锚杆复合支护的设计与施工

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锚杆复合支护的设计与施工

山东茂隆新材料 2021-02-08 2903


 1 引言

  由于水泥搅拌桩构成的重力式挡墙布置方式灵活,基坑内无需设置内支撑,施工过程中无振动、无噪音、无污染,同时搅拌桩具有止水功能,这些优点使得该支护形式在基坑工程中得到广泛应用。但水泥搅拌桩自身抗拉、抗剪强度很低,当基坑开挖深度较大时挡墙宽度明显增大,造价和挡墙侧向变形也随之增长,其应用范围受到一定限制。为了充分发挥搅拌桩的优点,克服其抗拉、抗剪强度低等缺点,同时结合其他结构形式或材料的长处,水泥搅拌桩复合支护结构在工程中逐渐受到重视和发展,如加筋水泥搅拌桩重力式挡墙、SM工法、搅拌桩重力式挡墙与锚杆复合支护等。水泥搅拌桩-土层锚杆 这种复合支护结构,充分发挥和利用水泥搅拌桩的挡土和止水双重功能,以及砂层中锚杆具有良好锚固性能的特点。

  2 工程概况

  湖南株州某基坑支护与降水工程,基坑开挖深度约为5.0m,支护周长约300m,基坑面积约为6500m2。地下水位降深约为4.5m,场地总平面图见图1所示。

  根据钻探揭示,基坑开挖影响深度内场地岩土体依据其成因类型及工程性能,自上而下可分为:

  ① 杂填土:灰、灰黄等杂色,稍湿,松散,主要为建筑渣土新近回填。含碎石、碎砖、块石等硬杂物20~30%,块石、粘性土、中砂等70~ 80%,本层在场地内均有分布,层厚2.40~5.60m。

  ② 中砂:灰、浅黄色、深灰色,饱和,松散~中密,主要成分为石英、长石,其中砂含16.7~37.0%,中砂含量22.2~45.7%,细砂含量12.1~36.4%,粉砂含量7.4~22.3%,见少量砾卵石局部为粉砂。本层在场地内均有分布,层厚3.80~8.50m。

  ③ 淤泥:深浅灰、饱和,流塑,含有机质,本层具有水平层理,层里面夹有1~10mm厚的片状粉细砂,切面光滑~稍有光滑,干强度、韧性中等,局部相变为淤泥质土。本层在场地内均有分布,层厚16.20~5.10m。

  ④ 中砂:灰、灰黄、浅青灰色,饱和,松散~中密,主要成分为石英、长石。其中,粗砂含量3.1~39.3%,中砂含量20.8~60.0%,细砂含量9.9~30.6%,粉砂粒含量8.0~27.5%,本层在场地内均有分布,揭穿层厚8.10~17.80m。

  ⑤ 卵石:灰、灰黄色,饱和,中密~密实,卵石含量55.0~78.0%。粒径一般在20~60mm,少量大于110mm,表面较光滑,充填物为粘性土中粗砂,胶结较好。层厚6.20~6.80m。

  ⑥ 粘土层:灰黄色,湿,可塑~坚硬,部分地段为粘质粉土。主要由粘性土组成,光泽反应稍有光滑,干强度及韧性中等,层厚3.20~3.80m。

  3 基坑支护与降水工程设计

  根据场地工程地质、水文地质条件和周边环境,采用复合支护结构。对于基坑北边和西边,由于基坑边缘即为车道,来往的重载车荷载较大,在坡顶按1:1的比例放坡2.0 m,以下部分采用水泥搅拌桩与锚杆组合支护。水泥搅拌桩2排,桩径500mm,桩长7 m,桩底恰好为淤泥层,可作为隔水层。土锚锚杆2排,采用Φ48×3钢管作为拉杆,上排长度12 m,下排长度9m,其支护剖面见图2。

  对于基坑东边和南边,场地较为宽敞,地面超载也比较小,对位移和基坑稳定性的控制较为宽松,采用水泥搅拌桩+放坡的支护形式,并在基坑开挖时在坡脚保留1:1.5的土坡使之对支护结构起到反压的效果。水泥搅拌桩2排,桩径500,桩长7m,桩底恰好进入淤泥层,其支护剖面见图3。

  考虑到基坑场地分布有较为深厚的中砂圆砾,厚度约为8.0~10 m,渗透系数高达35 m/d,必须在基坑内布置降水体系以降低基坑内地下水位,确保地下室开挖及施工的顺利进行,经计算,该基坑共布设22口降水井。

  4 水泥搅拌桩-锚杆复合施工工艺

  4.1水泥搅拌桩

  水泥搅拌桩主要是以水泥浆做为固化剂通过灰浆泵及搅拌头压入土中强制将地基土和水泥浆拌合在一起,经过一系列的物理化学反应,使土硬结具有整体性、稳定性和一定强度的基坑支护结构。

  水泥搅拌桩桩径为Φ500mm,桩距为400mm,搭接长度为100mm(根据以往的工程经验,水泥搅拌桩的有效搭接宽度为100mm时,可发挥截水的作用),搅拌桩的桩长详见各剖面图。

  水泥采用P.O32.5级普通硅酸盐水泥,水灰比0.55~0.6:1,根据气候条件,可适当掺入适量的外加剂以增强浆体的流动性,保证送浆过程不堵管。水泥搅拌桩的水泥掺合量为15%。

  水泥搅拌桩成桩过程中,搅拌叶片应为4~6片,搅拌头的钻进和提升速度不得大于50cm/min,钻进到设计标高后应在原位搅拌30~60秒,以保证桩端的成桩质量。搅拌叶片的直径应不小于500mm,在施工过程中应经常检查,及时更换搅拌叶片。

  此外,还应保证施工机械的平整度和机架的垂直度,搅拌桩的垂直度偏差不得超过1%,桩位偏差不得大于50mm。

  4.2打入式土层锚杆施工

  钻机成孔后,用水泥砂浆将一组拉杆(本工程采用钢管)锚固在伸向地层内部的钻孔中,并承受拉力的柱状锚固体就是土层锚杆。它的中心受拉部分是拉杆,拉杆所承受的拉力通过钢管周边的砂浆握固力而传递到水泥砂浆中,然后再通过锚固段周边地层的摩檫阻力而传到锚固区的稳定地层中,其施工技术主要如下:

  1)土方开挖边槽后,应量测标高,并在围护桩上拉线做号。钻机就位时应准确,底座应垫平,钻杆的倾斜角度应用罗盘校核,角度偏差不大于0.5度,高差不超过5cm。

  2)土层锚杆孔径为Φ80,拉杆采用Φ48×3钢管,竖向间距、水平夹角及锚杆长度详见剖面大样。

  3)Φ48钢管同时兼作注浆花管,考虑到场地地质情况注入的水泥浆应尽可能灌入砂层内为止。

  4)锚杆注浆采用纯水泥浆,水灰比0.5:1,水泥采用P.O 32.5R硅酸盐水泥,锚杆锚固体强度要求不少于10MP a。

  5)锚杆注浆采用一次注浆工艺。按注浆量或注浆压力作为控制条件,水泥用量为50 kg/m,注浆压力不小于1.0MPa。

  5 水泥搅拌桩-锚杆复合支护施工质量检测

  根据基坑支护要求,必须对整个基坑的水泥搅拌桩和土层锚杆进行质量检测,以保证水泥搅拌桩的成桩质量和锚杆的承载力满足设计要求,避免基坑失稳或者对周边建(构)筑物产生不利影响。

  根据设计要求,淤泥质土与水泥浆强制搅拌所形成的水泥土无侧限抗压强度应大于1.8MPa,芯样采取率大于50%;砂层与水泥浆强制搅拌所形成的水泥土无侧限抗压强度应大于5MPa,芯样采取率大于80%。土层锚杆的承载力设计值为100kN。

  5.1水泥搅拌桩取芯试验

  选取27 #、446 #和646# 三根水泥搅拌桩进行钻芯取样,检测结果如下:

  27 #钻芯取样总钻深7.4m,为粘土、淤泥和中砂夹淤泥与水泥浆强制搅拌搅拌形成的水泥土。淤泥与水泥搅拌段取芯率达70.0%,其芯样抗压强度平均值为3.3MPa,最大值为3.5MPa,最小值为2.8MPa,满足设计要求。中砂夹淤泥与水泥搅拌取芯率达84.2%,芯样基本完整,抗压强度平均值为13.1MPa,最大值为15.2MPa,最小值为11.5MPa,满足设计要求。

  446#桩钻芯取样总钻深7.7 m,为粘土、淤泥和中砂夹淤泥与水泥浆强制搅拌搅拌形成的水泥土。淤泥与水泥搅拌段取芯率达69.2%,其芯样抗压强度平均值为3.2MPa,最大值为3.8MPa,最小值为2.9MPa。中砂夹淤泥与水泥搅拌取芯率达84.6%,芯样呈长圆柱状,褐灰色,坚硬,搅拌均匀,其抗压强度平均值为14.1 MPa,最大值为18.8MPa,最小值为11.0MPa,满足设计要求。

  646#桩钻芯取样总钻深7.7m,为粘土、淤泥和中砂夹淤泥与水泥浆强制搅拌搅拌形成的水泥土。淤泥与水泥搅拌段取芯率达61.3%,芯样抗压强度平均值为2.8MPa,最大值为3.2 MPa,最小值为2.4MPa。中砂夹淤泥与水泥搅拌取芯率达80.1%。其芯样抗压强度平均值为13.8 MPa,最大值为20.5MPa,最小值为9.8MPa。检测结果表明,水泥搅拌桩的强度满足设计要求。

  5.2土层锚杆抗拔试验

  图4为土层锚杆抗拔试验的抗拔力Q与锚端位移s之间的关系图,选作抗拔试验的锚杆号为10 #、30 #、60#、91# 和130#。从图中可以看出,当锚杆试验抗拔力达到设计值100kN时,最大位移均不超过12mm,变形较小。

  5.3施工效果分析

  目前,该地下室结构部分已经施工完毕,根据现场监测资料,基坑坡顶最大沉降为8.7mm,深层土体最大位移为16.3mm,基坑整体稳定和变形及周边建(构)筑物的安全均得到较好的保证和控制,未出现失稳或变形等不利情况,水泥搅拌桩和锚杆复合合支护的性能得到充分发挥。

  6 结论

 

沥青麻筋是有选有上等的麻筋,浸泡在技术人员研发的一款具有防腐性,沥青为主要材料的添加剂里面的一款产品。麻筋具有质地轻、强力大、防虫防霉、静电少、织物不易污染等特点。沥青是由不同分子量的碳氢化合物及其非金属衍生物组成的黑褐色复杂混合物,是高黏度有机液体的一种,呈液态,表面呈黑色,可溶于二硫化碳。沥青是一种防水防潮和防腐的有机胶凝材料。本产品主要用在伸缩缝、沉降缝等填缝材料。本产品施工非常方便,替代了原有的麻烦施工方法。我们一般是桶装的,只需要采购后,取出来就可以使用。沥青麻筋主要起防水、防杂物进入沉降缝内的作用,在填塞过程中,应填塞密实、牢固,在材料选用上,要选用优质合格的材料,麻筋为新的未变质的麻筋。

 综上所述,该基坑支护采用水泥搅拌桩-锚杆复合支护设计是合理的,取得了预期效果,同时也节省了工程造价,值得进一步推广应用。但是,这类复合支护结构仍存在以下问题:

  1)水泥搅拌桩和土层锚杆支护受场地地质条件的影响较大,对于砂土基坑,水泥土搅拌效果和锚杆的灌浆质量容易得到保证,取芯检测表明芯样抗压强度远高于设计值。而对于粘性土或淤泥、淤泥土,搅拌桩的质量大大降低,锚杆的承载性能也较差。因此,该类支护结构主要适用于含砂砾土层基坑效果较好。

  2)水泥搅拌桩的成桩质量受机械设备和技工人员素质等的影响较大。

  3)当场地富含块石等障碍物时,水泥土搅拌质量较差,桩身垂直度和桩位偏差不易保证,此时应改用高压旋喷成桩。

  参考文献:

  [1] 刘建航,侯学渊主编.基坑工程手册.北京:中国建筑工业出版社,1997。

  [2] 建筑基坑支护技术规程.JGJ120-99[S].北京,中国建筑工业出版社,1999。

  [3] 建筑地基处理技术规范.JGJ79-2002[S].北京,中国建筑工业出版社,2002。


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