿足式（1）的抗?jié)B透穩(wěn)定條件。

≥1.2(1)

式中：為建筑基坑側(cè)壁重要性系數(shù)；h為基坑開挖深度(m)，為地下水埋深(m)。

（2）當(dāng)基坑底為飽和砂層時(shí)，應(yīng)進(jìn)行抗管涌驗(yàn)算：

(2)

式中：k為抗管涌性系數(shù)；h′為基坑外側(cè)地下水至基坑底的距離，m；hd為支護(hù)結(jié)構(gòu)嵌入深度，m；γ′基坑內(nèi)側(cè)范圍內(nèi)土的加權(quán)重度，kN/m3，水位以上取天然重度，水位以下取有效重度；γw為地下水的重度，kN/m3。

2.2整體穩(wěn)定性分析

（1）鋼花管土釘墻整體穩(wěn)定性分析采用圓弧滑動(dòng)面計(jì)算，系數(shù)為：

(3)

式中：為鋼花管土釘墻整體穩(wěn)定性系數(shù)；為土體黏聚力，kPa；為土體內(nèi)摩擦角，（。）；為土條滑動(dòng)面弧長(zhǎng)，m；為土條的重力，kN；TNj為鋼花管土釘極限抗拉力，kN；S為鋼花管土釘水平間距，m；為滑動(dòng)面某點(diǎn)切線與水平面的夾角，（。）；αj為鋼花管土釘與水平面的夾角，（。）；bj為土條寬度，m。

（2）復(fù)合鋼花管土釘墻的整體穩(wěn)定性分析計(jì)算中考慮止水帷幕、預(yù)應(yīng)力錨索的作用，其系數(shù)為。

（4）

式中：為復(fù)合鋼花管土釘墻整體穩(wěn)定系數(shù)；τs為攪拌樁的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，kPa；As為攪拌樁的面積，m2；PNj為預(yù)應(yīng)力錨桿設(shè)計(jì)承載力，kN；sa為攪拌樁的間距，m；sb為預(yù)應(yīng)力錨桿的水平間距。

3、應(yīng)用前景分析

復(fù)合鋼花管土釘支護(hù)技術(shù)已在我國(guó)許多地區(qū)建筑工程的深基坑支護(hù)中得到應(yīng)用,但是在山體邊坡加固和復(fù)雜地質(zhì)條件下(如軟土地區(qū)等)的深基坑支護(hù)工程中還有廣泛的應(yīng)用前景。隨著復(fù)合鋼花管土釘支護(hù)理論的進(jìn)一步完善,施工工藝的改進(jìn),復(fù)合鋼花管土釘支護(hù)技術(shù)將逐步取代傳統(tǒng)的支護(hù)技術(shù)。

關(guān)于復(fù)合鋼花管土釘支護(hù)的穩(wěn)定性研究需進(jìn)一步深入,力圖通過更多的理論、實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)踐,進(jìn)一步理解復(fù)合鋼花管土釘支護(hù)的原理,完善其設(shè)計(jì)和施工方法,從而形成統(tǒng)一的設(shè)計(jì)和施工規(guī)范。

結(jié)束語

復(fù)合鋼花管土釘支護(hù)是將主動(dòng)支護(hù)形式和被動(dòng)支護(hù)型式聯(lián)合應(yīng)用，柔性支護(hù)與剛性支護(hù)相結(jié)合，可以起到止水抗?jié)B作用、分擔(dān)與傳遞荷載作用、局部穩(wěn)定作用和超前加固作用。復(fù)合鋼花管土釘支護(hù)在考慮工程穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)合理的前提下，位移變形小，鋼花管土釘受力合理，解決了單純鋼花管土釘支護(hù)存在的問題，突破了其限制適用范圍，具有更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用前景。